Phương pháp phát hiện nhanh độc tố ricin

02:17' PM - Thứ ba, 15/11/2016

Ricin là độc tố cực mạnh, có khả năng gây chết người cao gấp 6.000 lần chất độc xyanua. Nó thường có trong các hạt thầu dầu và có thể được sản xuất một cách dễ dàng với chi phí thấp. Chỉ khoảng 70 mg ricin (tương đương một hạt muối) cũng đủ giết chết một con người, qua đường tiêm, hít hoặc tiêu hóa. Khi nhiễm độc, nạn nhân sẽ bị sốt cao, nôn mửa, ỉa chảy và co giật. Những triệu chứng này thường kéo dài trong vòng 24 giờ, và kết thúc bằng cái chết.

Thực tế đã có một số trường hợp tử vong được các nhà khoa học ghi nhận sau khi nạn nhân bị tiêm chất độc ricin. Cũng có trường hợp người bị nhiễm độc chất ricin sau khi ăn hạt cây thầu dầu nhưng phần lớn các trường hợp ăn hạt cây này không bị nhiễm độc do chất ricin khó phóng thích ra từ các hạt cây thầu dầu. Hơn nữa, chất độc ricin không được hấp thu tốt qua dạ dày và ruột của đường tiêu hóa so với đường tiêm truyền hoặc hít phải qua đường hô hấp.

Với độc tính khác thường của nó, ricin rất được “ưa chuộng” để ngấm ngầm giải quyết những mâu thuẫn chính trị hoặc sử dụng làm tác nhân khủng bố sinh học nhờ khả năng phát tán với hiệu lực cao và không có thuốc chữa.

Năm 2011, Cục Điều tra liên bang Mỹ (FBI) bắt giữ 4 người đàn ông tại Georgia (Mỹ) với cáo buộc âm mưu sử dụng chất nổ và vũ khí sinh học để tiêu diệt một số chính trị gia Mỹ. Theo các nguồn tin, những người này còn lên kế hoạch phát tán 10 pound (khoảng 4,5 kg) ricin ở các thành phố lớn như Atlanta, Jacksonville, Newark, Washington DC và New Orleans. Chất ricin trong kế hoạch sẽ rải từ máy bay trên bầu trời thủ đô Washington và tấn công các mục tiêu khác bằng chất nổ.

Các chuyên gia quốc tế về vũ khí sinh học tin rằng, Iraq đã sử dụng ricin trong cuộc chiến chống Iran, cả quân đội Mỹ và Anh cũng từng liên kết chế tạo loại bom hủy diệt chứa ricin. Ước tính khi nổ, lượng ricin phóng thích dưới dạng đám mây hóa học đủ sức tiêu diệt cả khu dân cư rộng hàng chục km vuông.

Trong những năm gần đây, ricin đã được một số phần tử khủng bố và các nhóm khủng bố sử dụng nhằm mưu sát các nhà chính trị. Ví dụ, ngày 29/5/2013 hai lá thư nặc danh có dấu vết của ricin đã được gửi đến thị trưởng thành phố New York là Michael Bloomberg. Một thư độc khác có chứa ricin cũng được gửi tới văn phòng của Tổ chức chống vũ khí bất hợp pháp ở Washington.

Trước đó, vào tháng 4/2013 FBI đã phát hiện một bức thư gửi đến Tổng thống Barack Obama có tẩm ricin. Cùng ngày một lá thư khác tẩm ricin cũng được gửi đến cho Thượng nghị sĩ Mỹ Roger Wicker. Nếu hít phải loại ricin trong những lá thư này, nạn nhân có thể suy hô hấp, sốt cao, khó thở, ho, buồn nôn và tử vong trong vòng 3 ngày.

Các phương pháp phát hiện ricin hiện nay thường dựa vào kỹ thuật sắc ký và quang phổ, thời gian thực hiện thường mất vài giờ. Gần đây, các nhà khoa học đã phát triển các cảm biến sinh học nhạy với ricin, đây là những cảm biến sinh học dựa trên aptamer - những đoạn DNA ngắn có ái lực mạnh đối với các protein đích cụ thể. Nhưng những cảm biến sinh học này có thời gian đáp ứng chậm do chúng cần thời gian để liên kết với ricin đích.

Để khắc phục nhược điểm đó, các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp California (Mỹ) đã tìm cách tạo ra các cảm biến aptamer nhanh hơn và dễ sử dụng hơn. Họ đã gắn những “động cơ hóa học” tự chuyển động với các aptamer nhạy ricin. Đây là những “động cơ” đã được phát triển trước đó trong phòng thí nghiệm của họ. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu gắn những aptamer này với thuốc nhuộm phát huỳnh quang. ý tưởng của họ là những “động cơ bơi” này có thể tích cực tìm kiếm ricin trong dung dịch mẫu, nhờ đó tăng tốc quá trình phát hiện.

