Một nhóm nhà khoa học tại Đại học Penn State vừa tạo thành công một loại chíp siêu âm có khả năng quan sát chính xác các đối tượng ở cấp độ tế bào mà không cần xâm lấn, hứa hẹn rất nhiều ứng dụng trong nghiên cứu y sinh học cơ bản. Thiết bị này gồm các đầu dò gắn với một chất nền áp điện (một loại c...
Một nhóm nhà khoa học tại Đại học Penn State vừa tạo thành công một loại chíp siêu âm có khả năng quan sát chính xác các đối tượng ở cấp độ tế bào mà không cần xâm lấn, hứa hẹn rất nhiều ứng dụng trong nghiên cứu y sinh học cơ bản.
Thiết bị này gồm các đầu dò gắn với một chất nền áp điện (một loại chất rắn có khả năng sản xuất dòng điện). Các đầu dò sẽ chuyển đổi các rung động thu được từ đối tượng thành làn sóng âm thanh đặc biệt. Sau đó làn sóng âm sẽ tạo ra các áp lực vào trong môi trường lỏng chứa đối tượng. Ngoài ra chíp siêu âm còn có thiết bị điện tử để điều chỉnh sóng âm một cách chính xác có thể giữ hoặc di chuyển mẫu vật.
Sơ đồ mạch điện tử của nhíp siêu âm (Ảnh: Livescience)
Với cơ chế hoạt động như vậy, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chíp siêu âm để quan sát vòng đời từ lúc phôi thai và kiểm soát các mẫu vật nhỏ như giun đũa C.elegans, một loài sinh vật đa bào được ứng dụng rất nhiều trong nghiên cứu y học. Bằng cách quan sát dựa trên thu âm, nên thiết bị này là công nghệ đầu tiên có thể quan sát C.elegans mà không cần chạm vào nó.
Mặc dù có một số khía cạnh, chíp siêu âm không thể sánh với chíp quang học (chíp hoạt động dựa trên tia laser và các hạt nano để nắm bắt các đối tượng nhỏ). Nhưng chíp siêu âm đơn giản, rẻ và ít cồng kềnh hơn. Hơn nữa, do có mật độ năng lượng thấp hơn chíp quang học 10 nghìn lần cho nên chíp siêu âm cũng sẽ ít gây ra thiệt hại đối với các đối tượng sinh học.
Hiện các nhà nghiên cứu đang lên kế hoạch ứng dụng chíp siêu âm vào hàng loạt thử nghiệm y sinh học trong thời gian tới, như: phân loại tế bào máu, tế bào ung thư, nghiên cứu tế bào hoặc quan sát toàn bộ hành vi cũng như môi trường tương tác của các đối tượng như đã làm với giun C.elegans. Từ đó tiến tới phát triển một công cụ nhỏ gọn và rẻ cho các bác sĩ chuyên nghiên cứu về máu, phân loại và chẩn đoán tế bào ung thư.
Tham khảo: Livescience
Một nhóm nhà khoa học tại Đại học Penn State đã phát triển một loại chíp siêu âm có khả năng quan sát các đối tượng ở cấp độ tế bào mà không cần xâm lấn. Công nghệ này được giới thiệu như một hướng tiếp cận phục vụ nghiên cứu y sinh học cơ bản, trong đó mẫu vật có thể được theo dõi trong môi trường lỏng. Thiết bị được kỳ vọng mở rộng khả năng quan sát những đối tượng rất nhỏ mà không cần tiếp xúc trực tiếp.
Chíp siêu âm gồm các đầu dò được gắn trên một chất nền áp điện. Chất nền này là một loại chất rắn có khả năng tạo ra dòng điện khi chịu tác động phù hợp. Các đầu dò tiếp nhận những rung động từ đối tượng rồi chuyển đổi chúng thành các làn sóng âm thanh đặc biệt.
Những làn sóng âm thanh sau đó tạo ra áp lực bên trong môi trường lỏng đang chứa mẫu vật. Hệ thống điện tử tích hợp trên chíp cho phép điều chỉnh sóng âm với độ chính xác cao. Nhờ cơ chế này, các nhà nghiên cứu có thể giữ mẫu vật ở vị trí nhất định hoặc di chuyển chúng trong môi trường mà không cần dùng dụng cụ chạm trực tiếp.
Trong các thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã sử dụng chíp siêu âm để quan sát vòng đời của mẫu vật từ giai đoạn phôi thai. Thiết bị cũng được dùng để kiểm soát những mẫu vật nhỏ như giun C elegans, một sinh vật đa bào thường được sử dụng trong nghiên cứu y học. Việc theo dõi dựa trên âm thanh giúp quan sát loài giun này mà không cần tiếp xúc với cơ thể nó.
Theo nội dung được cung cấp, đây là công nghệ đầu tiên có thể quan sát C elegans theo cách không chạm vào mẫu vật. Phương pháp này tạo điều kiện theo dõi mẫu vật trong trạng thái gần với môi trường thử nghiệm ban đầu hơn. Các nhà nghiên cứu có thể quan sát quá trình phát triển và kiểm soát vị trí của mẫu vật trong cùng một hệ thống.
Chíp siêu âm vẫn có một số hạn chế khi so sánh với chíp quang học, vốn sử dụng tia laser và các hạt nano để nắm bắt những đối tượng rất nhỏ. Tuy nhiên, chíp siêu âm được mô tả là có cấu tạo đơn giản hơn, chi phí thấp hơn và ít cồng kềnh hơn. Những đặc điểm này có thể tạo thuận lợi cho việc đưa thiết bị vào các phòng thí nghiệm có nhu cầu nghiên cứu mẫu vật cấp độ tế bào.
Một điểm đáng chú ý của thiết bị là mật độ năng lượng thấp hơn chíp quang học khoảng 10 nghìn lần. Mức năng lượng thấp hơn được cho là giúp giảm khả năng gây tổn hại cho các đối tượng sinh học trong quá trình quan sát. Nhờ vậy, chíp siêu âm có thể phù hợp với những thử nghiệm cần theo dõi mẫu vật trong thời gian dài.
Trong thời gian tới, các nhà nghiên cứu dự kiến thử nghiệm chíp siêu âm trong nhiều hướng nghiên cứu y sinh học. Những ứng dụng được nêu gồm phân loại tế bào máu, phân loại tế bào ung thư, nghiên cứu tế bào và quan sát hành vi cùng môi trường tương tác của các đối tượng như C elegans. Mục tiêu lâu dài là phát triển một công cụ nhỏ gọn, chi phí thấp để hỗ trợ các bác sĩ nghiên cứu về máu, phân loại và chẩn đoán tế bào ung thư.
