Chế tạo thiết bị y sinh của Việt Nam

Hệ thông đo từ trường siêu nhỏ không dùng màn chắn từ được tạo ra trong Đề tài

(KHCN)- Bằng lòng nhiệt tình và sự sáng tạo nhóm nghiên cứu trẻ của trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng đã đạt được những bước tiến quan trọng trong việc chế tạo ra thiết bị y sinh đo và tách các phân tử sinh học đặc hiệu (kháng nguyên, kháng thể hoặc protein/AND).

Nếu vào thế kỷ 20, vật lý là ngành khoa học trung tâm thì bước sang thế kỷ 21 mọi nghiên cứu sẽ theo hướng lấy sự sống làm trọng tâm. Nghĩa là ngành y sinh học là tiêu điểm cho tất cả các ngành khoa học khác. Từ đây sẽ hình thành nhiều giao ngành như lý sinh (BioPhysics), hoá sinh (BioChemistry),… với mục tiêu áp dụng những khái niệm, những định luật vật lý, hóa học để nghiên cứu sự sống, tìm ra bản chất hóa học của các quá trình sống. Từ đó giúp chúng ta có thể hiểu rõ ràng và can thiệp được vào những quá trình này.

Do đó mà xã hội cần ngành kỹ thuật y sinh bên cạnh các ngành khoa học thuần tuý khác, như y học, vật lý, sinh học, …

Vậy kỹ thuật y sinh là một ngành khoa học lấy kỹ thuật làm phương tiện, sinh học là cơ chế, còn y học là mục đích. Nghĩa là dùng các thiết bị kỹ thuật làm phương tiện sinh ra các tác nhân tác dụng với tổ chức sống trong cơ thể. Từ đó hình thành các hiệu ứng sinh học mà ta có thể định tính cũng như định lượng. Qua sự nghiên cứu này giúp con người chúng ta ó thể đánh giá cũng như thay đổi các trạng thái, chức năng, cấu trúc trong cơ thể, nghĩa là chẩn đoán và điều trị bệnh.

Cho nên “kỹ thuật y sinh được xem là bệ phóng cho các ngành kỹ thuật khác xâm nhập sâu hơn vào các ứng dụng y sinh”.
Phương pháp ELISA được biết đến là một trong những kỹ thuật hiện đại dùng trong y học và sinh học để phát hiện những tác nhân gây bệnh như virus, vi khuẩn, nấm, ký sinh, v.v… Mặc dù được dùng khá phổ biến nhưng kỹ thuật này vẫn còn những nhược điểm chính như: thời gian cho kết quả lâu, độ nhạy thấp, thiếu chức năng tách các phân tử đã được đo và đặc biệt là các máy đo ELISA rất đắt tiền. Ý tưởng tạo ra một thiết bị rẻ tiền hơn, đo hàm lượng và tách được các phân tử sinh học đặc hiệu, khắc phục được những nhược điểm của máy đo ELISA đã được TS. Cao Xuân Hữu nung nấu từ khi còn đang làm nghiên cứu sinh tại Hàn Quốc. Ý tưởng này ban đầu có vẻ như rất “phiêu lưu”. Nhưng với sự hiểu biết và kinh nghiệm của mình, TS. Cao xuân Hữu và nhóm nghiên cứu trẻ đã thuyết phục được hội đồng khoa học cho thực hiện đề tài tiềm năng “Nghiên cứu chế tạo hệ thống đo đạc và phân tách các phân tử sinh học đặc hiệu protein/ADN”.

Về nguyên lý, thiết bị đo sử dụng các hạt nano từ tính (có kính thước từ 5 đến 100nM) như là một tác nhân trung gian phục vụ đo đạc. Quy trình sử dụng dự kiến được thực hiện theo 3 bước: (i) gắn các phân tử sinh học đặc hiệu lên các hạt nano từ tính; (ii) đo hàm lượng của của các phân tử sinh học thông qua các hạt nano; (iii) tách các phân tử sinh học ra khỏi các hạt nano. Việc lựa chọn lớp bọc tạo liên kết trên bề mặt (lớp hoạt hóa bề mặt) của hạt nano phù hợp với các phân tử sinh học đặc hiệu (các kháng thể, kháng nguyên hoặc protein/AND) và kỹ thuật gắn các phân tử sinh học này lên các hạt nano đã được nghiên cứu nhiều trên thế giới. Công đoạn tách các phân tử sinh học được gắn ra khỏi các hạt nano từ tính cũng có thể tham khảo được từ nhiều nghiên cứu trước. Vấn đề mấu chốt mà nhóm nghiên cứu cần giải quyết là tạo ra được bộ cảm biến từ sinh học siêu nhạy và hệ thống xử lý tín hiệu điện tử để cho ra số liệu chính xác về hàm lượng các phân tử sinh học đã được gắn lên các hạt nano.

Việc thiết kế chế tạo hệ nam châm điện có điều khiển cũng như mạch điện tử xử lý thông tin tín hiệu đo không khó đối với các nhà nghiên cứu trẻ. Tuy nhiên, việc tạo ra đầu thu tín hiệu (sensor) siêu nhạy cho bộ cảm biến từ sinh học là một thách thức đối với nhóm nghiên cứu. Đây là loại sensor chưa có trên thị trường và Việt Nam cũng chưa có khả năng chế tạo được. Để giải quyết khó khăn này, sau khi thiết kế được cấu hình của sensor đích thân chủ trì Đề tài, TS. Cao Xuân Hữu, phải sang tận Hàn Quốc phối hợp với các đồng nghiệp cũ của mình để chế tạo.

Một vấn đề khác được đặt ra là: để có thể đo được từ trường siêu nhỏ (khoảng 10-5 so với từ trường trái đất) của các hạt nano, hệ thống đo cần được đặt trong hộp chắn từ để hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng của từ trường trái đất. Tuy nhiên, việc tạo ra hộp chắn từ sẽ làm cho giá thành thiết bị cao lên và chất lượng của việc đo có thể cũng bị ảnh hưởng. Sau một thời gian tìm tòi và sáng tạo, nhóm đã chế tạo và thử nghiệm thành công một nguyên lý mới để đo từ trường siêu nhỏ mà không cần phải dùng đến màn chắn từ. Chi phí dùng cho các thiết bị dùng theo nguyên lý này chỉ bằng 1/3 so với việc chế tạo màn chắn từ. Đối với nguyên lý mới này, Nhóm đang hoàn thiện hồ sơ xin được cấp bằng giải pháp hữu ích. Đây là một kết quả đáng khích lệ đối với nhóm nghiên cứu.

Để có được hệ thống thiết bị hoàn chỉnh có thể đưa vào sử dụng, nhóm nghiên cứu còn nhiều việc phải làm như thu nhỏ kích thước của hệ thống, hiệu chỉnh các thông số và nâng cao độ tin cậy của hệ thống v.v. Tuy nhiên, với những gì mà nhóm nghiên cứu đã đạt được trong thời gian qua và đặc biệt là sự say mê và tinh thần sáng tạo của họ hoàn toàn có thể hy vọng rằng trong một tương lai gần một thiết bị y sinh học dùng để đo các tác nhân sinh học một cách nhanh chóng, chính xác và thuận tiện để phục vụ việc chẩn đoán y học, kiểm tra an toàn thực phẩm, kiểm tra môi trường do Việt Nam sản xuất sẽ có mặt trong các bệnh viện, các phòng thí nghiệm y sinh.