Chế tạo thành công cảm biến phát hiện bất thường ở thai nhi
Cảm biến được TS. Đặng Thị Mỹ Dung, Viện Công nghệ nano (INT), Đại học Quốc gia TP.HCM cùng nhóm nghiên cứu phát triển. Các nhà khoa học đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công cảm biến sinh học vi lưu trên đế giấy bằng phương pháp in phun nhằm xác định hàm lượng β-hCG cho phụ nữ mang thai qua mẫu máu hoặc nước tiểu. Phương pháp này có thể thực hiện tại nhà hoặc trạm y tế quy mô nhỏ thiếu các trang thiết bị xét nghiệm chuyên dụng. Sau 15 phút, cảm biến cho kết quả, có thể đánh giá được tình trạng sức khoẻ của phụ nữ mang thai.
Ở thai kỳ bình thường, β-hCG có thể được phát hiện trong huyết thanh hoặc nước tiểu phụ nữ vào khoảng 8-9 ngày sau khi phóng noãn và chỉ một ngày sau khi phôi làm tổ. Trước sáu tuần, nồng độ hCG tăng gấp đôi sau mỗi hai ngày, và vào tuần thứ 8-10 của thai kỳ, có thể đạt hơn 100.000 mIU/mL.
Sau đó, nồng độ hCG sẽ giảm dần, xuống thấp nhất tại tuần 16-20 và tiếp tục giữ ổn định ở mức này đến cuối thai kỳ. Theo dõi diễn biến nồng độ hCG có thể giúp dự đoán tình trạng thai và các bệnh lý của thai kỳ.
Nhóm nghiên cứu cảm biến sinh học vi lưu trên đế giấy bằng phương pháp in phun nhằm xác định hàm lượng β-hCG cho phụ nữ mang thai. Ảnh: NVCC
Theo TS Đặng Thị Mỹ Dung, hiện nay phương pháp xác định nhanh phụ nữ mang thai phổ biến nhất là sử dụng que thử thai. Nhưng phương pháp này chỉ có khả năng xét nghiệm định tính β-hCG (có hay không có β-hCG) trong nước tiểu. Việc định lượng β-hCG trong huyết thanh và nước tiểu thường được thực hiện bằng các kit định lượng thương mại hoặc xác định bằng thiết bị xét nghiệm miễn dịch tự động tại bệnh viện, phòng xét nghiệm y khoa có máy móc, trang thiết bị xét nghiệm chuyên dụng. Chưa có thiết bị tự thực hiện tại nhà.
Cấu tạo của cảm biến sinh học cũng bao gồm những thành phần như ở các que thử phát hiện β-hCG thương mại với cơ chế ứng dụng quy trình xét nghiệm miễn dịch hấp thụ liên kết với enzyme (Enzyme-linked immunosorbent assay) dạng Sandwich – Sandwich ELISA lên màng nitrocellulose.
Cách sử dụng cảm biến khá đơn giản: Lấy 0,1ml nước tiểu của phụ nữ mang thai, nhúng phần đệm chứa mẫu (sample pad) của cảm biến vào mẫu nước tiểu để mẫu chảy trong lòng kênh dẫn trong năm phút. Nhấc cảm biến ra khỏi mẫu, để cảm biến lên mặt phẳng ngang trong một phút. Nhỏ 0,04 ml dung dịch đệm chạy (running buffer được cung cấp kèm theo cảm biến) lên phần chân đệm liên hợp của cảm biến và để dung dịch chảy trong lòng kênh dẫn trong 7-9 phút.
Khi cảm biến xuất hiện hai vạch màu đỏ chứng tỏ trong mẫu nước tiểu có chứa β-hCG. Để định lượng β-hCG trong nước tiểu thì chụp ảnh vạch thử nghiệm sau khi xuất hiện màu bằng máy ảnh trong phòng tối, phân tích tín hiệu màu bằng phần mềm ImageJ và tính toán nồng độ β-hCG có trong mẫu từ đường chuẩn tín hiệu màu.
Các xét nghiệm này có thể thực hiện nhanh ngay tại hiện trường (trạm y tế, hộ gia đình, phòng khám) với một vài dụng cụ đơn giản. Tổng thời gian phân tích trong khoảng 15 phút, có thể xác định hàm lượng β-hCG trong mẫu với sai số nhỏ hơn 10%. Sản phẩm cảm biến có khả năng phát hiện β-hCG trong mẫu thấp, có ngưỡng phát hiện tại nồng độ β-hCG là 1 mIU/mL. Trong khi các cảm biến thương mại có khả năng định tính β-hCG tại ngưỡng 10 mIU/mL.
Các kênh dẫn của cảm biến vi lưu trên màng nitrocellulose được tạo thành bằng máy in CeraPrinter X-Serie. Ảnh: NVCC
Cảm biến sinh học vi lưu để định lượng β-hCG cho phụ nữ mang thai được thử nghiệm tại Viện Nghiên cứu Y Dược học Quân sự – Học viện Quân Y, định lượng β-hCG trong mẫu nước tiểu và huyết thanh đều có độ đặc hiệu ≥90%, độ chính xác ≥ 96%, sai số của cảm biến ≤ 4,63% và độ ổn định của cảm biến trong khoảng 6 tháng.
“Trên thế giới hiện chưa có sản phẩm dạng thương mại mà mới chỉ dừng lại ở nghiên cứu. Đây là sản phẩm đầu tiên được nghiên cứu, chế tạo tại Việt Nam”, TS Dung cho biết.
Theo nhóm nghiên cứu, sản phẩm hoàn toàn có khả năng thương mại hóa do thao tác đơn giản, thời gian đáp ứng nhanh, dễ dàng thực hiện, không cần dùng thiết bị chuyên dụng. Trong tương lai, nhóm sẽ ứng dụng các kỹ thuật này để chế tạo một cảm biến định lượng nhanh các chất mục tiêu với độ nhạy cao, ngưỡng phát hiện thấp… Có thể ứng dụng trong y học, nông nghiệp, thực phẩm như phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, kháng sinh, các chất cấm trong sản phẩm thực phẩm, các tác nhân gây bệnh như vi khuẩn, virus hoặc các protein chỉ thị…
“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cảm biến sinh học vi lưu trên đế giấy bằng phương pháp in phun nhằm xác định hàm lượng β-hCG cho phụ nữ mang thai” là đề tài nghiên cứu thuộc Chương trình hợp tác nghiên cứu song phương và đa phương về khoa học và công nghệ đến năm 2020. Chủ trì nhiệm vụ là Viện Công nghệ Nano – Đại học Quốc gia TP.HCM. Tổ chức nước ngoài phối hợp thực hiện nhiệm vụ là Phòng Thí nghiệm Takamura (Takamura Lab) – Viện Tiên tiến về Khoa học và Công nghệ Nhật Bản (JAIST), Nhật Bản.
Bảo Lâm