ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  Nguyễn Vũ Thắng TÌM HIỂU KHẢ NĂNG GẮN KẾT HẠT NANO VÀNG (AU) VỚI KHÁNG NGUYÊN (HOẶC KHÁNG THỂ) TẠO KIT CHẨN ĐOÁN VIRUS GÂY BỆNH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Vật lý kĩ thuật Hà Nội – 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  Nguyễn Vũ Thắng TÌM HIỂU KHẢ NĂNG GẮN KẾT HẠT NANO VÀNG (AU) VỚI KHÁNG NGUYÊN (HOẶC KHÁNG THỂ) TẠO KIT CHẨN ĐOÁN VIRUS GÂY BỆNH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Vật lý kĩ thuật Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Lê Thanh Hòa Hà Nội – 2009 Tóm tắt Xu hướng của khoa học ứng dụng hiện nay là tích hợp lại để cùng nghiên cứu các đối tượng nhỏ bé có kích thước tiến đến kích thước của nguyên tử. Trong đó công nghệ nano được ứng dụng trong sinh học đã tạo lên các hướng nghiên cứu mới cho các nhà khoa học. Vật liệu nano có khả năng ứng dụng trong sinh học vì kích thước của nano so sánh được với kích thước của tế bào (10-100 nm), virus (20-450 nm), protein (5-50 nm), gen (2 nm rộng và 10-100 nm chiều dài). Với kích thước nhỏ bé, cộng với việc “ngụy trang” giống như các thực thể sinh học khác và có thể thâm nhập vào các tế bào hoặc virus. Ứng dụng của vật liệu từ nano trong sinh học thì có rất nhiều, mục đích của khóa luận này giới thiệu hạt nano vàng (dạng keo, colloidal gold), các dạng hạt nano vàng đang được sử dụng; kháng nguyên kháng thể và nguyên lý ứng dụng tạo kit chẩn đoán nhanh trên nguyên lý miễn dịch học sắc ký, có vai trò của nano vàng. i Lời cảm ơn Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Lê Thanh Hòa, thầy đã hướng dẫn em tận tình trong suốt năm học vừa qua. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong Khoa Vật lý kĩ thuật và Công nghệ nano - Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN. Các thầy cô đã dạy bảo, chỉ dẫn chúng em và luôn tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập trong suốt quá trình học đại học đặc biệt là trong thời gian làm khoá luận tốt nghiệp. Tôi xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp K50V trường Đại học Công nghệ đã cho tôi những ý kiến đóng góp giá trị khi thực hiện đề tài này. Cuối cùng con xin gửi tới bố mẹ và toàn thể gia đình lòng biết ơn và tình cảm yêu thương. ii Mục lục Tóm tắt i Lời cảm ơn ii ii Mục lục iii Danh sách hình vẽ v Danh sách bảng biểu vi MỞ ĐẦU 1 Chương 1. MÔ TẢ HẠT VÀNG, KEO VÀNG VÀ NHIỀU HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG 3 1.1.Giới thiệu về vàng, hạt vàng, keo vàng 3 1.2.Các ứng dụng của hạt vàng 6 1.2.1.Linh kiện nhờ hạt nano vàng hữu cơ mới 6 1.2.2.Trị bệnh Alzheimer bằng hạt vàng nano 8 1.2.3.Sử dụng hạt nano tìm tế bào ung thư 8 1.2.4.Ứng dụng các hạt nano vàng trong màng thẩm thấu ngược 10 Chương 2. MÔ TẢ KHÁNG NGUYÊN VÀ KHÁNG THỂ 11 2.1.Kháng nguyên 11 2.1.1.Khái niệm kháng nguyên 11 2.1.1.1.Tính sinh miễn dịch và tính kháng nguyên 11 2.1.