Kịch bản một đại dịch đã chiếm lấy tâm trí của Jim Collins nhiều năm trước khi virus corona mới 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 virus Ebola, khi nó được đông khô trên một tờ giấy.
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 virus Zika. Mục tiêu tiếp theo bây giờ, rõ ràng là SARS-CoV-2, chủng virus 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 virus corona xuất hiện và dính trên đó. Điều này có nghĩa là khi một người bệnh ho, hắt hơi hoặc thở, virus sẽ kích hoạt phản ứng huỳnh quang trên khẩu trang và khiến nó phát sáng.
Khi một người bệnh ho, hắt hơi hoặc thở, virus sẽ kích hoạt phản ứng huỳnh quang trên khẩu trang.
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 nhiễm Covid-19 không có triệu chứng.
"Hoặc bạn và tôi cũng có thể đeo nó khi đi làm, khi ngồi ở công sở. 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", Collins nói với Business Insider.
Và tất nhiên, bởi khẩu trang có thể nhận diện virus corona, 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.
Làm thế nào để khiến chiếc khẩu trang phát sáng khi có virus corona trong hơi thở của bạn?
Collins cho biết dự án hiện tại của phòng thí nghiệm của ông mới chỉ ở trong một "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 virus corona của các cảm biến trong một mẫu nước bọt nhỏ.
Ngay bây giờ, họ đang thử thiết kế những chiếc khẩu trang được nhúng cảm biến, thứ sẽ được phát triển thành một dụng cụ y tế không kê đơn mà ai cũng có thể mua được ở hiệu thuốc. Collins cho biết trong vài tuần tới, ông hi vọng có thể chứng minh ý tưởng này là khả thi.
"Một khi chúng tôi tiến được tới đó, các thử nghiệm tiếp theo sẽ được thực hiện trên những người có nguy cơ cao nhiễm bệnh (chẳng hạn như những y tá, người nhà đang chăm sóc bệnh nhân Covid-19 hay những người có tiếp xúc với họ) để xem liệu chiếc khẩu trang có hoạt động trong môi trường thực tế hay không", Collins nói.
Trở lại năm 2018, công nghệ nhận dạng virus thông qua cảm biến đã được chứng minh. Nghiên cứu công bố cùng năm cho biết các cảm biến của phòng thí nghiệm của Collins có thể phát hiện ra virus SARS, sởi, cúm, viêm gan C, West Nile và các loại virus khác.
"Ban đầu, chúng tôi đã làm điều này trên giấy, hướng tới một thiết bị chẩn đoán rẻ tiền (giống như giấy quỳ)", Collins nói. "Chúng tôi cũng đã chứng minh cảm biến này có thể hoạt động trên nhựa, thạch anh, và cả vải".
Các cảm biến này có thể hoạt động trên nhựa, thạch anh và cả vải.
Các cảm biến của Collins chứa vật liệu di truyền có thể liên kết với DNA hoặc RNA của virus, 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 hai điều kiện để được kích hoạt. Đầu tiên là độ ẩm, mà cơ thể chúng ta 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 virus.
Sau khi phát hiện ra chúng, vật liệu di truyền sẽ liên kết với các đoạn RNA trên virus, và nó "tan ra", kích hoạt các phản ứng sinh học để phát ra ánh sáng.
Và đối với virus 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 virus.
Một khi cảm biến bắt được đoạn gen của virus SARS-CoV-2, nó sẽ phát ra tín hiệu huỳnh quang trong vòng một đến ba 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 virus. Đó cũng là một hướng đi khả thi, ông nói.
Một cách nhanh chóng và chính xác hơn để chẩn đoán Covid-19
Collins được coi là một nhà khoa học tiên phong trong lĩnh vực sinh học tổng hợp. Ông đã giành được một khoản trợ cấp thiên tài MacArthur vào năm 2003. Năm 2018, phòng thí nghiệm của ông đã nhận được khoản tài trợ 50.000 USD từ Johnson & Johnson để phát triển các cảm biến phát hiện virus có thể nhúng vào áo khoác.
Các cảm biến có thể cung cấp một hình thức phát hiện virus rẻ hơn, nhanh hơn và nhạy hơn so với các xét nghiệm chẩn đoán truyền thống. Chẳng hạn, các cảm biến của Collins cho Zika có thể chẩn đoán bệnh nhân trong vòng hai đến ba giờ, trong khi mức giá sản xuất chỉ khoảng 20 USD mỗi chiếc.
Nhà nghiên cứu Jim Collins.
Trong so sánh, xét nghiệm virus corona mới hiện nay vẫn cần sớm nhất 24 giờ để cho kết quả. Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ công bố giá xét nghiệm khoảng 36 USD, trong khi đó, mức giá ở các phòng thí nghiệm tư nhân là 51 USD.
Thêm nữa, vì các cảm biến của Collins rất đặc biệt, chúng còn có thể phát hiện được các chủng virus khác nhau. Trong trường hợp của Zika, các cảm biến đã phân biệt được 3 chủng virus đến từ Châu Phi, Châu Á và Châu Mỹ.
Các nhà khoa học cho biết SARS-CoV-2 hiện có 2 biến chúng chính: một dòng có nguồn gốc ở Châu Á và một chủng khác đã trở nên phổ biến hơn ở Châu Âu, Bắc Mỹ và Úc.
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 hi 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.