Những “động cơ” nói trên là những đoạn ống dài 10 mm, rộng 5 mm, được chế tạo từ graphen oxit, bên trong lót platin. Trong dung dịch H2O2 loãng, platin sẽ xúc tác quá trình phân hủy H2O2 thành nước và oxy. Các bong bóng oxy bị đẩy ra từ một đầu ống, phản lực của chúng sẽ đẩy các ống chuyển động trong chất lỏng theo chiều ngược lại, giống như những quả tên lửa nhỏ.

Các phức thuốc nhuộm - aptamer được gắn bằng liên kết không đồng hóa trị vào các “động cơ” nói trên thông qua tương tác giữa các điện tử pi trong graphen và aptamer, vì vậy chúng làm tắt ánh sáng huỳnh quang của thuốc nhuộm. Nhưng khi các “động cơ” tiến gần đến ricin, aptamer sẽ giải phóng graphen để gắn lên protein, khiến cho thuốc nhuộm lại phát ánh sáng huỳnh quang.

Để thử nghiệm hiệu quả của cảm biến, các nhà nghiên cứu đã cho những “động cơ” mini này vào một số dung dịch ricin với nồng độ từ 0,1 ng/ml đến 10 mg/ml rồi chụp lại hình ảnh huỳnh quang sau 3 phút. Nồng độ ricin tăng sẽ làm tăng cường độ của ánh sáng huỳnh quang, từ đó người ta có thể nhận biết các mẫu có chứa ricin. Hiện tại, một số phương pháp khác có thể phát hiện ricin trong phòng thí nghiệm ở nồng độ thấp hơn 0,1 ng/ml, nhưng cho kết quả rất chậm.

Sau đó, để thử nghiệm hiệu quả của các “động cơ” ở những tốc độ khác nhau, các nhà nghiên cứu đã cho các giọt có chứa nhiên liệu H2O2 với nồng độ khác nhau vào mẫu ricin 10 mg/ml. Kết quả cho thấy, những mẫu không chứa nhiên liệu H2O2 đã thể hiện ánh sáng lờ mờ, phục hồi khoảng 12% ánh sáng huỳnh quang đã bị dập tắt của chúng, trong khi đó những mẫu chứa 2% nhiên liệu H2O2 đã hồi phục hoàn toàn ánh sáng huỳnh quang. Theo các nhà khoa học, chuyển động của “động cơ” mini đã tăng tốc sự tiếp xúc giữa mẫu và thụ cảm, qua đó tăng tốc quá trình phát hiện ricin.

Các nhà nghiên cứu cũng đã thử nghiệm các bộ cảm biến trong các mẫu nước sạch, nước bọt và nước tiểu pha 1% H2O2. Tất cả các mẫu đều phục hồi tối thiểu 65% cường độ của ánh sáng huỳnh quang trong vòng 3 phút.

Một nhà hóa học tại Đại học Tổng hợp Nanyang nhận xét kỹ thuật nêu trên đã đạt tốc độ phát hiện nhanh chưa từng thấy so với các kỹ thuật phân tích khác.

Một chuyên gia khác trong lĩnh vực này cho rằng, đây là bước đầu tiên về hướng tạo ra bộ xét nghiệm ricin một cách hiệu quả, đơn giản và có thể quan sát kết quả bằng mắt. Đáp ứng mạnh của các “động cơ” aptamer mini trong những môi trường phức tạp như nước tiểu và nước bọt cho thấy đây là một phương pháp rất có triển vọng. Kỹ thuật này có thể được mở rộng cho nhiều mối đe dọa sinh học khác bằng cách sử dụng các aptamer khác, nhưng hiện nay việc phát hiện như vậy đòi hỏi phải sử dụng kính hiển vi quang học với các bộ lọc huỳnh quang.

Hơn nữa, để có thể sử dụng được trên thực địa, các nhà nghiên cứu sẽ phải sáng chế hệ thống chụp ảnh huỳnh quang dạng cầm tay. Các nhà khoa học California đã có kế hoạch giải quyết thách thức này. Họ đang tìm cách phát triển thiết bị quang phổ huỳnh quang cỡ mini, có thể gắn lên máy ảnh của điện thoại thông minh.

HS

Theo Chemical & Engineering News, 2/2016

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,