Ảnh minh họa

Các nhà khoa học Trung Quốc mới đây cho biết vừa phát triển một thiết bị tầm soát ung thư cầm tay có khả năng phát hiện dấu ấn sinh học ung thư giai đoạn sớm chỉ từ một giọt máu, với độ chính xác lên tới 94,9% trong các thử nghiệm ban đầu.

Thiết bị do nhóm nghiên cứu tại Đại học Westlake phát triển, có khả năng thu nhỏ các hệ thống xét nghiệm vốn cồng kềnh như cả một phòng thí nghiệm thành một thiết bị di động nhỏ gọn. Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ mới này được cho là giúp tăng độ chính xác lên khoảng 10.000 lần so với các phương pháp xét nghiệm truyền thống.

Hệ thống hoạt động dựa trên chip cảm biến quang học 3D sử dụng công nghệ “trạng thái liên kết trong vùng liên tục” (BIC). Thiết bị chỉ cần 3 thành phần chính gồm chip cảm biến, đèn LED và máy dò quang học để vận hành.

Phát hiện ung thư từ những thay đổi cực nhỏ của ánh sáng

Trong nhiều năm, phương pháp sinh thiết lỏng nhằm phát hiện dấu vết khối u thông qua xét nghiệm máu được xem là hướng đi đầy hứa hẹn trong chẩn đoán ung thư sớm. Tuy nhiên, việc phát hiện những tín hiệu cực nhỏ từ các khối u giai đoạn đầu thường đòi hỏi hệ thống máy móc lớn, phức tạp và đắt đỏ, chỉ có tại các phòng thí nghiệm chuyên dụng.

Trong nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Photonics, nhóm nghiên cứu đã chuyển hướng từ việc phân tích các bước sóng ánh sáng phức tạp sang đo cường độ ánh sáng đơn giản hơn nhưng có độ nhạy rất cao. Công nghệ cốt lõi của thiết bị là cơ chế cảm biến khúc xạ điều biến-Q, cho phép phát hiện những thay đổi cực nhỏ trong cách ánh sáng bị bẻ cong khi có sự hiện diện của dấu ấn sinh học ung thư.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng phát triển một loại siêu vật liệu 3D mới giúp tăng độ nhạy của cảm biến. Đồng thời, họ áp dụng kỹ thuật chế tạo dựa trên nhôm nhằm giảm đáng kể chi phí và thời gian sản xuất chip.

Theo mô tả của nhóm phát triển, độ nhạy của thiết bị cao đến mức có thể phát hiện những thay đổi cực nhỏ của ánh sáng ở quy mô vài phần triệu mét.

Chi phí thấp, độ chính xác cao

Thay vì sản xuất từng chip riêng lẻ như trước, nhóm nghiên cứu đã sử dụng quy trình chế tạo hàng loạt tương tự kỹ thuật in công nghiệp. Phương pháp này cho phép tạo ra hàng nghìn chip cảm biến giống hệt nhau trên một tấm wafer silicon duy nhất, kéo chi phí mỗi chip xuống chỉ còn khoảng 5 USD.

Nhờ thiết kế đơn giản, thiết bị có kích thước nhỏ gọn và phù hợp cho việc sử dụng tại nhà hoặc tại các cơ sở y tế tuyến cơ sở.

Để kiểm chứng hiệu quả thực tế, nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Đại học Xiamen nhằm theo dõi các túi ngoại bào nhỏ (sEV), vốn là một dấu ấn sinh học quan trọng của ung thư phổi thường rất khó phát hiện bằng các phương pháp truyền thống.

Kết quả thử nghiệm cho thấy thiết bị cầm tay này nhạy hơn khoảng 10.000 lần so với xét nghiệm ELISA tiêu chuẩn trong việc phát hiện dấu ấn sinh học ung thư phổi giai đoạn đầu.

Khi thử nghiệm trên 171 mẫu huyết thanh bệnh nhân, thiết bị đạt độ chính xác 94,9% trong phát hiện ung thư sớm và 92,1% trong theo dõi bệnh nhân sau phẫu thuật. Trong khi đó, phương pháp xét nghiệm truyền thống chỉ đạt độ chính xác khoảng 74,7%.

Các nhà khoa học cho rằng công nghệ này có thể đặt nền móng cho thế hệ thiết bị y tế bỏ túi mới, giúp việc phát hiện bệnh sớm trở nên nhanh chóng, phổ biến và dễ tiếp cận hơn, từ các bệnh viện lớn ở thành phố đến những khu vực nông thôn xa xôi hoặc ngay tại nhà bệnh nhân.