Jim Collins và chiếc khẩu trang tự động phát sáng khi dính SARS-CoV-2

Kịch bản một đại dịch đã chiếm lấy tâm trí của Jim Collins nhiều năm trước khi SARS-CoV-2 xuất hiện. Vào năm 2014, phòng thí nghiệm kỹ thuật sinh học của ông tại MIT đã bắt đầu phát triển các cảm biến có khả năng phát hiện vi rút Ebola, khi nó được đông khô trên một tờ giấy.

Nhà nghiên cứu Jim Collins.

Năm 2016, công trình nghiên cứu này đã được công bố cùng với sự hợp tác của một nhóm các nhà khoa học đến từ Harvard. Không lâu sau đó, họ tinh chỉnh được cảm biến để phát hiện được cả vi rút Zika. Mục tiêu tiếp theo bây giờ, rõ ràng là SARS-CoV-2, chủng vi rút đang gây ra đại dịch COVID-19.

Ý tưởng lần này đột phá hơn, Collins và các cộng sự đang muốn phát triển được một chiếc khẩu trang có thể phát sáng khi SARS-CoV-2 xuất hiện và dính trên đó. Điều này có nghĩa là khi một người bệnh ho, hắt hơi hoặc thở thì vi rút sẽ kích hoạt phản ứng huỳnh quang trên khẩu trang và khiến nó phát sáng.

Một chiếc khẩu trang như thế này có thể trở thành biện pháp sàng lọc tốt cho các sân bay. Nó có thể thay thế cho những máy quét thân nhiệt, biện pháp kiểm tra đang được sử dụng nhưng vẫn có thể bỏ sót những người mắc COVID-19 không có triệu chứng.

Các bệnh viện có thể sử dụng nó cho các bệnh nhân trong phòng chờ, như một biện pháp sàng lọc trước những người bị nhiễm bệnh. Bởi khẩu trang có thể nhận diện SARS-CoV-2, các bác sĩ cũng có thể sử dụng chúng để chẩn đoán bệnh nhân tại chỗ mà không cần gửi mẫu bệnh phẩm của họ tới phòng thí nghiệm.

Collins cho biết dự án hiện tại ở phòng thí nghiệm của ông mới chỉ là “giai đoạn rất sớm”, nhưng các kết quả từ đó rất hứa hẹn. Trong vài tuần qua, nhóm của ông đã kiểm tra khả năng phát hiện SARS-CoV-2 của các cảm biến trong một mẫu nước bọt nhỏ. Họ đang thử thiết kế những chiếc khẩu trang được nhúng cảm biến để phát triển thành một dụng cụ y tế mà ai cũng có thể mua được ở hiệu thuốc.

“Các thử nghiệm tiếp theo sẽ được thực hiện trên những người có nguy cơ cao nhiễm bệnh để xem liệu chiếc khẩu trang có hoạt động trong môi trường thực tế hay không”- Collins nói.

Năm 2018, công nghệ nhận dạng vi rút thông qua cảm biến đã được chứng minh. Nghiên cứu công bố cùng năm cho biết các cảm biến ở phòng thí nghiệm của Collins có thể phát hiện ra các vi rút SARS, sởi, cúm, viêm gan C, West Nile và vi rút khác.

Các cảm biến của Collins chứa vật liệu di truyền có thể liên kết với DNA hoặc RNA của vi rút, tùy chủng. Vật liệu đó được làm đông khô trên vải bằng một cỗ máy được gọi là lyophilizer, hút hết hơi ẩm ra khỏi đó mà không làm hỏng chúng. Ở trạng thái này, vật liệu có thể duy trì ổn định ở nhiệt độ phòng trong vài tháng, giúp chiếc khẩu trang có thời hạn sử dụng tương đối dài.

Các cảm biến cần 2 điều kiện để được kích hoạt. Đầu tiên là độ ẩm, mà cơ thể thở ra thông qua các giọt hô hấp như chất nhầy hoặc nước bọt. Thứ hai, cảm biến cần phát hiện ra trình tự di truyền của vi rút. Sau khi phát hiện ra chúng, vật liệu di truyền sẽ liên kết với các đoạn RNA trên vi rút và nó “tan ra”, kích hoạt các phản ứng sinh học để phát ra ánh sáng.

Và đối với SARS-CoV-2, toàn bộ trình tự di truyền của nó đã được giải mã hoàn toàn. Collins cho biết các cảm biến của ông chỉ cần xác định một đoạn nhỏ trong chuỗi 30.000 ký tự để phát hiện ra vi rút. Một khi cảm biến bắt được đoạn gien của SARS-CoV-2, nó sẽ phát ra tín hiệu huỳnh quang trong vòng 1-3 giờ. Ngoài ra, nhóm của Collins cũng đang phát triển một cảm biến có thể đổi màu, từ màu vàng sang màu tím, nếu phát hiện ra vi rút.

Đây là một hình thức phát hiện vi rút rẻ hơn, nhanh hơn và nhạy hơn so với các xét nghiệm chẩn đoán truyền thống. Chẳng hạn, các cảm biến của Collins có thể chẩn đoán bệnh nhân nhiễm vi rút Zika trong vòng 2-3 giờ, với giá sản xuất chỉ khoảng 20 USD/chiếc. Còn với xét nghiệm SARS-CoV-2 hiện nay, vẫn cần sớm nhất 24 giờ để cho kết quả, với khoảng 36- 51USD.

Nhóm nghiên cứu của Collins cho biết, xét nghiệm của họ có thể xác định một đột biến điểm duy nhất với xác suất 48%. Vì vậy, họ hy vọng chiếc khẩu trang cũng có thể nhận diện được các chủng SARS-CoV-2 riêng biệt.

Collins đặt mục tiêu có thể sản xuất được những mẫu khẩu trang phát sáng đầu tiên vào cuối mùa hè này, để có thể phân phối chúng tới người tiêu dùng vào mùa đông- thời điểm mà nhiều chuyên gia y tế cho rằng COVID-19 có thể bùng phát mạnh trở lại.

ĐÔNG PHƯƠNG (theo Khoahoc.tv)