Trung Quốc phát triển máy phát hiện ung thư cầm tay, nhạy gấp 10.000 lần

Các nhà khoa học Trung Quốc phát triển thiết bị cầm tay có thể phát hiện dấu ấn ung thư chỉ từ một giọt máu, với độ nhạy cao gấp khoảng 10.000 lần phương pháp truyền thống.

Nghiên cứu do Wen Liaoyong tại Đại học Tây Hồ ở thành phố Hàng Châu thực hiện, được công bố trên tạp chí Nature Photonics.

Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống phát hiện vốn có kích thước tương đương một chiếc tủ lạnh nay đã được thu nhỏ xuống thiết bị nằm gọn trong lòng bàn tay, mở ra khả năng xét nghiệm ung thư tại nhà trong tương lai.

"Công trình này thiết lập một mô hình cảm biến sinh học nano quang học có khả năng mở rộng và độ ổn định cao cho các thiết bị chẩn đoán thu nhỏ nhưng hiệu suất lớn", Wen viết trong bài báo.

Các thiết bị phát hiện dấu ấn sinh học ung thư trong máu hiện nay thường sử dụng hệ thống quang học phức tạp với lăng kính, máy quang phổ và nhiều linh kiện cồng kềnh. Vì vậy, chúng chủ yếu được đặt tại phòng thí nghiệm hoặc các trung tâm xét nghiệm chuyên biệt.

Nhóm nghiên cứu của Wen đã sử dụng cơ chế mang tên "cảm biến khúc xạ điều biến Q" để thu nhỏ toàn bộ hệ thống xuống kích thước cầm tay.

Khác với quang phổ học truyền thống vốn đo bước sóng ánh sáng,cơ chế mới chỉ đo cường độ ánh sáng. Điều này giúp thiết bị có cấu tạo đơn giản hơn đáng kể nhưng vẫn duy trì độ nhạy rất cao.

Nếu phạm vi thay đổi chiết suất ánh sáng được ví như chiếc thước đo dài một mét, hệ thống này có thể phát hiện những biến đổi nhỏ chỉ vài micromet khi dấu ấn sinh học xuất hiện trong mẫu máu.

Để đạt được điều đó, nhóm nghiên cứu đã thiết kế chip 3D sử dụng siêu vật liệu (metamaterials) - loại vật liệu nhân tạo có khả năng điều khiển ánh sáng theo cách vật liệu tự nhiên không thể thực hiện.

Theo bài báo, các chip quang học truyền thống thường được chế tạo bằng công nghệ khắc chùm tia điện tử, quy trình chậm và khó sản xuất hàng loạt, khiến mỗi chip có giá hàng trăm USD.

Trong khi đó, nhóm của Wen phát triển phương pháp sản xuất kiểu “in chữ rời”. Bằng cách tạo ra phiên bản mẫu trước rồi mới sản xuất hàng loạt, hàng nghìn chip có độ đồng nhất cao có thể được in trên một tấm wafer 8 inch cùng một lúc, với chi phí mỗi chip giảm xuống còn 5 USD.

Do chỉ cần chip cảm biến, nguồn sáng LED và bộ dò quang, toàn bộ thiết bị sau khi lắp ráp đủ nhỏ để sử dụng ngoài phòng thí nghiệm, thậm chí trong môi trường gia đình.

Để kiểm chứng hiệu quả, nhóm nghiên cứu hợp tác với Đại học Hạ Môn nhằm phát hiện các túi ngoại bào nhỏ (sEVs) liên quan tới ung thư phổi. Đây là dấu ấn sinh học quan trọng trong sinh thiết lỏng nhưng rất khó phát hiện ở bệnh nhân giai đoạn đầu do nồng độ cực thấp.

Kết quả thử nghiệm trên 171 mẫu huyết thanh của bệnh nhân ung thư phổi cho thấy thiết bị đạt độ chính xác tới 94,9% trong phát hiện ung thư giai đoạn sớm và 92,1% trong theo dõi sau phẫu thuật. Trong khi đó, phương pháp Elisa truyền thống chỉ đạt khoảng 74,7%.

Nhóm nghiên cứu cho biết nền tảng này không chỉ phục vụ sàng lọc ung thư mà còn có tiềm năng ứng dụng rộng hơn trong các hệ thống chẩn đoán y sinh thu nhỏ và thiết bị chăm sóc sức khỏe cá nhân.