Lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Central Florida đã tạo ra vật liệu nano chức năng nhưng rỗng bên trong dùng để chế tạo các cảm biến sinh học có độ nhạy cao giúp phát hiện sớm ung thư. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí ACS Nano.
“Các vật liệu nano rỗng tiên tiến này có tiềm năng lớn thúc đẩy các công nghệ hiệu suất cao trong nhiều lĩnh vực”, PGS. Xiaohu Xia, đồng tác giả nghiên cứu nói. “Chúng ta đang nói về một công cụ chẩn đoán tốt và ít tốn kém hơn, đủ nhạy để phát hiện dấu ấn sinh học với nồng độ thấp, trở nên vô giá để phát hiện sớm ung thư và các bệnh truyền nhiễm”.
Vì vật liệu nano rỗng được làm từ hợp kim vàng và bạc thể hiện tính chất quang học vượt trội, nên đặc biệt tốt để phát triển công nghệ que thử hiệu quả hơn tương tự như que thử thai không cần kê đơn. Hiện tại, công nghệ được sử dụng để hiển thị các biểu tượng dương tính hoặc âm tính trên que thử không đủ nhạy để nhận các chỉ dấu thể hiện một số loại ung thư. Nhưng phương pháp mới tạo ra vật liệu nano rỗng có thể làm thay đổi điều đó.
Trong các que thử thông thường, các hạt nano vàng rắn thường được sử dụng làm nhãn dán, trong đó chúng được kết nối với các kháng thể và đặc biệt tạo ra tín hiệu màu sắc nhờ có hiện tượng quang học được gọi là cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ. Theo kỹ thuật của PGS. Xia, vật liệu nano kim loại có thể được tạo ra với phần bên trong rỗng. So với các cấu trúc cùng loại dạng rắn, các cấu trúc nano rỗng này có các hoạt động LSPR mạnh hơn nhiều nên cung cấp tín hiệu màu mạnh hơn. Do đó, khi các vật liệu nano rỗng được sử dụng làm nhãn trong các que thử, chúng có thể tạo ra sự thay đổi màu sắc rất nhạy, cho phép que thử phát hiện dấu ấn sinh học ở nồng độ thấp hơn.
“Công nghệ que thử được nâng cấp bằng cách thay thế các hạt nano vàng rắn bằng các hạt nano rỗng độc đáo, trong khi tất cả các thành phần khác của que thử được giữ nguyên”, PGS. Xia nói. “Giống như que thử thai, que thử mới được sử dụng dễ dàng và kết quả có thể được xác định bằng mắt thường mà không cần bất kỳ thiết bị nào. Những tính năng này giúp que thử cực kỳ phù hợp để sử dụng tại những địa điểm đầy thách thức như những ngôi làng xa xôi”.
Nghiên cứu mới tập trung vào kháng nguyên dành riêng cho tuyến tiền liệt, một dấu ấn sinh học của bệnh ung thư tuyến tiền liệt. Que thử mới dựa vào vật liệu nano rỗng có thể phát hiện PSA thấp ở mức 0,1 ng/mL, đủ nhạy để chẩn đoán lâm sàng ung thư tuyến tiền liệt. Nghiên cứu được công bố bao gồm hình ảnh kính hiển vi điện tử của vật liệu nano kim loại rỗng.
Thông qua cung cấp nền tảng chung và linh hoạt để thiết kế các vật liệu nano chức năng rỗng bên trong với các đặc tính như mong đợi, nghiên cứu mới có tiềm năng cho các ứng dụng khác ngoài phân tích sinh học.
