Chỉ từ một giọt máu, thiết bị cầm tay do các nhà khoa học Trung Quốc phát triển có thể phát hiện sớm ung thư với độ nhạy cao gấp 10.000 lần phương pháp truyền thống.
Thiết bị mới này do nhóm nghiên cứu của nhà khoa học Wen Liaoyong thuộc đại học Westlake phát triển. Hệ thống xét nghiệm ung thư vốn cồng kềnh như một chiếc tủ lạnh nay được thu gọn xuống kích thước nằm gọn trong lòng bàn tay, đồng thời cho độ nhạy cao gấp khoảng 10.000 lần các phương pháp truyền thống. Kết quả nghiên cứu được công bố ngày 13/5 trên tạp chí Nature Photonics.
“Công nghệ mới đặt nền móng cho một mô hình cảm biến sinh học nano quang tử có khả năng mở rộng và độ ổn định cao, hướng tới các thiết bị chẩn đoán thu nhỏ nhưng vẫn đạt hiệu năng vượt trội trong môi trường lâm sàng, từ xa và cả tại nhà”, ông Wen viết trong phần mở đầu bài báo. Ông Wen từng làm việc tại đại học Connecticut trước khi gia nhập đại học Westlake năm 2019 với vai trò phó giáo sư và trưởng nhóm nghiên cứu độc lập. Hướng nghiên cứu của ông tập trung vào các vật liệu nano cấu trúc đa thành phần cùng những ứng dụng đa chức năng của chúng.
Hiện nay, các hệ thống phát hiện dấu hiệu ung thư trong máu thường phải sử dụng máy quang phổ, lăng kính cùng nhiều bộ phận quang học phức tạp. Vì vậy, thiết bị có kích thước rất lớn và chủ yếu chỉ được đặt tại phòng thí nghiệm hoặc trung tâm xét nghiệm chuyên sâu. Để khắc phục hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một cơ chế cảm biến mới, cho phép thu nhỏ toàn bộ hệ thống xuống dạng cầm tay.
Nếu công nghệ quang phổ truyền thống dựa vào việc đo bước sóng ánh sáng, thì phương pháp mới chỉ cần đo cường độ ánh sáng. Để đạt độ nhạy đó, các nhà khoa học đã thiết kế chip cảm biến 3D từ “siêu vật liệu” - loại vật liệu nhân tạo có khả năng điều khiển ánh sáng theo cách vật liệu tự nhiên không làm được.
Theo nhóm nghiên cứu, chip quang học hiện nay thường được sản xuất bằng công nghệ khắc chùm điện tử rất tốn kém, khiến mỗi chip có thể trị giá hàng trăm USD. Trong khi đó, công nghệ mới hoạt động theo nguyên lý tương tự “in chữ hàng loạt”.
Sau khi tạo mẫu chuẩn ban đầu, các nhà khoa học có thể sản xuất cùng lúc hàng nghìn chip có chất lượng đồng đều trên một tấm wafer đường kính 8 inch, giúp giá thành mỗi chip giảm xuống còn khoảng 5 USD. Nhờ chỉ cần đo cường độ ánh sáng, toàn bộ hệ thống phát hiện được tối giản đáng kể, gồm chip cảm biến, đèn LED và bộ thu tín hiệu quang học. Thiết bị sau khi hoàn thiện đủ nhỏ để người dùng có thể sử dụng tại nhà.
Để kiểm tra hiệu quả thực tế, ông Wen đã hợp tác với đại học Hạ Môn nhằm phát hiện các túi ngoại bào siêu nhỏ liên quan đến ung thư phổi. Đây là những dấu ấn sinh học quan trọng trong kỹ thuật “sinh thiết lỏng”, vốn khó phát hiện bằng phương pháp thông thường ở giai đoạn đầu do hàm lượng thấp. Kết quả cho thấy thiết bị mới có độ nhạy cao hơn khoảng 10.000 lần so với phương pháp xét nghiệm Elisa hiện nay.
Trong thử nghiệm trên 171 mẫu huyết thanh, thiết bị đạt độ chính xác tới 94,9% trong phát hiện sớm và 92,1% trong theo dõi sau phẫu thuật, vượt trội so với mức 74,7% của phương pháp Elisa truyền thống.