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch 12 2.1.2.1.Những tính chất của bản thân kháng nguyên ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch 12 2.1.2.2.Những tính chất của hệ thống sinh học ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch 15 2.1.3.Quyết định kháng nguyên 18 2.1.4.Một số loại kháng nguyên 18 2.1.4.1.Kháng nguyên nhóm máu 19 2.1.4.2.Hệ ABO 19 2.1.4.3.Hệ Rh 21 2.1.4.4.Các kháng nguyên vi sinh vật 22 2.1.5.Kháng nguyên phù hợp tổ chức (Kháng nguyên hoà hợp mô) 24 2.2.Khái niệm kháng thể 24 2.2.1.Kháng thể 24 2.2.2.Cấu trúc cơ bản của kháng thể 25 2.2.3.Các quyết định kháng nguyên trên phân tử globulin miễn dịch 27 2.2.4.Các quyết định isotype 27 2.2.5.Các quyết định allotyp 28 iii 2.2.6.Các quyết định idiotype 28 2.2.7.Các lớp kháng thể 30 2.2.7.1.Kháng thể IgG 30 2.2.7.2.Kháng thể IgM 31 2.2.7.3.Kháng thể IgA 32 2.2.7.4.Kháng thể IgE 34 2.2.7.5.Kháng thể IgD 35 Chương 3. ỨNG DỤNG CỦA HẠT VÀNG TRONG VIỆC CHẾ TẠO KIT CHẨN ĐOÁN BỆNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP MIỄN DỊCH HỌC SẮC KÝ 37 3.1.Phương pháp miễn dịch học sắc ký 37 3.2.Về thứ tự sắp xếp lắp ráp 39 3.3. Về thành phần tham gia 39 3.4.Về nguyên tắc hoạt động của phản ứng và đánh giá kết quả 39 KẾT LUẬN 42 Tài liệu tham khảo 43 iv Danh sách hình vẽ Hình 1. Hạt nano vàng (Au) với 2 liên kết điện tích bề mặt và dạng sản xuất tiêu thụ trên thế giới 4 Hình 2. Dạng sản phẩm nano vàng được sản xuất trên thế giới với kích thước khác nhau có màu sắc khác nhau tuỳ thuộc kích thước của hạt (biểu thị bằng nm, được ghi dưới mỗi đáy ống) 4 Hình 3: Gắn kết của hạt vàng với kháng thể IgG 6 Hình 4. Sử dụng các hạt nano vàng và hợp chất bán dẫn hữu cơ 7 Hình 5. Tế bào thần kinh bình thường (phải) và tế bào thần kinh với cặn beta amyloid màu xanh (nằm bên ngoài và xung quanh tế bào thần kinh) 8 Hình 6. Gắn hạt nano vàng vào kháng thể của EFGR 9 Hình 7. Mô hình lắp ráp các thành phần của bộ kit ICT (I) và đánh giá kết quả (II) 38 v Danh sách bảng biểu Bảng 1.1. Kích cỡ hạt nano vàng đang được sử dụng hiện nay 5 Bảng 1.2. Liên kết của kháng thể, streptavidin và hạt nano vàng theo tính toán 5 Bảng 2.1. Cơ chế tác động theo suy luận của các tá chất thường dùng 17 Bảng 2.2. Các genotype và phenotype cùng với kháng thể trong huyết thanh 20 Bảng 2.3. Đặc điểm và hoạt tính sinh học của các lớp và phân lớp kháng thể 30 vi MỞ ĐẦU Phần tử kim loại có kích thước bé hơn 100 nm được gọi là các hạt kim loại có cấu trúc nano (nanoparticles). Nano theo tiếng Latinh (νανοσ) có nghĩa là rất bé nhỏ. Năm 1974, Tanigushi lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ công nghệ nano (nanotechnology) hàm ý sự liên kết các vật liệu cho kỹ thuật chính xác có thể ứng dụng trong tương lai. Những hạt nano bé nhỏ có cấu trúc mang điện tích nhiều lớp, dễ dàng liên kết với nhiều phân tử khác, trong đó có những phân tử có bản chất axit nucleic hoặc protein hoặc các phân tử hoá chất hoá dược. Hạt nano ngày nay được sản xuất một cách dễ dàng, theo lối công nghiệp, mang tính thương mại, và do vậy, công nghệ sản xuất nano ngày càng được hoàn thiện và cho ra sản phẩm càng ngày càng đảm bảo nhu cầu ứng dụng chính xác, đó chính là công nghệ nano. Công nghệ nano chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu, thiết bị và hệ thống chức năng với kích thước đo bằng nanomét (nm), các đặc tính độc đáo của những sản