ĐH Stanford: Biến chong chóng xoay của trẻ em thành máy ly tâm thử máu siêu rẻ

Nhiều người trong chúng ta hẳn đã chơi chong chóng xoay khi còn nhỏ, nhưng giờ đây chúng đã được cải tiến thành công cụ thí nghiệm y tế cho những nước thế giới thứ 3.

Các kĩ sư sinh học tại Đại học Stanford đã phát triển một máy ly tâm máu dựa trên đồ chơi của trẻ em với giá chỉ 20 cent (4500 đồng) nhưng đủ có thể cạnh tranh với máy ly tâm thương mại trong phòng thí nghiệm có giá hàng ngàn đô la.

Các khu vực nghèo trên thế giới bị hoành hành bởi những bệnh như sốt rét, bệnh lao, HIV và bệnh buồn ngủ (sleeping sickness). Để chống lại những tai ương này, các bác sĩ cần sử dụng máy ly tâm để xử lý mẫu máu của bệnh nhân. Xoay tròn hàng trăm đến hàng ngàn vòng một phút, máy này tạo ra lực ly tâm lớn để tách các thành phần trong máu, giống như tách kem từ sữa trong máy tách kem vậy. Kết hợp với thuốc nhuộm hóa học và kính hiển vi, chúng là một vũ khí mạnh mẽ trong cuộc chiến chống bệnh tật, giúp các bác sĩ phân tách và xác định vi khuẩn để chẩn đoán bệnh.

Vấn đề ở đây là trị giá của máy có thể lên đến hàng trăm hay hàng ngàn đô la và hầu hết chúng cần nguồn điện để vận hành – một thứ xa xỉ ở những vùng xa xôi hẻo lánh. Vì thế, có trường hợp một máy ly tâm ở châu Phi đã được sử dụng làm đồ chặn cửa!

>> Úc: Trang trại khổng lồ trồng rau trên sa mạc chỉ với nước biển và ánh mặt trời

“Có hơn một tỷ người trên thế giới không có cơ sở hạ tầng, đường xá, điện”, Manu Prakash, phó giáo sư công nghệ sinh học tại Đại học Stanford nói. “Tôi nhận ra rằng nếu chúng ta muốn giải quyết một vấn đề quan trọng như chuẩn đoán sốt rét, chúng ta cần thiết kế một máy ly tâm có thể vận hành bằng sức người và có chi phí rẻ hơn một tách cà phê”.

Theo Stanford, ông Prakash và nghiên cứu sinh tiến sĩ Saad Bhamla đã nảy ra ý tưởng máy ly tâm bằng giấy (paperfuge) khi thấy các món đồ chơi như chong chóng xoay và yo-yo. Nhìn thấy chong chóng xoay khi kéo dây hai bên, họ quyết định làm một video quay chậm và khám phá ra nó quay với tốc độ 10.000 vòng đến 15.000 vòng một phút (RPM).

Chỉ với một ống nhỏ chứa máu gắn trên đĩa xoay bằng giấy, hai nhà nghiên cứu đã tạo ra nguyên mẫu đầu tiên. Sau đó họ tuyển dụng 3 sinh viên kỹ thuật từ MIT và Stanford để tạo ra mô hình toán học phân tích cách con xoay biến chuyển động kéo giãn thành chuyển động xoay tròn. Bằng cách nhìn vào các biến số như kích thước đĩa, độ đàn hồi của dây, lực kéo, kết hợp với các phương trình vật lý của cấu trúc siêu xoắn DNA (DNA supercoiling), họ đã hiểu rõ hơn về cơ chế của chuyển động xoay.

Kết quả đạt được là một máy ly tâm với giá 20 cent, làm từ giấy, dây bện và nhựa có thể quay với tốc độ 125.000 vòng trên phút, tạo ra lực tương đương 3.000 G và tách mẫu trong 1,5 phút.

“Theo hiểu biết của tôi, đây là mẫu máy xoay tròn nhanh nhất có thể tạo được bằng sức người”, Prakash nói. “Từ góc nhìn kỹ thuật, chúng tôi có thể bắt kịp các máy ly tâm có giá từ 1.000 đến 5.000 USD”.

Theo nhóm nghiên cứu, máy ly tâm paperfuge này có thể giúp xác định bệnh sốt rét ngay tại hiện trường chỉ trong 15 phút bằng cách xoay tròn mẫu máu trong ỗng có thuốc nhuộm acridine da cam. Sau đó, chúng ta có thể dễ dàng quan sát các ký sinh trùng được nhuộm bằng kính hiển vi.

Bhamla và Prakash hiện đang nghiên cứu các thử nghiệm chuẩn đoán sốt rét bằng chong chóng xoay paperfuge, phối hợp với PIVOT và Viện Pasteur ở Madagascar.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Kỹ thuật Y sinh Nature.

Video cách máy ly tâm giấy paperfuge hoạt động:

Theo New Atlas, Standford,
Hoàng Vũ

Xem thêm: