Ưng dụng công nghệ nano - Chế tạo nhà máy và máy tính bằng ADN

Người đầu tiên nhìn thấy tiềm năng của ADN vượt ra ngoài lĩnh vực sinh học thuần túy là nhà hóa học Naiman Seeman thuộc Đại học New York (Mỹ). Cách đây hơn 20 năm, ông đã bắt đầu nghĩ ra ý tưởng can thiệp vào quá trình hình thành gen trong ADN để thực hiện các ứng dụng hữu ích khác. Trong khi quá trình tương tác của hầu hết các phân tử được điều khiển tự nhiên, ADN có mật mã mà những nhà nghiên cứu xác lập lại để điều khiển những phân tử ADN nào có thể liên kết với nhau. Mục đích của kỹ thuật liên kết này là tạo ra những nhà máy cực nhỏ có thể sản xuất các phân tử theo yêu cầu, cũng như những thành phần điện tử nhỏ hơn gấp hàng chục lần so với giới hạn hiện tại. “Sản xuất nano là xu hướng chúng ta đang hướng đến, và nó sẽ sớm trở thành hiện thực”, Seeman cho biết.

ADN trong tự nhiên là một chuỗi dài các nucleotide có mã gen riêng và liên kết với nhau theo cấu trúc nhất định. Tận dụng bản chất cấu trúc của ADN, các nhà khoa học đã tạo ra được nhiều phiên bản ADN có cấu trúc theo ý muốn. Thomas LaBean thuộc Đại học Duke và những đồng nghiệp khác từng tạo ra một cấu trúc với nhiều đoạn ADN. Họ đã sử dụng chương trình máy tính viết mã cho các chuỗi khác nhau, được tổng hợp sau đó theo phương pháp sinh học chuẩn để tạo ra nhiều bản sao của cấu trúc mong muốn. Các nhà khoa học cũng đã có những bước tiến trong việc tiến tới sản xuất các thành phần điện tử nano khi có thể gắn các vật liệu hoạt động như kim loại, bán dẫn và chất cách điện vào những phân tử ADN cụ thể để có thể mang đến những vị trí định trước. Kỹ thuật này đã được sử dụng vào việc chế tạo một bóng bán dẫn đơn giản, cũng như dây kim loại. Bằng cách sử dụng những chuỗi phân tử giống ADN tự lắp ráp để cung cấp những khung đỡ cho các mạch điện tử cỡ nano, các nhà khoa học tin rằng sẽ có thể vượt qua giới hạn hàng chục nanomét mà các kỹ thuật sản xuất chip máy tính hiện tại khó có thể thực hiện được. Công nghệ này sẽ giúp chế tạo những máy tính và những thiết bị điện tử khác không những có kích thước nhỏ hơn mà còn có tính năng mạnh hơn.

Bên cạnh việc điều khiển cấu trúc của các ADN lắp ráp, những nhà nghiên cứu cũng có thể sử dụng các thành phần ADN gắn kèm cụ thể để di chuyển các phân tử ADN khác. Một trong những trình diễn đầu tiên của kỹ thuật này xuất hiện hồi năm 2000, khi một nhóm nghiên cứu của công ty Lucent Technologies ở New Jersey chế tạo được một phân tử ngắn hình chữ V hoạt động như cái kẹp phân tử, và có thể đóng/mở cái kẹp này khi đưa vào một phân tử ADN khác gọi là chuỗi đóng, kéo hai đầu của chữ V lại, và một phân tử ADN nữa gọi là chuỗi mở, kéo chuỗi đóng ra khỏi kẹp. Bằng cách sử dụng kỹ thuật tương tự, Seeman cùng đồng nghiệp năm 2004 cũng từng tạo ra một phân tử ADN có 2 chân có thể đi được. Hai chân của nó được gắn vào một sàn ADN bằng các chuỗi đóng và cất bước khi nhóm nghiên cứu đưa vào các chuỗi mở để thả từng chân một.

Mới đây, Seeman cùng đồng nghiệp đã đưa các robot ADN này vào hoạt động bằng cách kết hợp chúng vào một chuỗi tự lắp ráp. Thiết bị hỗn hợp tập hợp nhiều chuỗi phân tử, hay polymer, từ một dung dịch và kết hợp chúng với nhau. Bằng cách điều khiển vị trí của các robot nano, những nhà nghiên cứu có thể xác định sự sắp xếp polymer thành phẩm. Seeman hy vọng dây chuyền lắp ráp nhỏ này có thể được mở rộng thành nhà máy nano để có thể tổng hợp toàn bộ polymer đồng bộ. Thử thách khá lớn hiện nay là chuyển từ các chuỗi cấu trúc 2 chiều (2D) sang cấu trúc 3D. Chiều mở rộng sẽ cho phép sản xuất các phân tử tinh vi hơn, cũng như các mạch điện tử có mật độ dày hơn. Trong một tương lai không xa, các bác sĩ sẽ có thể tiêm những phiên bản khác nhau của các thiết bị ADN tự động kiểu này vào cơ thể bệnh nhân, như những bộ cảm biến sinh học hay như những hệ thống có thể phát thuốc đến những vùng cụ thể như khối u hay huyết khối.

Nguồn: baocantho.com.vn 9/7/2006