phẩm này được khai thác ứng dụng trong nhiều lĩnh vực cuộc sống trong đó có sinh - y học, mở ra một ngành mới: ngành công nghệ sinh học nano. Công nghệ sinh học nano (Nanobiotechnology) được ứng dụng vào các lĩnh vực nghiên cứu sinh học, tìm kiếm dược phẩm, dẫn truyền thuốc/hoá chất hướng đích kìm hãm và điều trị tế bào (ví dụ: ung thư), tạo nên các vật liệu nano sinh học mới, các thiết bị và vật liệu chẩn đoán, các liệu pháp trị liệu có hiệu quả. Hạt nano kim loại mang đặc tính gắn kết, một khi được gắn với kháng nguyên hoặc kháng thể (thông thường là kháng thể đơn dòng), được lắp ráp trong các loại hình dụng cụ chẩn đoán, có thể sử dụng như là một loại công cụ phát hiện nhanh tác nhân gây bệnh. Kháng nguyên hoặc kháng thể là các phân tử protein có nhiều gốc liên kết và mang điện tích, nên chúng có khả năng kết hợp với hạt nano (ví dụ: hạt vàng, được sử dụng nhiều nhất); đồng thời kháng nguyên và kháng thể đặc hiệu còn có khả năng kết hợp với nhau bằng liên kết miễn dịch học. Do vậy, khi sử dụng làm công cụ chẩn 1 đoán, hạt nano vàng sẽ giúp chúng ta trong chỉ thị phát hiện theo nguyên lý miễn dịch học, xảy ra nhanh, dễ làm, kết quả chính xác. Trong chuyên đề này, chúng tôi giới thiệu hạt nano vàng (dạng keo, colloidal gold), các dạng hạt nano vàng đang được sử dụng; kháng nguyên kháng thể và nguyên lý ứng dụng tạo kit chẩn đoán nhanh trên nguyên lý miễn dịch học sắc ký, có vai trò của nano vàng. 2 [...]... hoặc ở bên trong Tuỳ theo tính đặc hiệu của các kháng nguyên này, có thể phân định được các nhóm virus, các type virus và các type phụ của virus Ví dụ, kháng nguyên nucleoproteic (NPA) là kháng nguyên chung cho tất cả các virus pox Một số virus có khả năng thay đổi kháng nguyên bề mặt, tạo ra các type phụ 23 2.1.5 Kháng nguyên phù hợp tổ chức (Kháng nguyên hoà hợp mô) Khi ghép một cơ quan hay một bộ... nguyên đơn giá Kháng nguyên có từ hai quyết định kháng nguyên khác nhau thì gọi là kháng nguyên đa giá Giữa các phân tử kháng nguyên khác nhau có thể có một số quyết định kháng nguyên giống nhau, được gọi là quyết định kháng nguyên phản ứng chéo Sự tương tác giữa tế bào lympho và một kháng nguyên phức tạp có thể xẩy ra ở các mức độ cấu trúc kháng nguyên khác nhau Trong trường hợp kháng nguyên là protein... miễn dịch của túc chủ đối với một phân tử kháng nguyên biết trước Liều lượng kháng nguyên và đường vào của kháng nguyên: Đối với bất kỳ một kháng nguyên thực nghiệm nào cũng cần phải có sự kết hợp giữa liều lượng tối ưu, lối vào của kháng nguyên và qui trình gây mẫn cảm thì mới tạo nên được một đáp ứng 15 miễn dịch có cường độ cao nhất Liều kháng nguyên thấp thì không thể tạo nên được đáp ứng miễn... dính vào kháng thể để tìm kiếm tế bào ung thư Họ nghiên cứu chung một vấn đề kỹ thuật dùng những hạt vàng cực nhỏ (gold nanoparticles) dính vào kháng thể để tìm kiếm tế bào ung thư Các nhà nghiên cứu dùng những hạt vàng cỡ nano là vì vàng hấp thụ ánh sáng mạnh và dễ nhận biết qua kính hiển vi (Hình 6) Hình 6 Gắn hạt nano vàng vào kháng thể của EFGR Những hạt này được dính vào những kháng thể của EFGR,... với hoặc không nhận diện toàn bộ phân tử kháng nguyên mà chúng chỉ nhận diện những vị trí nhất định trên phân tử kháng nguyên Những vị trí đó được gọi là các epitope hay các quyết định kháng nguyên Quyết định kháng nguyên là những vùng hoạt động về phương diện miễn dịch của một kháng nguyên có thể kết hợp một cách đặc hiệu với các thụ thể dành cho kháng nguyên ở trên bề mặt tế bào lympho hoặc với kháng. .. 