Trung Quốc tạo đột phá trong phát hiện ung thư sớm, độ chính xác tới gần 95%, có thể sử dụng ngay tại nhà

Nhóm nghiên cứu của nhà khoa học Wen Liaoyong tại Đại học Westlake, Hàng Châu đã thu nhỏ hệ thống phát hiện ung thư vốn có kích thước tương đương một chiếc tủ lạnh thành thiết bị cầm tay, đồng thời nâng độ nhạy lên khoảng 10.000 lần so với các phương pháp truyền thống. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Photonics ngày 13/5.

“Công trình này mở ra mô hình cảm biến sinh học nano quang tử có khả năng mở rộng và độ ổn định cao, phục vụ các hệ thống chẩn đoán thu nhỏ nhưng hiệu suất lớn trong bệnh viện, khu vực từ xa và cả tại nhà”, Wen viết trong phần giới thiệu nghiên cứu.

Ông Wen từng là nhà nghiên cứu tại Đại học Connecticut trước khi gia nhập khoa kỹ thuật của Đại học Westlake vào năm 2019 với vai trò phó giáo sư và trưởng nhóm nghiên cứu độc lập. Tháng 7 năm ngoái, ông được thăng chức Phó Giáo sư cấp cao. Hướng nghiên cứu chính của Wen tập trung vào vật liệu cấu trúc nano đa thành phần và các ứng dụng đa chức năng của chúng.

Theo nhóm nghiên cứu, các hệ thống xét nghiệm dấu ấn ung thư trong máu hiện nay thường cần lăng kính, máy quang phổ và hệ thống dẫn quang phức tạp. Vì vậy, toàn bộ thiết bị thường lớn cỡ tủ lạnh hai cánh và chỉ có thể đặt trong phòng thí nghiệm hoặc trung tâm xét nghiệm chuyên dụng.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm của Wen sử dụng cơ chế gọi là “cảm biến khúc xạ điều biến Q”, cho phép thu nhỏ thiết bị xuống kích thước cầm tay. Khác với công nghệ quang phổ truyền thống vốn đo bước sóng ánh sáng, phương pháp mới tập trung đo cường độ ánh sáng.

Nếu phạm vi thay đổi chiết suất được ví như một cây thước dài 1m, hệ thống này có thể phát hiện những biến đổi nhỏ chỉ vài micromet. Điều đó giúp thiết bị nhận ra sự xuất hiện của các dấu ấn sinh học ung thư ngay cả khi nồng độ trong máu cực thấp.

Để đạt được khả năng này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một con chip 3D sử dụng siêu vật liệu, loại vật liệu nhân tạo có thể điều khiển ánh sáng theo cách mà vật liệu tự nhiên không làm được.

Nghiên cứu cũng kế thừa thành quả công bố trên Nature Materials năm ngoái, khi nhóm sử dụng nhôm để chế tạo chip quang học có độ chính xác cao trên toàn bộ quy mô từ nano tới vĩ mô.

Theo nhóm nghiên cứu, các chip quang học truyền thống dựa trên siêu bề mặt thường được tạo ra bằng công nghệ khắc chùm tia điện tử, tức “viết” từng chi tiết một. Quá trình này giống như chép sách từng chữ, vừa chậm vừa khó sản xuất hàng loạt, khiến mỗi con chip có giá lên tới hàng trăm USD.

Nhóm của Wen cho biết họ đã đưa công nghệ chế tạo chip chuyển từ “thời kỳ chép sách thủ công” sang “thời kỳ in chữ rời”. Thay vì sản xuất riêng lẻ từng chip, nhóm tạo ra một bản gốc rồi in hàng loạt trên wafer 8 inch, cho phép tạo đồng thời hàng nghìn chip có độ đồng nhất cao. Nhờ đó, giá thành mỗi chip giảm xuống chỉ còn khoảng 5 USD.

Do hệ thống mới chỉ cần đo cường độ ánh sáng, cấu trúc thiết bị cũng được đơn giản hóa đáng kể. Toàn bộ hệ thống chỉ gồm chip cảm biến 3D BIC, nguồn sáng LED và bộ cảm biến quang điện.

Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh, thiết bị đủ nhỏ để sử dụng ngay tại nhà thay vì phụ thuộc vào môi trường phòng thí nghiệm.

Để kiểm chứng khả năng thực tế, nhóm của ông Wen đã hợp tác với Đại học Hạ Môn nhằm phát hiện các túi ngoại bào siêu nhỏ liên quan tới ung thư phổi. Đây là dấu ấn sinh học quan trọng trong sinh thiết lỏng, nhưng ở bệnh nhân giai đoạn đầu, nồng độ của chúng cực thấp nên rất khó phát hiện bằng phương pháp truyền thống.

Kết quả cho thấy thiết bị cầm tay mới nhạy hơn khoảng 10.000 lần so với phương pháp xét nghiệm Elisa tiêu chuẩn trong việc phát hiện dấu ấn ung thư phổi giai đoạn sớm.

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

Theo nhóm nghiên cứu, nền tảng này không chỉ phục vụ sàng lọc ung thư mà còn có tiềm năng ứng dụng rộng hơn trong y học và công nghệ sinh học.

“Công nghệ chế tạo vi nano, với vai trò là nền tảng cốt lõi của xã hội thông tin hiện đại, đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực tương tác tín hiệu quang, điện và từ, trở thành động lực quan trọng thúc đẩy chuyển đổi số và trí tuệ hóa”, Wen cho biết.

Theo SCMP