Một bước tiến khổng lồ trong thế giới thu nhỏ: Đo điện tích của hạt nano

Hạt nano có kích thước một phần triệu milimet, chúng trở lên vô hình với mắt người. Trừ khi chúng ở dưới kính hiển vị của giáo sư Madhavi Krishnan, nhà lý sinh học tại Đại học Zurich. Giáo sư Krishnan đã phát triển một phương pháp mới không chỉ đo kích thước của hạt phân tử mà còn đo điện tích của chúng. Cho đến bây giờ chưa có phương pháp trực tiếp xác định điện tích của các hạt phân tử. Đây là phương pháp duy nhất, đầu tiên trên thế giới và quan trọng cho sản xuất các loại thuốc cũng như trong nghiên cứu cơ bản.

Mặt cắt ngang qua 2 tấm kính có kích thước con chip nơi hạt nano được bẫy trong lỗ năng lượng (hoặc “giếng thế năng” sử dụng cho thuật ngữ khoa học). Vùng màu sắc chỉ ra điện tích khác nhau trong vùng điện tích. Vùng màu đỏ biểu thị điện tích rất thấp, trong khi vùng biên màu xanh có điện tích mạnh. (nguồn: Đại học Zurich)

Phương pháp này đã được giới thiệu lần đầu tiên trên tạp chí Nature nanotechnology

Để quan sát từng hạt riêng trong dung dịch, Giáo sư Madhavi krishnan và đồng nghiệp của cô đã “nhử” từng hạt phân tử  vào trong “bẫy tĩnh điện”. Nó hoạt động như sau: Giữa 2 tấm kính có kích thước của một con chip, các nhà nghiên cứu tạo ra hàng nghìn lỗ năng lượng hình tròn. Các lỗ này có điện tích tĩnh điện yếu. Các nhà khoa học nhỏ giọt dung dịch lên các tấm, sau đó mỗi hạt rơi vào một lỗ năng lượng và bị giữ lại ở đó. Nhưng các hạt này không bất động trong các lỗ năng lượng mà thay vào đó các phân tử trong dung dịch va chạm với nhau liên tục, do các hạt di chuyển trong chuyển động tròn.

GS Madhavi Krishnan giải thích: “Chúng tôi đo các chuyển động của chúng, sau đó có khả năng xác định điện tích của mỗi hạt riêng biệt”

Nói một cách đơn giản, các hạt với điện tích nhỏ tạo ra chuyển động quỹ đạo lớn trong các bẫy năng lượng, trong khi đó những hạt khác có điện tích lớn chuyển động trong quỹ đạo nhỏ. Hiện tượng này có thể được so sánh với một quả bóng nhẹ, khi ném chuyển động xa hơn thì vật nặng hơn. Nhà vật lý Mỹ Robert A.Millikan sử dụng phương pháp tương tự  cách đây hơn 100 năm trong thí nghiệm giọt dầu của mình để xác định tốc độ của các giọt dầu được tích điện. Năm 1923, ông đã nhận giải Nobel vật lý cho việc công nhận thành tựu của ông. “Nhưng Ông đã kiểm tra các giọt dầu ở trong môi trường chân không” GS. Krishnan giải thích. “Mặt khác, chúng tôi đã kiểm tra các hạt nano trong dung dịch mà nó ảnh hưởng đến các tính chất của các hạt.”

Điện tích của “các gói thuốc nano”

Đối với tất cả các giải pháp sản xuất công nghiệp, trong đó điện tích của các hạt nano cũng là mối quan tâm hàng đầu, bởi vì điện tích cho phép dung dịch lỏng duy trì sự ổn định và không để dung dịch vón thành cục. “Với phương pháp mới của chúng tôi, chúng tôi có một bức tranh toàn bộ huyền phù cùng với tất cả các hạt chứa trong nó ” GS. Madhavi krishnan nhấn mạnh. Dung dịch huyền phù là dung dịch nơi các hạt nhỏ hoặc các giọt được phân bố một cách đồng đều, ví dụ với sữa, máu, các loại sơn, mỹ phẩm, vacxin và lượng lớn dược phẩm. “Sự thay đổi của các hạt đóng vai trò lớn trong vấn đề này”, các nhà khoa học ở Zurich cho biết.

Một ví dụ về sản xuất các loại thuốc phải được quản lý theo liều lượng chính xác trong một thời gian dài bằng cách sử dụng hệ thống phân phối thuốc. Trong trường hợp này, các hạt nano đóng vai trò như “các gói” vận chuyển các loại thuốc đến nơi chúng cần phải có tác dụng. Rất thông thường, do điện tích của các hạt nano cho phép chúng đi qua màng tế bào và mô trong cơ thể không bị cản trở và do đó tạo ra hiệu quả. “Đó là lý do tại sao để có khả năng đo điện tích của chúng là rất quan trọng. Cho đến nay hầu hết các kết quả đã đạt được không chính xác”, các nhà nghiên cứu cho biết.

“Phương pháp mới cho phép chúng ta đo được ngay cả trong thời gian thực một sự thay đổi điện tích của đại lượng duy nhất ” Giáo sư  Madhavi Krishnan cho biết thêm. “Điều này đặc biệt thú vị cho nghiên cứu cơ bản mà trước đó không thể thực hiện”. Bởi vì điều này thay đổi ở điện tích đóng toàn bộ vai trò trong phản ứng của cơ thể, protein, các phân tử lớn như chuỗi xoắn kép ADN, nơi bản chất di truyền được mã hóa hoặc vi cơ quan tế bào. “Chúng tôi đang kiểm tra tài liệu nghiên cứu trong lĩnh vực của 1 phần triệu của milimet”

Nguồn: www.sciencedaily.com
Đỗ Duyên @ MES Lab., biên dịch

Authors

*

Top