Thiết bị Trung Quốc nhỏ gọn mới có thể phát hiện dấu ấn ung thư trong một giọt máu

2 giờ trướcBài gốc

Các nhà khoa học Trung Quốc vừa phát triển một thiết bị cầm tay có khả năng phát hiện các dấu ấn sinh học ung thư giai đoạn đầu chỉ từ một giọt máu duy nhất, với độ chính xác lên tới 94,9%. Ảnh: MotionArray

Một công nghệ mới mang tính cách mạng vừa được công bố trên tạp chí danh tiếng Nature Photonics, mở ra viễn cảnh tầm soát ung thư giai đoạn đầu chỉ bằng một giọt máu duy nhất.

Đây là thành tựu mang tính đột phá do Phó giáo sư Văn Liêu Dũng cùng các cộng sự tại Đại học Tây Hồ (Hàng Châu, Trung Quốc) nghiên cứu và phát triển. Trước khi đạt được bước tiến này, ông Văn từng là nhà nghiên cứu tại Đại học Connecticut (Mỹ) rồi gia nhập Trường Kỹ thuật thuộc Đại học Tây Hồ vào năm 2019 với tư cách là trợ lý giáo sư và trưởng phòng thí nghiệm độc lập, trước khi chính thức được bổ nhiệm làm phó giáo sư vào tháng 7 năm ngoái.

Hướng nghiên cứu trọng tâm của ông là các vật liệu cấu trúc nano đa thành phần mới và các ứng dụng đa chức năng của chúng, và công trình lần này chính là một "quả ngọt" từ định hướng chiến lược đó.

Giải mã cơ chế thu nhỏ hệ thống từ cỡ "tủ lạnh" về lòng bàn tay

Để thấy được tầm vóc của phát minh này, cần nhìn vào hạn chế của y học hiện tại khi các thiết bị truyền thống bắt buộc phải tích hợp hệ thống lăng kính, quang phổ kế và các đường truyền quang học cực kỳ phức tạp để tìm ra các dấu ấn sinh học ung thư trong máu. Hệ quả là máy móc luôn có kích thước cồng kềnh tương đương một chiếc tủ lạnh hai cánh, khiến chúng bị bó buộc hoàn toàn trong các phòng thí nghiệm hoặc trung tâm xét nghiệm chuyên dụng.

Nhóm nghiên cứu của ông Văn Liêu Dũng đã đập tan giới hạn vật lý này bằng cách thay thế toàn bộ hệ thống cồng kềnh trên bằng cơ chế cảm biến khúc xạ điều chế Q. Khác biệt cốt lõi là công nghệ mới này đo lường cường độ ánh sáng thay vì đo bước sóng ánh sáng như phương pháp quang phổ truyền thống, từ đó cho phép tinh gọn toàn bộ linh kiện về kích thước cầm tay.

Nhờ sự thay đổi nguyên lý này, độ nhạy của thiết bị được đẩy lên một giới hạn siêu việt. Nếu coi phạm vi thay đổi của chỉ số khúc xạ là một chiếc thước kẻ dài 1 mét, thì hệ thống này có thể phát hiện được những dịch chuyển nhỏ chỉ vài micrômét, mang lại độ chính xác gần như tuyệt đối.

Công nghệ chip 3D và cuộc cách mạng hạ giá thành xuống 5 USD

Trái tim của thiết bị cầm tay này là một con chip 3D được chế tạo từ siêu vật liệu, loại bề mặt nhân tạo có khả năng thao túng ánh sáng theo cách mà vật liệu tự nhiên không làm được. Công trình này kế thừa từ nghiên cứu trước đó của nhóm đăng trên tạp chí Nature Materials năm ngoái, sử dụng vật liệu nhôm để đạt độ chính xác cực cao trên mọi quy mô từ vi mô đến vĩ mô.

