Đề thi ĐGTD Đại học Bách khoa Hà Nội phần Tư duy Đọc hiểu (có đáp án) - Đề số 30

Thí sinh đọc Bài đọc 1 và trả lời các câu hỏi 1 – 10:

BÀI ĐỌC 1:

VẬT LIỆU NANO: LỢI ÍCH VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ AN TOÀN (*)

[1] Trong lúc mọi người đang hân hoan về ứng dụng của vật liệu nano thì các nhà khoa học lại đặt ra câu hỏi rằng liệu vật liệu nano có an toàn không, nhất là khi nó hiện diện ở khắp mọi nơi. Một nguyên tắc bất di bất dịch của độc chất học là tất cả mọi thứ đều độc hoặc không độc, chính nồng độ và đường dùng của nó quyết định điều đó. Ví dụ, nước là một chất tưởng chừng cần thiết và vô hại, nếu ta uống 1,5-2 lít mỗi ngày là tốt cho sức khỏe nhưng nếu một người uống 10 lít nước thì sẽ bị ngộ độc chết.

[2] Bản chất vật liệu nano rất khác với vật liệu cùng loại kích cỡ lớn vì vật liệu nano có kích thước nhỏ, tỷ lệ của nhân so với bề mặt lớn hơn nhiều so với vật liệu cùng loại không nano; bên cạnh đó, khả năng vận chuyển và tạo hình của vật liệu nano cũng thay đổi, dẫn đến biến đổi tính chất vật lí, hoá học, quang học và sinh học.

[3] Vì thế, một số nhà khoa học đã bắt đầu xem xét về tính an toàn của chúng. Nghiên cứu của Poland và cộng sự (2008) trên Nature Nanotechnology là hồi chuông lớn nhất về độc tính của nano. Nghiên cứu này cho thấy sợi nano carbon đường kính 50 nanomet (nm), dài 100 micromet tạo ra khối u ở mô cơ hoành tương tự sợi Amiăng, tuy nhiên sợi carbon rối đường kính 15 nm thì không. Nguyên nhân là sợi carbon dài làm cho đại thực bào không tiêu được trong quá trình gọi là “thực bào chán nản”. Nhiều nghiên cứu sau đó cũng củng cố cho luận điểm một số sợi nano gây ra ung thư ở chuột giống với Amiăng.

[4] Sau đấy, các nước phát triển hiểu rằng họ không thể không quan tâm đến độc tính của các vật liệu nano và liên tục tài trợ cho các nghiên cứu về độc tính nano. Một số ví dụ điển hình về độc tính của vật liệu nano đã được công bố như: carbon dạng kim cương và dạng fullerenes gần như trơ, nhưng carbon đen hay ống nano carbon gây độc, phụ thuộc nồng độ, chiều dài hay dạng kết tụ. Thử nghiệm trên mô hình cá cho thấy tiểu phân nano bạc 10 nm hoặc 35 nm gây độc chết, nhưng độc tính giảm khi bọc citrate hoặc fulvic acid, silicat (SiO2) 15 nm gây hành vi giống bệnh Parkinson, còn silicat 50 năm thì độc tính giảm (cũng trên mô hình cá). Các kết quả nghiên cứu về nano cũng cho thấy mỗi loại vật liệu nano (tuy cùng chất, ví dụ cùng là nano bạc), nhưng tuỳ vào đặc điểm (kích thước, hình dạng, cấu trúc, chất bao phủ và cách chế tạo) là một “cá thể” riêng biệt với tính chất khác nhau. Không thể từ một cá thể này mà suy ra tính chất của cá thể khác.

[5] Quay lại chủ đề về nano bạc, một số nghiên cứu ủng hộ cho tác dụng của các loại nano bạc trong diệt khuẩn và virus: nano bạc 5 nm, 25 nm và 30 nm có khả năng tiêu diệt tế bào bị nhiễm herpesvirus và Epstein-Barr Virus; nano bạc 3,5 nm, 6,5 nm và 12,9 nm trộn lẫn với chitosan có khả năng diệt E. coli và cúm H1N1. Tất cả các nghiên cứu này đều chỉ là thử nghiệm trên tế bào, rất ít thử nghiệm trên động vật, còn thử nghiệm lâm sàng trên người thì hoàn toàn chưa có. Lưu ý là chưa có bất cứ nghiên cứu nào dùng nano bạc trị nCoV, SARS hay MERS. Còn về độc tính của nano bạc, chỉ cần tra cứu trong Pubmed (cơ sở dữ liệu các nghiên cứu của Hoa Kỳ) thì ra hơn 2.855 kết quả, có cả độc tính trên vết thương hở, hô hấp và tiêu hóa. Một số kết quả cụ thể như khi cho chuột cống trong thí nghiệm hít nano bạc 18 nm thì bị viêm phổi sau 90 ngày. Nghiên cứu của Kwon và cộng sự (2012) trên chuột nhắt cũng chứng minh rằng hít phải nano bạc 20 nm và 30 nm gây độc phổi cấp và dẫn tới việc nano bạc thâm nhập vào các cơ quan khác nhau; nano bạc 20 nm có khả năng gây độc gene trên dòng tế bào MERS. Nghiên cứu của Kwon và cộng sự (2012) trên chuột nhắt cũng chứng minh rằng hít phải nano bạc 20 nm và 30 nm gây độc phổi cấp và dẫn tới việc nano bạc thâm nhập vào các cơ quan khác nhau; nano bạc 20 nm có khả năng gây độc gene trên dòng tế bào gan HepG2.

[6] Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ không khuyến cáo dùng nano bạc đường uống, vì họ cũng không thể biết hết tác dụng của nano bạc trong cơ thể, dù là kích cỡ nào. Do đó, các sản phẩm có nano bạc mà nhiều người đang sử dụng trong phòng chống COVID-19 cần phải chứng minh rõ ràng các đặc điểm nano bạc như: kích thước, hình dạng, cách chế tạo, độ phân tán, lớp vỏ bao, thử nghiệm để chứng minh hiệu quả phòng chống COVID-19, mô hình thử nghiệm, thử nghiệm tính độc hại và an toàn của sản phẩm theo đường dùng, thử nghiệm lâm sàng.

[7] Trong y khoa, việc nghiên cứu phát triển các vật liệu nano để chế tạo các sản phẩm hỗ trợ chẩn đoán, điều trị bệnh và tăng cường giải phóng thuốc tới tế bào đích đang được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm. Mặc dù các sản phẩm nano từ hữu cơ đã được nhiều quốc gia chấp thuận sử dụng nhưng các tiểu phân nano vô cơ đa phần vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm trên động vật. Triển vọng của tiểu phân nano vào trị bệnh là rất lớn, tuy nhiên điều quan trọng cần quan tâm chính là độc tính của chúng. Liệu việc sử dụng chúng có an toàn trên người hay không luôn là câu hỏi được đặt ra và cần giải quyết thông qua các thử nghiệm từ động vật tới thử nghiệm lâm sàng.

(Nguồn: Trích từ bài báo của TS. Phạm Đức Hùng,

xuất bản trên tạp chí Khoa học và Đời sống, số 3 năm 2020)

Thí sinh đọc Bài đọc 2 và trả lời các câu hỏi 11 – 20:

BÀI ĐỌC 2:

MỰC SINH HỌC

[1] “Mực sinh học” là tên gọi mà các nhà khoa học đặt cho một loại gel 3-D mới có chứa vi khuẩn tạo ra các phân tử có ích trong việc chữa lành vết thương và làm sạch môi trường nước. Vật liệu có thể được tùy chỉnh cho các mục đích sử dụng khác nhau và được phun ra từ vòi phun của máy in 3-D thành nhiều hình dạng hữu dụng.

[2] Mặc dù vi khuẩn có thể gây nhiễm trùng nhưng chúng cũng là “những chú ngựa tháo vát”. Nhiều loại vi khuẩn khác nhau có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm, tổng hợp các hợp chất hữu ích, thực hiện quang hợp cũng như các quá trình trao đổi chất khác. Tiến sĩ Patrick Rühs, nhà nghiên cứu về các vật liệu phức hợp tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zurich, cho rằng in 3-D sử dụng mực sinh học là một cơ hội tốt để biến những vi khuẩn này thành vật liệu chức năng.

[3] Tiến sĩ Rühs và các đồng nghiệp bắt đầu bằng cách thiết kế một hydrogel, một mạng lưới các polymer có khả năng hấp thụ một lượng lớn nước. Gelatin là một hydrogel như vậy. Cấu trúc dạng nước cho phép gel chảy qua vòi phun của máy in 3-D và đông đặc lại ngay sau đó. Hydrogel của nhóm nghiên cứu có hai thành phần polymer chứa đường - acid hyaluronic và chiết xuất rong biển carrageenan - để tạo cấu trúc và nuôi dưỡng vi khuẩn. Gel cũng chứa silica nhiệt hóa, làm cho vật liệu trở nên dính và đàn hồi hơn. Sau khi vi khuẩn được thêm vào gel, hợp chất này được phun ra ngoài và tạo thành một mạng lưới co giãn có khả năng giữ nguyên hình dạng được in ra.

