Mắt tôm tít: Cảm hứng chế tạo camera phát hiện ung thư

Kiệt tác quang học dưới đáy biển

Tôm tít sở hữu đôi mắt được xem là kỳ quan của giới tự nhiên. Trong khi mắt người chỉ có 3 loại tế bào thụ cảm màu sắc (đỏ, xanh lục, xanh lam), tôm tít sở hữu tới 12-16 loại. Điều này cho phép chúng nhìn thấy một dải quang phổ rộng lớn từ tia cực tím (UV) đến hồng ngoại gần (NIR).

Nhưng điều đặc biệt nhất là khả năng nhìn thấy ánh sáng phân cực (polarized light). Ánh sáng phân cực là các sóng ánh sáng dao động trên một mặt phẳng nhất định. Mắt người không thể phân biệt được ánh sáng này, nhưng với tôm tít, thế giới hiện lên với những lớp lang thông tin phong phú, giúp chúng phát hiện con mồi trong suốt hoặc giao tiếp bí mật với đồng loại.

Theo giáo sư Viktor Gruev từ Đại học Illinois Urbana-Champaign, người đứng đầu nghiên cứu, đôi mắt nhỏ bé của tôm tít có thể nhìn thấy những thứ mà con người không thể tưởng tượng nổi và làm được điều đó trong một không gian nhỏ gọn hơn rất nhiều so với các thiết bị quang học hiện đại. 

Từ sinh học đến công nghệ y khoa

Lấy cảm hứng từ cấu trúc xếp lớp tinh vi trong mắt tôm tít, nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại cảm biến hình ảnh Hexachromatic (6 kênh màu) siêu nhạy. Thiết bị này tích hợp các lớp photodetector silicon xếp chồng lên nhau cùng bộ lọc phân cực, gói gọn trong kích thước nhỏ hơn một đồng xu.

Cơ chế phát hiện ung thư của chiếc camera này dựa trên sự khác biệt về cấu trúc tế bào: Các tế bào ung thư thường có cấu trúc lộn xộn, xâm lấn, khác hẳn với sự trật tự của tế bào khỏe mạnh. Do cấu trúc khác nhau, tế bào ung thư sẽ phản xạ ánh sáng phân cực theo cách riêng biệt. Camera "mắt tôm" sẽ thu nhận các tín hiệu này và hiển thị vị trí khối u lên màn hình cho bác sĩ.

Bước tiến lớn trong phẫu thuật ung thư

Công nghệ camera lấy cảm hứng từ tôm tít hứa hẹn giải quyết bài toán hỗ trợ phát hiện ung thư này. Với khả năng nhìn xuyên qua các lớp mô và phát hiện các hạch bạch huyết di căn (sử dụng kết hợp thuốc nhuộm huỳnh quang cận hồng ngoại), thiết bị này đóng vai trò như một đôi mắt thần dẫn đường cho bác sĩ phẫu thuật.

Thử nghiệm trên mô hình chuột mắc ung thư tuyến tiền liệt cho thấy, camera lấy cảm hứng từ tôm tít có khả năng phân biệt mô bệnh và mô lành với độ chính xác lên tới 92%, đồng thời lập bản đồ địa hình khối u với sai số chỉ trong vòng 1,2mm.

Giáo sư Goran Kondov, người đã tham gia thử nghiệm công nghệ này, chia sẻ: ”Sự kết hợp giữa camera lấy cảm hứng từ sinh học này và các loại thuốc nhắm mục tiêu khối u mới nổi sẽ đảm bảo các bác sĩ phẫu thuật không bỏ sót bất kỳ tế bào ung thư nào trong cơ thể bệnh sinh. Bộ phận quan sát bổ sung này sẽ giúp ngăn ngừa bệnh tái phát, mang lại cho bệnh nhân con đường phục hồi nhanh chóng hơn. Quan trọng hơn, thiết bị này có tiềm năng sản xuất với chi phí thấp, giúp các bệnh viện ở cả những nước đang phát triển cũng có thể tiếp cận được."

Tự nhiên luôn là người thầy vĩ đại nhất. Đôi mắt của một loài giáp xác nhỏ bé dưới đáy biển sâu đang mở ra hy vọng cứu sống hàng triệu người trên mặt đất. Công nghệ này không chỉ là bước tiến của y học, mà còn là minh chứng cho sức mạnh của mô phỏng sinh học nơi khoa học tìm thấy lời giải cho những bài toán khó nhất ngay trong chính thế giới tự nhiên.