Vật lí y sinh
Steven Block
Steven Block là một nhà sinh lí học tại trường đại học Stanford, California, Hoa Kì.
Hơn 10 năm qua, người ta đã có thể tiến hành những thí nghiệm trong lĩnh vực vật lí y sinh mà trước đây chỉ là những giấc mơ hão huyền. Thí dụ, tôi làm việc trong một lĩnh vực gọi là sinh lí học đơn phân tử. Trong lĩnh vực này, thách thức là nghiên cứu các phân tử của sự sống – các protein, acid nucleic, carbohydrate và những hóa chất khác cấu tạo nên cơ thể chúng ta – theo kiểu đúng nghĩa là từng phân tử một. Công việc này chẳng dễ gì thực hiện, vì tất cả các phân tử sinh học đều quá nhỏ để nhìn thấy, nói thí dụ, qua một kính hiển vi thông thường. Tuy nhiên, chúng tôi đang nhận thấy rằng người ta có thể thao tác và đo lường chúng, và các kĩ thuật sử dụng trong nghiên cứu như vậy thường đòi hỏi các laser.
Một kĩ thuật mà phòng thí nghiệm của tôi đã giúp đi tiên phong gọi là “nhíp quang học”. Ý tưởng cơ sở của nhíp quang là bạn có thể sử dụng áp suất bức xạ do một chùm laser hồng ngoại cung cấp để bắt giữ và thao tác với các chất liệu nhỏ bé – bao gồm từng cá thể protein và acid nucleic – làm cho chúng hiện diện dưới kính hiển vi. Để làm như vậy, chúng tôi móc các hạt vi mô nhỏ xíu với các phân tử như ADN. Sau đó, chúng tôi có thể sử dụng nhíp quang và bẫy quang để “đè giữ” lên những hạt này và tác dụng những lực rất nhỏ, có thể điều khiển lên các phân tử ADN.
Các laser mà chúng tôi sử dụng trong công việc này có một số tính chất hết sức tuyệt vời – chúng không giống như laser trong đèn trỏ laser hay máy hát CD của bạn. Chúng tôi cần có thể giữ một chùm laser ổn định trong không gian trong vòng đường kính của một nguyên tử hydrogen, hay khoảng 1 Å, mỗi lần trong vài giây. Đây là vì các cặp base trong phân tử ADN chỉ cách nhau khoảng 3.5 Å, và một trong những thứ chúng tôi thích nghiên cứu là enzyme ARN-polymerase, cái “đọc” ra mã gen, di chuyển như thế nào khi nó trèo lên thang ADN, mỗi lần từng cặp base một.
Thật thú vị là chúng tôi có thể quan sát điều này xảy ra, và nó phụ thuộc hoàn toàn vào việc có thể chiếu ánh sáng laser lên trên enzyme, làm tán xạ ánh sáng đó và đo các dịch chuyển chính xác đến một angstrom. Chúng tôi đã và đang liên tục tìm kiếm các laser với công suất cao hơn hoạt động trong mốt đơn và có các tính chất ổn định hơn. Một số thế hệ mới của các diode laser hiện đã đạt tới mức chúng có thể dùng cho những thí nghiệm này, nhưng phần lớn chúng vẫn nằm ngoài phòng thí nghiệm, tính cho đến nay. Sẽ rất hấp dẫn một khi chúng được sử dụng.
Còn tiếp...
Physics World, tháng 5/2010
