Thiết bị xử lý mẫu DNA của vi khuẩn do các nhà nghiên cứu từ tại Đại học Kyung Hee (Hàn Quốc) phát triển có kích thước bằng lòng bàn tay và nặng chỉ khoảng 0,3 kg. Người điều khiển sẽ dùng khẩu lệnh để vận hành quá trình trích xuất DNA từ các mẫu vi khuẩn gây bệnh. Do không tiếp xúc trực tiếp, thiết bị giúp ngăn chặn lây nhiễm, xử lý các mẫu một cách an toàn. Nghiên cứu đăng trên tạp chí ACS Sensors hồi tháng 2.
Thiết bị xử lý mẫu DNA của vi khuẩn do nhóm nghiên cứu Đại học Kyung Hee (Hàn Quốc) phát triển. Ảnh: Nhóm nghiên cứu
Thông thường các nhà khoa học làm việc với các mẫu chứa mầm bệnh, cần phải thao tác trên số lượng nhỏ nhất nhằm tránh khả năng lây nhiễm. Đối với các bệnh do vi khuẩn có tính lây lan cao, việc phân tích mẫu tại chỗ là phương án lý tưởng để giúp các bác sĩ chẩn đoán nhanh chóng. Với các nhà khoa học bị khiếm thị hoặc khiếm khuyết về thể chất, việc vận hành các dụng cụ phức tạp, nhất là thiết bị dùng cho xử lý số lượng mẫu nhỏ cũng là thách thức lớn. Do đó nhóm nghiên cứu muốn tích hợp ứng dụng nhận dạng giọng nói với hệ thống trích xuất giúp quá trình dễ dàng và an toàn hơn.
TS Bùi Hoàng Khang (32 tuổi), tác giả chính của nghiên cứu cho hay, họ mất 3 năm với khoảng 30 phiên bản thiết kế khác nhau để đưa ra được hệ thống hoàn thiện. "Một trong những khó khăn lớn khi chế tạo là phải kết nối nhiều bộ phận khác nhau song vẫn đảm bảo hiệu năng và nhỏ gọn", TS Khang nói với VnExpress.
Anh giải thích việc tách DNA đi qua bốn bước, từ mẫu, rửa lần một, rửa lần hai và dung dịch rửa giải, đồng thời phải có hai ô để tách bỏ chất thừa và lưu giữ mẫu cho các bước tiếp theo. Do đó dung dịch cần được điều khiển chính xác đi từ ô này qua ô khác và vượt qua được lực cản của các viên bi thủy tinh siêu nhỏ. Nhóm nghiên cứu đã làm tối giản số lượng các van không khí và sắp xếp gọn gàng. Việc tối ưu thiết kế kỹ thuật giúp đảm bảo quãng đường di chuyển của mẫu càng ngắn càng tốt, qua đó nâng cao hiệu suất.
Hệ thống được thiết kế gồm một chip vi lỏng (microfluidic chip) liên kết với sáu van khí 3 chiều, một định tuyến không khí (air router), các ống áp suất và chân không với động cơ bơm không khí và một bộ vi điều khiển (microcontroller) có mô-đun Bluetooth. Sau đó, bằng cách sử dụng phần mềm nhận dạng giọng nói hiện có, nhóm phát triển ứng dụng dựa vào nền tảng MIT App Inventor (MAI) để nghe các lệnh thoại cụ thể. Thiết bị chạy bằng pin di động hoặc bộ sạc điện thoại thông minh thông thường.
TS Bùi Hoàng Khang tại phòng thí nghiệm, cùng thiết bị xử lý mẫu DNA của vi khuẩn. Ảnh: NVCC
Để dễ sử dụng, phần chip chứa dung dịch được thiết kế tháo lắp dễ dàng bên trên bộ phận định tuyến không khí. Người dùng chỉ cần nói to một trong các lệnh điều khiển, ứng dụng sẽ gửi tín hiệu không dây đến bộ điều khiển vi mô. Sau khi nhận được tín hiệu, bộ vi điều khiển sẽ tự động bắt đầu một loạt các bước, bao gồm tải mẫu, rửa và giải phóng DNA tinh khiết vào buồng thu thập.
Nhóm đã thử nghiệm chiết xuất DNA từ vi khuẩn Salmonella Typhimurium, tinh chế mẫu 10µL với hiệu suất 70% trong vòng chưa đầy một phút. Mặc dù hệ thống hiệu suất thấp hơn so với bộ trích xuất DNA truyền thống (có thể đạt 80-90%, phụ thuộc hiện trạng mẫu), song các nhà nghiên cứu đánh giá thiết bị được tích hợp nhiều tính năng giúp việc xét nghiệm DNA vi khuẩn thuận tiện và an toàn hơn.
TS Trần Bửu Minh, chuyên gia trong lĩnh vực vi sinh vật học tại trường Đại học Uppsala (Thụy Điển) đánh giá, nghiên cứu có nhiều tiềm năng hỗ trợ nhân viên y tế tuyến đầu và mở đường cho việc ứng dụng nhận dạng giọng nói vào các thiết bị y tế.
TS Khang cho biết, nhóm đang tích hợp thêm chức năng PCR và sử dụng nhiều mẫu bệnh phẩm khác nhau bao gồm cả Covid-19, đồng thời tiếp tục nghiên cứu thu nhỏ thiết bị. "Hướng nghiên cứu hoàn toàn có thể triển khai ở Việt Nam mà không cần nhiều thiết bị chuyên dụng đắt tiền", TS Khang nói.
TS Bùi Hoàng Khang tốt nghiệp trường ĐH Cần Thơ, chương trình công nghệ sinh học tiến tiến liên kết với trường ĐH Michigan (Mỹ). Anh từng làm việc với vai trò chuyên viên phôi học và thư ký y khoa tại một số bệnh viện trước khi sang Hàn năm 2017. Anh nhận bằng tiến sĩ năm 2022 tại trường Kyung Hee, đồng thời được nhận giải thưởng báo cáo viên xuất sắc tại Hội nghị nhà khoa học trẻ Việt Nam tại Hàn Quốc năm 2022.
Như Quỳnh