Hệ vi phân tích y-sinh thông minh tích
h
ợp vi lưu và OLED-OPD
PGS. TS Nguyễn Năng Định (Trường Đại học Công nghệ, ĐHQG Hà Nội
Chẩn đoán nhanh các tác nhân gây bệnh, trong đó có truyền nhiễm luôn là
yêu c
ầu quan trọng đặt ra trong nhiều lĩnh vực, từ chẩn đoán lâm sàng, kiểm
soát an toàn thực phẩm đến phát hiện các tác nhân vũ khí sinh học v.v… Có
nhiều phương pháp để phát hiện các tác nhân gây bệnh truyền nhiễm.
Phương pháp phổ biến nhất vẫn hay d
ùng từ lâu là phương pháp nuôi cấy
trên môi trường đặc hiệu.
Việc dùng phương pháp này có thể
mất vài ngày tới vài tuần, tuỳ vào
lo
ại vi sinh vật muốn phát hiện.
Cũng có khi vi sinh vật gây bệnh có
tồn tại trong mẫu nhưng không thể
phát hiện được bằng phương pháp
nuôi cấy thông thường do điều kiện
nuôi cấy như nhiệt độ, thành phần
môi trường v.v... không ph
ù hợp.
Ước tính khoảng 1
-10% số vi sinh
vật trong mẫu thu thập là có thể
nuôi cấy được. Như vậy rất có thể
vi sinh vật gây bệnh nằm trong số
90-99% số vi sinh vật không phát
hiện được bằng phương pháp nuôi
c

phép phát hiện nhiều vi sinh vật gây bệnh với thời gian rút ngắn đáng kể so
với phương pháp nuôi cấy truyền thống, một nhược điểm còn tồn tại của các
phương pháp sinh học phân tử l
à các thiết bị sử dụng thường đắt tiền, cồng
kềnh. Vì vậy nhu cầu luôn được đặt ra là phải phát triển những phương pháp
chẩn đoán nhanh, chính xác, thiết bị gọn nhẹ, dễ mang đi. Việc nghiên cứu
phát triển biochip có thể đáp ứng được những yêu cầu trên. Sự xuất hiện của
biochip đánh dấu bước phát triển vượt bậc trong công nghệ nano, l
à kết quả
của sự kết hợp giữa các lĩnh vực vật lý, hoá học, sinh học và công nghệ
thông tin. Biochip có thể được hiểu là các vi mạch sinh học dùng để phát
hiện các tế bào, các loại vi sinh vật (bao gồm cả virút), các phân tử protein,
axit nucleic và các phân tử nhỏ. Biochip dùng để phát hiện vi sinh vật gây
bệnh gồm các loại: “Lab-on-a-chip” (LOC) và Microarray (MAR). Trong 2
lo
ại trên thì MAR có cấu trúc và nguyên tắc hoạt động đơn giản hơn, chỉ cần
gắn các phân tử ADN, protein hay tế bào lên bề mặt chip với vai trò là probe
thì có th
ể phát hiện ra các tác nhân gây bệnh dựa trên nguyên tắc kết cặp đặc
hiệu. Với loại chip này thì qúa trình phân tích dữ liệu xảy ra OFF chip, cần
các thiết bị phân tích bên ngoài và cần tiến hành ở phòng thí nghiệm cố định.
Trong khi đó nguyên tắc
hoạt động của Lab-on-a-chip phức tạp hơn bởi tất
cả các phản ứng đều xảy ra ngay trên chip nhưng nó là cả một phòng thí
nghi
ệm thu nhỏ. Ví dụ, để phát hiện một vi sinh vật mang gen gây bệnh nào
đó thì tất cả các bước từ tách ADN, phản ứng khuếch đại ADN, lai ADN đều
diễn ra trên chip. Qúa trình phân tích dữ liệu xảy ra ON chip. Thiết bị để
phân tích nhỏ gọn, dễ dàng mang theo khắp nơi. Do vậy, “ Hệ thống vi phân
tích y-sinh học thông minh cho chẩn đoán bệnh” (Smart Bio-Medical

tạo bộ phân cực và mạch vi lưu, do đó rất thích hợp cho việc phân bố các
“ô” phát sáng dọc theo mạch vi lưu. Nhờ đó mà việc vi phân tích chất lỏng
chảy qua hệ vi lưu (thí dụ máu hoặc dịch của bệnh nhân, …) được tiến hành
m
ột cách chính xác.
Trên hình 2 là sơ đồ cấu tạo của OLED phẳng đa lớp. Đế có thể là thuỷ tinh,
thuỷ tinh hữu cơ hoặc plastic. Ánh sáng phát ra từ lớp phát quang hữu
cơ/polymer đi qua anốt và đế trong suốt (thường là điện cực trong suốt
Indium Thin Oxide – ITO phủ trên thủy tinh) ra ngoài. Diện tích phát quang
được khống chế nhờ kĩ thuật khắc ITO v
à mặt phủ trên lớp phát quang trước
khi chế tạo catôt. Trong trường hợp làm màn hình cho máy di động hoặc
TV, diện tích phát quang có thể để rất rộng. Trong kĩ thuật vi lưu diện tích
phát quang được khống chất tuỳ thuộc kích thước của mạch vi lưu, có thể
chỉ một vài macrômet rộng và vài
ch
ục micromet chiều dài.
2. Phân cực.
Bộ phân cực dọc và ngang có tác
d
ụng tách biệt phổ phát xạ và phổ
kích thích
3. Mạch vi lưu
Mạch vi lưu hay hệ thống vi lưu
được chế tạo nhờ sử dụng công nghệ vi chế tạo, qua đó tạo n
ên các kênh
d
ẫn, buồng phản ứng, vi bơm, vi van… nhằm điều khiển các chất lỏng với
thể tích vô cùng nhỏ. Các hệ thống vi lưu đang được ứng dụng mạnh mẽ
Hình 4. Các lĩnh vực ứng dụng của hệ