1767 4 (520nm) 8.20 X 1012 0.013 30 14140 5 (520nm) 1.13 X 1012 0.0019 Ở trạng thái nano, vàng cũng có khả năng cố định các phân tử sinh học (kháng nguyên và kháng thể) Vì vậy, các phân tử vàng có thể sử dụng trong rất nhiều xét nghiệm sinh học hay chẩn đoán y khoa Bảng 1.2 Liên kết của kháng thể, streptavidin và hạt nano vàng theo tính toán streptavidin / phân tử [Streptavidin] nmol/mL - - - 1,7 0.56... phân tử kháng nguyên có thể có nhiều quyết định kháng nguyên giống hoặc khác nhau Cơ thể chủ có khả năng sinh ra từng loại đáp ứng miễn dịch riêng cho từng loại quyết định kháng nguyên theo kiểu “nồi nào vung ấy” Vì vậy gọi là đáp ứng miễn dịch đặc hiệu Kháng nguyên có chỉ một loại quyết định kháng nguyên (có thể là nhiều quyết định kháng nguyên nhưng chúng giống hệt nhau) thì được gọi là kháng nguyên. .. (immunogenicity) là khả năng kích thích sinh ra đáp ứng miễn dịch dịch thể hoặc đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào đặc hiệu với kháng nguyên: Tế bào B + Kháng nguyên  Đáp ứng miễn dịch dịch thể Tế bào T + Kháng nguyên  Đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào Với ý nghĩa này chúng ta có thể gọi các kháng nguyên dưới một tên khác chính xác hơn là chất sinh miễn dịch b Tính kháng nguyên Tính kháng nguyên. .. mặt các phần tử vàng (Bảng 1.2) Hình 3: Gắn kết của hạt vàng với kháng thể IgG 1.2 Các ứng dụng của hạt vàng 1.2.1 Linh kiện nhờ hạt nano vàng hữu cơ mới Các nhà nghiên cứu vừa phát triển một loại linh kiện hớ mới sử dụng các hạt nano vàng và hợp chất bán dẫn hữu cơ pentacene Sự kết đôi mới này là bước then chốt để tiến vào việc phát triển bộ nhớ sử dụng các chất dẻo hữu cơ, có khả năng sẽ rẻ hơn... nó chứa một điện cực vàng, một lớp pentacene, các hạt nano vàng, một lớp của hợp chất được sử dụng để giúp cho các hạt nanobám chặt vào lớp dưới cùng, và lớp dưới cùng là lớp đế SiO2/Si tạo thành điện cực thứ hai (xem Hình 4) Hình 4 Sử dụng các hạt nano vàng và hợp chất bán dẫn hữu cơ Các hạt nano sẽ hoạt động như các phần tử phóng-nạp của linh kiện, phần tử then chốt tạo nên khả năng lưu trữ thông tin . ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  Nguyễn Vũ Thắng TÌM HIỂU KHẢ NĂNG GẮN KẾT HẠT NANO VÀNG (AU) VỚI KHÁNG NGUYÊN (HOẶC KHÁNG THỂ) TẠO KIT CHẨN ĐOÁN VIRUS GÂY BỆNH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH. ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  Nguyễn Vũ Thắng TÌM HIỂU KHẢ NĂNG GẮN KẾT HẠT NANO VÀNG (AU) VỚI KHÁNG NGUYÊN (HOẶC KHÁNG THỂ) TẠO KIT CHẨN ĐOÁN VIRUS GÂY BỆNH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH. hoặc kháng thể là các phân tử protein có nhiều gốc liên kết và mang điện tích, nên chúng có khả năng kết hợp với hạt nano (ví dụ: hạt vàng, được sử dụng nhiều nhất); đồng thời kháng nguyên và kháng