Phát triển camera dò tìm ung thư từ mắt tôm tích

Tôm tích, hay còn gọi là tôm bọ ngựa hay tôm búa, nổi tiếng với cú đập bằng càng cực mạnh và thần tốc như viên đạn từng gợi ý tưởng cho các nhà khoa học chế tạo chất liệu composite siêu mạnh dùng để sản xuất áo giáp bảo vệ cơ thể. Hơn thế nữa, một nhóm nhà nghiên cứu còn quan tâm đến kết cấu mắt kép phức tạp của tôm tích để tạo ra loại camera dò tìm mọi dạng ung thư.

Loài tôm tích được tìm thấy tại rạn san hô ngầm Great Barrier Reef của Australia có thị lực cực kỳ phức tạp, có thể nhìn thấy 12 màu gốc trong khi mắt người chỉ nhìn được 3 màu gốc. Mới đây, một nhóm nhà khoa học liên ngành - bao gồm nhà thần kinh sinh học Đại học Queensland (Australia), kỹ sư máy tính Đại học Washington ở St. Louis (Mỹ) và các chuyên gia khác ở Đại học Maryland, hạt Baltimore và Đại học Bristol (Anh) - công bố công trình của họ trên Tạp chí Proceedings of the IEEE (Viện Kỹ nghệ Điện và Điện tử).

Tôm tích - tương tự như một số côn trùng, mực ống và động vật thân mềm khác - có thể nhìn thấy những khác biệt của ánh sáng phân cực, tức là loại ánh sáng phản ánh sự khác biệt giữa các mô bao gồm tế bào ung thư hay lành mạnh. Tôm tích sử dụng khả năng này để tìm bạn đời, phân biệt được các loại san hô cũng như các loại mồi khác nhau và tránh bị các loài săn mồi khác ăn thịt. Nhưng ánh sáng phân cực cũng có thể được sử dụng để nhìn thấy những gì mà mắt người không thể nhìn thấy, như là các tế bào ung thư.

Viktor Gruev cho biết, các tế bào ung thư dễ được nhìn thấy dưới ánh sáng phân cực do cấu trúc hỗn độn và xâm lấn của chúng làm phân tán ánh sáng theo một cách khác hơn các tế bào bình thường. Viktor Gruev là phó giáo sư khoa học máy tính và công nghệ Đại học Washington và phòng thí nghiệm của ông đang phát triển thiết bị cảm biến có khả năng năng dò tìm những tế bào bị thương tổn trước khi chúng phát triển thành khối u nhìn thấy được.

Trước đây, giới khoa học đã phát triển những thiết bị ghi hình phân cực sử dụng nhiều thiết bị cảm biến, phức tạp và đắt tiền. Nhưng với sự kết hợp những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ nano, loại thiết bị cảm biến CMOS (chất bán dẫn metaloxide bổ sung) nhỏ bé - một công nghệ tốn ít năng lượng được sử dụng phổ biến trong smartphone hiện nay và những nguyên tắc hoạt động cơ bản của hệ thống thị giác tôm tích, nhóm nhà khoa học này có thể tạo ra thiết bị cảm biến ghi hình đơn giản hơn nhiều, kích thước cũng nhỏ hơn đồng xu, rất nhạy và có thể dò tìm được các tế bào ung thư sớm hơn trước đây.

Với dạng ung thư ruột kết, trước đây bác sĩ thường sử dụng đèn nội soi để dò tìm bất cứ mô nào trông giống như ung thư và sau đó sẽ tiến hành sinh thiết. Ung thư phải phát triển đến một giai đoạn nào đó để mắt người có thể nhận ra sự khác biệt. Trong khi đó, camera được xây dựng mô phỏng mắt kép tôm tích có thể phát hiện các tế bào ung thư sớm hơn. Camera cũng giúp giảm tối đa nhu cầu sinh thiết nhưng cho đến khi công nghệ được hoàn thiện, các nhà nghiên cứu vẫn còn phải đối phó với nhiều thách thức phía trước.

Giáo sư Justin Marshall thuộc Đại học Queensland (Australia) là nhà khoa học lãnh đạo dự án và ông đã nghiên cứu thị giác tôm tích trong hơn 25 năm qua. Marshall cho biết, công nghệ mới sẽ được áp dụng đầu tiên cho dò tìm ung thư ruột kết. Thật ra, kỹ thuật sử dụng ánh sáng phân cực từng được sử dụng để phát hiện ung thư da nơi 3 bệnh nhân ở Australia.

Các nhà nghiên cứu cũng đang thí nghiệm sử dụng ánh sáng phân cực để tăng cường độ tương phản của mô giúp các bác sĩ làm việc dễ dàng hơn trong ca phẫu thuật. Do con chip được mô phỏng từ mắt kép tôm tích rất nhỏ và dễ sử dụng cho nên công nghệ camera có thể được tích hợp trong các thiết bị cầm tay hay thậm chí smartphone. Điều đó có nghĩa là, vào một ngày nào đó con người có thể tự theo dõi bệnh ung thư của mình tại nhà nhằm giảm bớt gánh nặng cho ngành y tế.

Các nhà nghiên cứu còn cho biết mắt tôm tích sẽ giúp phát triển những thiết bị quang học trong tương lai sử dụng tinh thể lỏng mô phỏng thành phần tế bào trong mắt loài này.

Trước đây, David Kisailus - phó giáo sư Đại học California - cũng phát hiện cấu trúc càng tôm tích rất cứng và chịu được lực tác động rất lớn. Bí ẩn nằm ở kết cấu sợi chitin được bố trí theo dạng xoắn ốc dày đặc bên trong càng tôm tích có tác dụng làm phân tán lực tác động. Kisailus cho biết, công trình nghiên cứu càng tôm tích giúp dẫn đến sự phát triển nhiều sản phẩm có ứng dụng thực tế.

Trước mắt, Kisailus tập trung nghiên cứu kết cấu càng tôm tích để phát triển áo giáp chống đạn sử dụng trong quân đội với vật liệu mới nhẹ và mỏng hơn 1/3 lần so với áo giáp thông thường hiện nay. Ý tưởng của Kisailus và các đồng nghiệp đã nhận được khoản tài trợ gần 600.000USD từ quân đội Mỹ