Hình ảnh đầu tiên xuất hiện trong đầu bạn khi nhắc đến "quantum dot", hay những chấm lượng tử là gì? Đó có phải màn hình của một chiếc tivi đắt tiền, một loại vật liệu bán dẫn làm pin mặt trời hay những con chip tương lai trong máy tính tính lượng tử?
Có một sự thật, ứng dụng của chấm lượng tử không chỉ dừng lại ở lĩnh vực điện tử. Những hạt nano này còn có ích trong lĩnh vực sinh học tế bào, mà những con tằm phát sáng dưới đây hẳn là một ví dụ:
Đây là một con tằm lượng tử, nó ăn "quantum dot" và nhả ra tơ phát quang
Những con tằm phát sáng này là sản phẩm của một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc, làm việc tại Đại học Phúc Đán, Thượng Hải. Chúng hoạt động giống như một chiếc đèn năng lượng Mặt Trời.
Chỉ cần bạn để những con tằm này ra ngoài sáng, năng lượng ánh sáng sẽ được tích trữ vào người chúng. Để khi vào trong bóng tối, những con tằm sẽ phát sáng rực rỡ giống như một chiếc đèn lồng.
Và không chỉ bản thân con tằm phát sáng, cả kén, nhộng, tơ của chúng cũng phát quang. Ngay cả khi con tằm lớn lên thành bướm ngài, con bướm đó cũng sẽ phát sáng. Trứng mà con bướm đẻ ra sau này cũng phát sáng. Nhưng thế hệ tiếp theo nở ra từ những quả trứng ấy thì không.
Nhưng tại sao lại vậy?
Huan-Ming Xiong, một giáo sư hóa học tại Đại học Phúc Đán cho biết để có thể tạo ra những con tằm này, ông và nhóm của mình đã cho chúng ăn những chấm carbon lượng tử.
Cụ thể, họ đã chiết xuất carbon từ lá dâu, thức ăn của tằm, rồi chế tạo ra chấm lượng tử từ carbon đó. Chấm lượng tử là những hạt bán dẫn có kích thước chỉ vài nanomet (1nm bằng 1 phần triệu của 1 mm). Ở kích thước này, chúng đã nhỏ đến nỗi thể hiện được các tính chất của thế giới lượng tử.
Một trong số đó là khả năng bị kích thích bằng ánh sáng. Khi ánh sáng chiếu vào một hạt lượng tử, nó sẽ đẩy electron của hạt đó lên một trạng thái cao hơn, tích tụ năng lượng.
Để khi electron này hạ cấp, nó sẽ xả năng lượng ra dưới dạng ánh sáng, từ đó dẫn tới hiện tượng phát quang. Và bạn có thể điều chỉnh màu sắc của ánh sáng phát ra này, tùy theo chất liệu và kích thước hạt bán dẫn làm chấm lượng tử.
Ở đây trong nghiên cứu của mình, giáo sư Xiong và các đồng nghiệp đã chọn hạt carbon. Ông đã thử nghiệm hàng trăm kích thước lượng tử khác nhau của nó, và chọn ra chấm lượng tử phát ra ánh sáng màu đỏ.
"Vì tằm thích ăn lá dâu nên chúng tôi đã tạo ra các chấm carbon từ lá dâu tằm để khiến chúng phát ra ánh sáng màu đỏ", ông nói.
Trước đây, các nhà khoa học khác cũng đã từng tạo ra được những con tằm phát sáng. Nhưng họ chủ yếu làm điều đó thông qua công nghệ chỉnh sửa gen. Quá trình chỉnh sửa gen thì rất tốn kém, và những đột biến có thể di truyền và gây hại cho thế hệ tằm tiếp theo.
Những con tằm ăn chấm lượng tử trong thí nghiệm của giáo sư Xiong thì ngược lại. Chúng chỉ đơn giản là được cho ăn một loại thức ăn đặc biệt, chế tạo đơn giản về mặt hóa học nhưng lại đạt tới sự tương thích sinh học tuyệt vời.
Theo các nhà nghiên cứu, tơ tằm phát sáng có thể được sử dụng trong nghiên cứu y sinh học. Ví dụ, nó có thể được dùng để bao gói thuốc. Từ đó, các nhà khoa học có thể theo dõi thuốc đã đi vào tới đâu trong cơ thể, dựa trên ánh sáng mà nó phát ra. Liệu thuốc có được giải phóng ở đúng vị trí và địa điểm, ví dụ như trong một khối u ung thư hay không?
Ngoài ra, tơ tằm phát quang cũng có thể được sử dụng trong dệt may. Hãy tưởng tượng chiếc áo phông tiếp theo của bạn sẽ là một chiếc áo phông lượng tử.
Còn khi nói đến mô hình sinh học, giáo sư Xiong tin rằng tằm phát quang là một mô hình tuyệt vời để sử dụng trong nghiên cứu. "Chúng tôi không cần kính hiển vi tiêu điểm laze hoặc hệ thống hình ảnh động vật", ông nói. Đó là ưu điểm của những con tằm phát sáng, ánh sáng đó có thể được nhìn thấy bằng mắt thường.
Nhận định về nghiên cứu mới của các đồng nghiệp ở Trung Quốc, tiến sĩ Antonios Kelarakis, một nhà nghiên cứu vật liệu nano tại Đại học Central Lancashire, Vương quốc Anh cho biết: Phương pháp sử dụng chấm lượng tử từ lá dâu tằm có vẻ bền vững hơn các kỹ thuật tạo ra tằm phát quang khác.
Sử dụng phương pháp này, các nhà khoa học Trung Quốc vừa tiết kiệm được chi phí, lại vừa có được những ứng dụng tuyệt vời. Câu hỏi đặt ra lúc này chỉ là liệu các chấm lượng tử có gây ra độc tính cho tằm hay không.
"Đây sẽ là một vấn đề cần phải được nghiên cứu thêm", tiến sĩ Kelarakis cho biết.
Tham khảo Newscientist
