Thiết bị quang tử siêu nhạy phát hiện dấu ấn ung thư chỉ từ một giọt máu

Bước tiến mới trong phát hiện ung thư sớm

Các nhà khoa học tại Đại học Westlake (Hàng Châu, Trung Quốc) đã phát triển một thiết bị phát hiện ung thư dựa trên công nghệ quang tử có độ nhạy cực cao. Thiết bị này được xây dựng quanh cảm biến sinh học metasurface 3D BIC liên kết mạnh (strongly coupled 3D BIC metasurface biosensor) — một nền tảng cảm biến quang học được thiết kế để phát hiện lượng cực nhỏ của các dấu ấn sinh học ung thư trong máu.

Điểm đặc biệt là hệ thống chỉ cần một giọt máu để xác định các dấu hiệu sinh học liên quan đến ung thư giai đoạn sớm. Trong các thử nghiệm báo cáo bởi nhóm nghiên cứu, thiết bị có thể nhận diện các dấu ấn của ung thư phổi giai đoạn đầu với độ chính xác lên tới 94,9%.

Công nghệ metasurface quang tử hoạt động như thế nào

Cốt lõi của thiết bị là một biosensor quang tử dựa trên metasurface. Khác với nhiều xét nghiệm sinh học truyền thống phải dùng thuốc thử hoặc thiết bị phòng thí nghiệm lớn, cảm biến quang tử phát hiện sự thay đổi ở cấp độ phân tử thông qua tín hiệu ánh sáng. Điều này cho phép nhận biết các phân tử sinh học cực kỳ nhỏ với độ nhạy cao.

Trong nghiên cứu này, cấu trúc 3D BIC (Bound States in the Continuum) giúp tăng cường hệ số chất lượng quang học của cảm biến. Nhờ đó, chỉ một lượng rất nhỏ biomarker trong mẫu máu cũng đủ tạo ra tín hiệu phát hiện rõ ràng.

Nhạy hơn phương pháp truyền thống tới 10.000 lần

Theo báo cáo nghiên cứu và truyền thông khoa học, thiết bị mới có độ nhạy cao hơn khoảng 10.000 lần so với các phương pháp phát hiện thông thường khi tìm kiếm dấu ấn sinh học của ung thư phổi giai đoạn sớm.

Ngoài độ nhạy, một điểm đáng chú ý khác là kích thước thiết bị. Hệ thống phát hiện trước đây có thể lớn tương đương một chiếc tủ lạnh, nhưng nhóm nghiên cứu đã thu nhỏ công nghệ này thành thiết bị cầm tay.

Việc thu nhỏ này mở ra khả năng sử dụng công nghệ trong các môi trường ngoài phòng thí nghiệm, chẳng hạn như:

• xét nghiệm tại phòng khám nhỏ
• kiểm tra nhanh tại điểm chăm sóc (point‑of‑care)
• sàng lọc ung thư sớm trong cộng đồng

Tiềm năng cho xét nghiệm “liquid biopsy” trong tương lai

Công nghệ phát hiện biomarker từ máu — thường gọi là liquid biopsy (sinh thiết lỏng) — đang được xem là hướng tiếp cận đầy hứa hẹn trong chẩn đoán ung thư. Phương pháp này tìm các dấu hiệu phân tử của khối u lưu hành trong dịch cơ thể như máu, giúp phát hiện bệnh sớm hơn và ít xâm lấn hơn so với sinh thiết mô truyền thống.

Nếu tiếp tục được xác nhận trong các nghiên cứu lâm sàng quy mô lớn, thiết bị quang tử của nhóm Westlake có thể giúp:

• phát hiện ung thư trước khi khối u xuất hiện rõ trên hình ảnh y khoa
• đơn giản hóa quy trình xét nghiệm
• đưa chẩn đoán sớm đến gần hơn với các cơ sở y tế cơ bản

Kết quả nghiên cứu đã được báo cáo trên tạp chí khoa học Nature Photonics, cho thấy tiềm năng của các công nghệ quang tử trong việc tạo ra thế hệ thiết bị chẩn đoán ung thư nhanh, nhỏ gọn và siêu nhạy.