[4] Một ứng dụng đầy hứa hẹn của vật liệu mới là có thể tùy chỉnh để điều trị các vết thương và bỏng. Nhờ các chất dinh dưỡng trong gel, cùng với oxy, vi khuẩn Acetobacter xylium tạo ra cellulose, một phân tử giúp tăng tốc độ chữa lành khi phủ lên bề mặt vết thương. Nó tạo thành một giá đỡ tốt cho kĩ thuật ghép da hoặc mô. Bộ phận cơ thể cấy ghép khi được phủ cellulose có thể giảm nguy cơ bị đào thải. Dù sử dụng với mục đích nào thì lớp phủ này càng vừa khít với các bộ phận cơ thể càng tốt. Tiến sĩ Rühs cho biết, hydrogel chứa vi khuẩn có thể được sử dụng để chế tạo băng quấn cellulose với hình dạng chính xác của bộ phận cấy ghép dựa trên kết quả chụp cắt lớp.

[5] Để kiểm tra ý tưởng này, các nhà nghiên cứu đã chế tạo hydrogel với vi khuẩn Acetobacter xylinum. Khi áp dụng máy in 3-D để xử lí các bề mặt cong, họ phủ một lớp hydrogel mỏng lên trên khuôn mặt của một con búp bê. Sau bốn ngày trong môi trường ấm và ẩm ướt, vi khuẩn đã biến đổi bề mặt hydrogel thành bề mặt cellulose. Cellulose chỉ được tạo ra trên bề mặt của hydrogel vì đó là nơi chứa hầu hết oxy; do đó, phương pháp này tạo ra các lớp phủ mỏng thích hợp để điều trị vết thương. Anne Meyer, giáo sư về nano sinh học tại Đại học Công nghệ Delft, người không tham gia nghiên cứu trên cho biết: “Kết quả này là ví dụ đầu tiên về các vật liệu khuôn được tạo ra thông qua quá trình in 3-D của vi khuẩn”. Nhóm nghiên cứu của giáo sư cũng đã phát triển một loại hydrogel vi khuẩn trước đó được làm từ polymer alginate từ tảo, nhưng không tạo được thành các vật liệu chức năng.

[6] Các vật liệu tương tự có thể giúp làm sạch môi trường. Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Zurich đã tạo ra một lưới hydrogel kết hợp với vi khuẩn Pseudomonas putida để phân hủy chất gây ô nhiễm phenol. Lưới đã làm sạch dung dịch chứa phenol trong khoảng sáu ngày. Theo giáo sư Meyer, đây là một thiết kế tiện dụng để xử lí sinh học, bởi vi khuẩn trong lưới có thể được tái sử dụng hoặc chuyển đến một vị trí mới. Tuy nhiên, khả năng tái sử dụng vẫn có thể có vấn đề. Khi các nhà nghiên cứu rửa sạch lưới và lắp lại thí nghiệm trong dung dịch phenol mới, thời gian làm sạch giảm xuống còn một ngày, khả năng cao là do một số vi khuẩn đi vào dung dịch phenol trong khi phần nhiều vi khuẩn tiếp tục phát triển trong lưới. Điều này có thể giúp quá trình làm sạch lưới hiệu suất hơn, tuy nhiên, điều không mong đợi trên thực tế là vi khuẩn có thể bị giải phóng ra môi trường. Đây là nhận định của Jason Shear, một nhà hóa học tại Đại học Texas ở Austin, người không tham gia nghiên cứu này.

[7] Tiến sĩ Rühs cho biết, nhóm nghiên cứu vẫn đang tinh chỉnh vật liệu để thử nghiệm trong thực tế. Vì mực sinh học có thể được tạo ra từ bất kì tổ hợp vi khuẩn nào nên các nhà nghiên cứu cũng đang suy nghĩ về các ứng dụng khác, ví dụ như giải quyết sự cố tràn dầu, bằng cách thiết kế hydrogel với một polymer ưa béo có khả năng hấp thụ dầu thay vì nước. Dầu sau khi được hấp thụ bởi hydrogel sẽ bị vi khuẩn trong đó phân hủy.

(Nguồn: Dịch từ bài báo “Mực sinh học phủ bởi vi khuẩn để tạo ra các phân tử theo nhu cầu” của tác giả Deirdre Lockwood, xuất bản năm 2017, tạp chí Scientific American).