Language
Country/Area
No result found
Hành trình kỳ diệu của chấm lượng tử: Cách vận dụng phép thuật trong y sinh?
Chấm lượng tử (QD) là các hạt nano bán dẫn có đường kính nhỏ hơn 10 nanomet thể hiện các đặc tính phụ thuộc vào kích thước, đặc biệt là về khả năng hấp thụ quang học và phát quang. Theo đường kính của chúng, đỉnh phát xạ huỳnh quang của QD có thể được điều chỉnh, khiến chúng trở thành đầu dò và nhãn linh hoạt trong lĩnh vực y sinh. Các QD hiện có trên thị trường chủ yếu được làm bằng vật liệu có chứa cadmium (Cd), điều này khiến việc ứng dụng chúng trong cơ thể sống gặp nhiều thách thức và tranh cãi vì các ion natri Cd2+ có độc tính cao đối với tế bào và mô. .
Do lo ngại về độc tính tiềm tàng trong môi trường sinh học, các nhà nghiên cứu đã dần chuyển sang phát triển các chấm lượng tử không chứa cadmium (CFQD) để cải thiện tính an toàn của chúng trong các ứng dụng y sinh.
Thế hệ CFQD mới như chấm lượng tử lưu huỳnh pha tạp kẽm/ZnSe, chấm lượng tử graphene và chấm lượng tử silicon thể hiện độc tính thấp và độ ổn định keo và phát quang tốt, phù hợp cho các mô hình in vitro và in vivo. Các QD được chức năng hóa bằng DNA hoặc peptide được sử dụng rộng rãi, chủ yếu để chụp ảnh mục tiêu của tế bào và mô và theo dõi quá trình phân phối thuốc. Ví dụ, có nhiều kỹ thuật để chụp ảnh các QD không có Cd, bao gồm kính hiển vi đồng tiêu/đa photon và chụp ảnh CARS. Những kỹ thuật này cho phép các nhà nghiên cứu quan sát các tế bào và cấu trúc mô với độ phân giải cao hơn và theo cách tương thích sinh học hơn.
Các QD này cũng có khả năng phân tách linh hoạt bằng các thuốc thử khác, chẳng hạn như hạt nano kim loại, nhãn phóng xạ và thẻ Raman, cho phép tạo ảnh đa phương thức thông qua nhãn nano đa chức năng dựa trên QD không chứa cadmium.
Các chấm lượng tử không chứa cadmium được thiết kế để vượt ra ngoài khả năng chụp ảnh và còn có thể được sử dụng làm nền tảng cho các liệu pháp và chẩn đoán không xâm lấn, được gọi là Theranostics. Gần đây, các chấm lượng tử không chứa cadmium cũng cho thấy tiềm năng lớn trong việc sản xuất pin mặt trời và màn hình thế hệ mới.
Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, cơn sốt nghiên cứu chấm lượng tử tiếp tục nóng lên. Các đặc tính của các hạt nano này có thể được điều khiển và thử nghiệm cho ứng dụng của chúng để hiểu rõ hơn về hành vi của chúng. Tuy nhiên, hầu hết các QD đều được làm bằng kim loại nặng độc hại, điều này hạn chế việc sử dụng chúng trong các hệ thống sinh học. gặp rủi ro.
Điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu phát triển các chấm lượng tử không chứa kim loại nặng, chẳng hạn như các chấm lượng tử không chứa cadmium, để giải quyết vấn đề này.
Những tiến bộ trong lĩnh vực y tế đã được theo đuổi trong nhiều thập kỷ để thu thập kiến thức về những căn bệnh chưa được biết đến như ung thư. Mặc dù hóa trị vẫn là một trong những phương pháp điều trị chủ đạo nhưng sự di chuyển của các chất độc hại trong cơ thể mang lại những rủi ro đáng kể. Tại thời điểm này, tiềm năng của các chấm lượng tử không chứa cadmium xuất hiện.
Michael Sailor và nhóm của ông tại UC San Diego đã phát triển thành công các chấm lượng tử nano không chứa cadmium đầu tiên phát ra ánh sáng cường độ cao, cho phép các bác sĩ kiểm tra các cơ quan nội tạng và giải phóng thuốc trị ung thư trước khi chúng phân hủy thành các sản phẩm phụ vô hại. Thiết kế dựa trên tấm wafer silicon này có thể tạo thành axit silicic cần thiết trong cơ thể sau khi cơ thể thoái hóa, giúp xương và mô phát triển bình thường.
Các trường hợp ứng dụng
Chấm lượng tử kẽm-lưu huỳnh
Là vật liệu mới thay thế chấm lượng tử cấp cadmium, chấm lượng tử kẽm-lưu huỳnh (ZnS QDs) đã cho thấy nhiều ứng dụng thú vị trong nghiên cứu y sinh, như phát hiện độc tố thực phẩm, chẳng hạn như aflatoxin B1 có hại, gây ra bệnh The thiệt hại cho sức khỏe con người không thể được đánh giá thấp.
Chấm lượng tử indium
Một loại chấm lượng tử khác không chứa kim loại nặng là chấm lượng tử gốc indium, đặc biệt là chấm lượng tử CuInS2 được dùng làm nhãn phát quang và có thể phát ra ánh sáng ở vùng cận hồng ngoại. Tính ổn định, độc tính thấp và năng suất lượng tử cao của các chấm lượng tử này khiến chúng trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc phân phối và chụp ảnh thuốc điều trị ung thư.
Chấm lượng tử silicon
Cuối cùng, chấm lượng tử silicon cũng đang dần thể hiện tiềm năng của mình trong các ứng dụng quang điện tử và sinh học. Những chấm lượng tử này có thể được sử dụng trong các ứng dụng quang hóa và phát hiện sinh học, chứng minh giá trị ứng dụng của chúng trong việc phát hiện formaldehyde trong nước.
Khi các nhà khoa học hiểu sâu hơn về chấm lượng tử, những thay đổi mà chúng có thể mang lại cho khoa học vật liệu và y sinh trong tương lai sẽ rất thú vị. Liệu điều này có làm thay đổi quan điểm của chúng ta về việc điều trị và phát hiện bệnh không?