Bên cạnh việc thu nhỏ kích thước, nhóm nghiên cứu còn giải quyết được bài toán kinh tế then chốt trong sản xuất hàng loạt. Các chip quang học truyền thống dựa trên siêu bề mặt vốn phải chế tạo bằng phương pháp quang khắc chùm tia điện tử, một quy trình quét từng nét một giống như việc chép tay lại một cuốn sách, khiến giá thành mỗi con chip bị đẩy lên tới hàng trăm USD.

Nhóm của ông Văn đã đưa ngành sản xuất chip bước từ kỷ nguyên "chép tay" sang kỷ nguyên "in chữ rời" bằng cách tạo ra một khuôn mẫu gốc trước rồi dập khuôn hàng loạt. Họ có thể in cùng lúc hàng nghìn con chip có độ đồng nhất tuyệt đối trên một tấm wafer 8 inch, kéo chi phí sản xuất cho mỗi con chip giảm sâu xuống chỉ còn 5 USD. Chính nhờ việc tối giản hóa cơ chế khi chỉ đo cường độ ánh sáng, cấu tạo của toàn bộ hệ thống xét nghiệm giờ đây trở nên cực kỳ tinh gọn, bao gồm vỏn vẹn một chip cảm biến 3D BIC, một nguồn sáng LED và một bộ dò quang học, giúp thiết bị đủ nhỏ gọn và an toàn để sử dụng ngay tại nhà.

Hiệu quả vượt trội qua thử nghiệm lâm sàng thực tế

Để kiểm chứng năng lực thực tế, Giáo sư Văn Liêu Dũng đã hợp tác với Đại học Hạ Môn để tiến hành thử nghiệm dòng túi ngoại bào nhỏ (sEVs), một dấu ấn sinh học quan trọng trong sinh thiết lỏng của bệnh nhân ung thư phổi. Ở giai đoạn đầu của bệnh, hàm lượng sEVs trong máu cực kỳ thấp khiến các phương pháp truyền thống gần như bất lực.

Kết quả đối chứng thực tế cho thấy thiết bị cầm tay mới cho độ nhạy cao gấp 10.000 lần so với phương pháp xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết với enzyme (Elisa) tiêu chuẩn hiện nay. Khi thử nghiệm trực tiếp trên 171 mẫu huyết thanh lâm sàng từ bệnh nhân ung thư phổi, thiết bị đạt tỷ lệ chính xác lên tới 94,9% trong việc phát hiện bệnh giai đoạn đầu và 92,1% trong việc theo dõi bệnh nhân sau phẫu thuật, vượt trội hoàn toàn so với tỷ lệ chính xác khiêm tốn 74,7% của phương pháp Elisa truyền thống.

Tầm nhìn rộng mở về chẩn đoán di động trong tương lai

Nhận định về tiềm năng của công trình, Giáo sư Văn khẳng định nền tảng công nghệ này không chỉ dừng lại ở việc tầm soát khối u. Công nghệ chế tạo vi-nano, với tư cách là hạ tầng hỗ trợ cốt lõi của xã hội thông tin hiện đại, đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực tương tác tín hiệu quang, điện và từ, trở thành lực lượng then chốt thúc đẩy quá trình chuyển đổi số và y tế thông minh.

Ông cũng nhấn mạnh rằng nghiên cứu này thiết lập một mô hình cảm biến sinh học nano-quang học bền bỉ và có thể mở rộng quy mô. Nó sẽ phục vụ đắc lực cho việc chẩn đoán hiệu suất cao, xóa bỏ rào cản về không gian để đưa công nghệ tầm soát ung thư vào các môi trường lâm sàng bình dân, các vùng sâu vùng xa hoặc ngay tại gia đình của mỗi người bệnh.

Theo IE

Thu Quyên

Nguồn VietTimes : https://viettimes.vn/thiet-bi-trung-quoc-nho-gon-moi-co-the-phat-hien-dau-an-ung-thu-trong-mot-giot-mau-post200825.html