Các nhà nghiên cứu ở Đại học Montreal (UdeM) tạo ra ăngten nano nhỏ hơn sợi tóc 20.000 lần để theo dõi chuyển động của protein.

Ăngten nano huỳnh quang được sử dụng trong nghiên cứu protein. Ảnh: Caitlin Monney

Trong nghiên cứu công bố hôm 30/12/2021 trên tạp chí Nature Methods, Scott Harroun, nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành hóa học ở UdeM và cộng sự cho biết thiết bị ăngten là phương pháp mới để theo dõi sự thay đổi cấu trúc của protein theo thời gian, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn công nghệ nano tự nhiên và thiết kế của con người.

Hơn 40 năm trước, giới nghiên cứu phát minh cỗ máy tổng hợp ADN đầu tiên để tạo ra phân tử mã hóa thông tin di truyền. "Trong những năm gần đây, các nhà hóa học nhận ra khả năng ứng dụng ADN để chế tạo hàng loạt cấu trúc và cỗ máy nano. Lấy cảm hứng từ đặc điểm giống Lego của ADN với các khối xây dụng nhỏ hơn sợi tóc 20.000 lần, chúng tôi tạo ra ăngten nano huỳnh quang dựa trên ADN, giúp mô tả chức năng của protein. Giống như radio hai chiều có thể nhận và truyền sóng vô tuyến, ăngten nano huỳnh quang nhận ánh sáng ở một màu sắc, tức bước sóng, và tùy theo chuyển động của protein, nó truyền ánh sáng trở lại dưới màu sắc khác để chúng tôi phát hiện", nhóm nghiên cứu cho biết.

Một trong những cải tiến lớn ở ăngten nano là đầu nhận của ăngten được gắn cảm biến để cảm nhận bề mặt phân tử của protein thông qua tương tác phân tử. Lợi thế chủ yếu khi sử dụng ADN để chế tạo ăngten nano là hóa học của ADN tương đối đơn giản và dễ lập trình, theo Harroun.

Ăngten nano có thể tổng hợp với những bước sóng khác nhau để tối ưu hóa chức năng của chúng. Các nhà nghiên cứu có thể dễ dàng liên kết phân tử huỳnh quang với ADN, sau đó liên kết ăngten nano huỳnh quang này với cỗ máy sinh học nano như enzyme. Bằng cách cẩn thận điều chỉnh thiết kế, nhóm nghiên cứu tạo ra ăngten nano dài 5 nanomet phát tín hiệu đặc trưng khi protein thực hiện chức năng sinh học.

Ngoài giúp giới nghiên cứu hiểu rõ những cỗ máy nano tự nhiên hoạt động hoặc bị trục trặc dẫn tới gây bệnh, phương pháp cũng giúp các nhà hóa học nhận dạng thuốc mới, đồng thời hướng dẫn kỹ sư nano phát triển máy móc. Điều khiến nhóm nghiên cứu phấn khởi nhất là nhiều phòng thí nghiệm trang bị máy quang phổ có thể sử dụng ăngten nano để theo dõi protein ưa thích của họ, từ đó nhận dạng thuốc mới hoặc phát triển công nghệ nano mới.