07/10/2026 · VietTechies · Biên tập
Tại làng quê Måløv ở vùng ngoại ô Đan Mạch, nhà hóa học Morten Meldal từng mượn máy tiện và máy phay của người hàng xóm để tự tay giải quyết một bài toán mà các nhà sản xuất thiết bị thương mại khi đó chưa tìm ra lời giải. Việc lao động chân tay nặng nhọc vốn không hề xa lạ với Meldal; từ năm 15 tuổi, ông đã làm công việc bán thời gian là bốc vác tới 12 tấn gạch mỗi ngày tại một nhà máy gạch địa phương. Sự am hiểu về cơ khí và thói quen làm việc thực tế đó đã trở thành hành trang vô giá cho sự nghiệp khoa học của ông. Sau khi hoàn thành bằng thạc sĩ kỹ thuật hóa học tại Đại học Kỹ thuật Đan Mạch (DTU) vào năm 1981, Meldal trải qua đợt nghiên cứu kéo dài sáu tháng vào năm 1983 tại phòng thí nghiệm MRC của Robert Sheppard ở Cambridge. Tại đây, ông đã đóng góp vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp peptide Fmoc tự động vốn mới bắt đầu sơ khai thời kỳ đó.
Từ những chồng gạch đến phòng thí nghiệm Cambridge
Trở về Đan Mạch để tiếp tục nghiên cứu về glycopeptide, Meldal phải đối mặt với những trở ngại kỹ thuật lớn từ các phương pháp tổng hợp thương mại thời đó. Các máy tổng hợp peptide thương mại vào cuối những năm 1980 chỉ có khả năng tạo ra một peptide trong mỗi lượt vận hành, gây ra điểm nghẽn nghiêm trọng đối với các xét nghiệm sinh học đòi hỏi phải so sánh đồng thời nhiều dãy phân tử lớn. Cùng lúc đó, các nhóm kích hoạt carboxyl tiêu chuẩn lại dễ bị phân hủy trong môi trường axit – điều kiện bắt buộc để gắn carbohydrate vào amino acid. Meldal đã vượt qua rào cản hóa học này bằng cách đưa vào sử dụng các ester pentafluorophenyl (Pfp) nhằm bảo vệ tạm thời và kích hoạt các nhóm carboxylate. Nhờ giữ được tính bền hóa học trong quá trình glycosyl hóa ở môi trường axit, ester Pfp đã giúp tạo ra các khối cấu trúc glycosyl hóa nguyên vẹn để phục vụ cho các bước lắp ráp peptide tiếp theo.
Điểm nghẽn tổng hợp từng peptide đơn lẻ
Khi bài toán bảo vệ hóa học đã được giải quyết, Meldal chuyển sang xử lý điểm nghẽn về mặt phần cứng: ông cần một hệ thống thiết bị có thể tổng hợp đồng thời 20 peptide. Làm việc tại Måløv với chiếc máy tiện và máy phay mượn từ người hàng xóm, ông đã chế tạo một hệ thống phản ứng đa cột tùy chỉnh từ một khối Teflon rắn trơ hóa học. Để không phải lắp 20 van xả riêng biệt cho 20 giếng phản ứng, Meldal đã thiết kế hệ thống sử dụng một áp suất dư nhẹ tác động từ phía dưới đáy của 20 giếng. Chênh lệch áp suất này giữ cho dung môi dạng chất lỏng không bị chảy ra ngoài giếng trong quá trình phối hợp và rửa, cho phép toàn bộ bộ thiết bị vận hành chỉ với một nút đậy duy nhất ở phía trên. Tại phần đáy của mỗi giếng phản ứng, ông tích hợp một bộ lọc Teflon thiêu kết để giữ lại các hạt nhựa chất mang rắn, đồng thời cho phép các hóa chất phản ứng đi qua một cách sạch sẽ.
Gia công Teflon tại làng Måløv
Quá trình thử nghiệm thiết bị đa cột mới lại làm bộc lộ một thách thức kỹ thuật khác: bản thân các vật liệu chất mang rắn. Các loại nhựa polystyrene truyền thống trương nở rất kém trong hệ dung môi cần thiết cho quá trình tổng hợp peptide cũng như các xét nghiệm sinh học trực tiếp trên hạt nhựa sau đó. Để vượt qua giới hạn này, Meldal đã phát minh ra loại nhựa PEGA dựa trên polyethylene glycyl (PEG). Khác với polystyrene truyền thống, dòng nhựa nền PEG này trương nở hiệu quả trong cả dung môi hữu cơ không phân cực lẫn dung dịch nước. Tính linh hoạt hóa học này giúp các phản ứng hóa học diễn ra nhanh chóng, đồng thời cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện các xét nghiệm sinh học trực tiếp trên các hạt nhựa ngay trong môi trường nước.
Tối ưu hóa hạt nhựa cho hóa học trên bề mặt hạt
Bộ phản ứng Teflon tự phay tại nhà của Meldal đã chứng minh rằng phương pháp tổng hợp peptide dòng liên tục song song hoàn toàn có thể thực hiện được bằng các thiết bị phòng thí nghiệm tự chế. Sự kết hợp giữa các giếng phản ứng Teflon rắn, áp suất dư từ đáy và loại nhựa PEGA có khả năng trương nở đã vượt qua những hạn chế của thiết bị thương mại chỉ tổng hợp đơn lẻ, góp phần đặt nền móng cho kỹ thuật tổng hợp tổ hợp đa cột tự động. Ngày nay, thiết bị thử nghiệm nguyên mẫu đầu tiên ấy – được chế tạo trong một xưởng gia công tại gia ở Đan Mạch bằng những dụng cụ mượn tạm – đang được lưu giữ trong bộ sưu tập của Bảo tàng Nobel.
Ảnh minh họa do AI tạo, không phải ảnh tư liệu.
Nguồn: Nobel Prize
Morten Meldal