Tín hiệu quang học của các hạt từ tính giúp phát hiện nhanh mầm bệnh
Kết quả xét nghiệm máu, ô nhiễm nước hay ô nhiễm thực phẩm có thể mất thời gian chờ từ một ngày đến một tuần để xử lý mẫu và phân tích mẫu. Giờ đây, các kỹ sư của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã xác định được một chữ ký quang học mới của một lớp các hạt từ tính thường dùng để nhanh chóng phát hiện ra các chất gây ô nhiễm.
Dynabead là các hạt từ ở cấp độ micro có sẵn trên thị trường được làm từ lõi sắt từ tính và vỏ polymer, có thể được phủ một lớp kháng thể. Các kháng thể trên bề mặt hoạt động như móc xích để liên kết với các phân tử mục tiêu cụ thể. Khi trộn với một chất lỏng, chẳng hạn như máu hoặc nước thải, bất kỳ phân tử cần tìm nào có mặt trong chất lỏng sẽ bám lên bề mặt Dynabead. Các nhà khoa học có thể dùng nam châm để lắng các hạt Dynabead xuống đáy và lọc chúng ra khỏi dung dịch.
Tuy nhiên, các nhà khoa học phải thực hiện các bước bổ sung, nên mất nhiều thời gian để xác nhận xem những phân tử này có thực sự có mặt và liên kết với các hạt từ hay không.
Trong nghiên cứu mới, nhóm nghiên cứu ở MIT đã tìm thấy một cách nhanh hơn để xác nhận sự hiện diện của mầm bệnh bám trên Dynabead. PGS. Loza Tadesse của Khoa Cơ khí tại MIT đã sử dụng quang phổ Raman để “lấy dấu vân tay” mầm bệnh. Kỹ thuật quang phổ này giúp nhận diện được các phân tử chứa “dấu vân tay Raman” của chúng, hoặc cách độc đáo mà một phân tử có thể tán xạ ánh sáng. “Ban đầu chúng tôi tìm cách xác định dấu hiệu của vi khuẩn, nhưng chúng tôi phát hiện ra rằng chữ ký Raman của Dynabead thực sự rất mạnh. Chúng tôi nhận ra rằng tín hiệu này có thể là một phương tiện để báo cho ta biết liệu có vi khuẩn đó hay không”, cô nói.
“Kỹ thuật này sẽ hữu ích trong tình huống bác sĩ đang cố gắng thu hẹp nguồn lây nhiễm để kê đơn kháng sinh, hoặc để phát hiện các mầm bệnh đã biết trong thực phẩm và nước”, đồng tác giả nghiên cứu Marissa McDonald, một sinh viên tốt nghiệp Chương trình Khoa học và Công nghệ Y tế Harvard-MIT cho biết. “Ngoài ra, chúng tôi hy vọng cách tiếp cận này sẽ giúp những nơi hạn chế tài nguyên có thể tiếp cận được những chẩn đoán kỹ thuật cao”.
Như một minh chứng thực tế, các nhà nghiên cứu đã trộn Dynabead vào lọ nước bị nhiễm Salmonella. Sau đó, họ cô lập các hạt này lên các lam kính hiển vi và đo cách ánh sáng tán xạ qua chất lỏng khi tiếp xúc với ánh sáng laser. Trong vòng nửa giây, họ nhanh chóng phát hiện ra chữ ký Raman của hạt từ tính có mặt trong chất lỏng. Đây là một xác nhận rõ rằng rằng các hạt Dynabead bị liên kết – và thông qua đó là vi khuẩn Salmonella – có mặt trong mẫu thử.
Tadesse nói: “Cách này có thể dùng để nhanh chóng đưa ra câu trả lời dương tính hay âm tính: Liệu có chất gây ô nhiễm hay không? Bởi vì ngay cả một số ít mầm bệnh cũng có thể gây ra các triệu chứng lâm sàng”.
“Salmonella là một ví dụ minh họa. Bạn có thể mua Dynabead gắn với kháng thể E.coli, và điều tương tự cũng sẽ xảy ra: Nó sẽ liên kết với vi khuẩn và chúng tôi có thể phát hiện ra chữ ký Dynabead vì tín hiệu siêu mạnh”, Tadesse nói thêm.
Nhóm nghiên cứu đặc biệt quan tâm đến việc áp dụng xét nghiệm cho các tình trạng như nhiễm trùng huyết, trong đó thời gian là điều cốt yếu và nơi mầm bệnh gây ra tình trạng này không được phát hiện nhanh chóng bằng các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm thông thường.
Các nhà nghiên cứu hiện đang phát triển một thiết bị cầm tay giúp phát hiện nhanh một loạt mầm bệnh vi khuẩn. Kết quả này sẽ được công bố trong ấn phẩm đặc biệt của tạp chí Journal of Raman Spectroscopy “More than magnetic isolation: Dynabeads as strong Raman reporters toward simultaneous capture and identification of targets”. □
Trang Linh (Theo MIT)
