Thiết bị nghe siêu nhạy do nhóm nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Delft (TU Feft) phát triển có thể là chìa khóa giải quyết vấn đề vi khuẩn kháng thuốc.
Nhóm nghiên cứu do kỹ sư Farbod Alijani dẫn đầu đã phát triển thành công một thiết bị nghe siêu nhạy có thể xác định một loại kháng sinh có tiêu diệt được vi khuẩn E. coli hay không, theo nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Nature Nanotechnology hôm 18/4. Công cụ này dựa vào một vật liệu được gọi là graphene để thu lại âm thanh khó tin của vi khuẩn khi chúng cố gắng di chuyển xung quanh.
Vật liệu graphene (trái) và vi khuẩn E. coli (phải) nhìn dưới kính hiển vi. (Ảnh: Interesting Engineering)
Graphene từ lâu đã được ca ngợi là vật liệu mang tính cách mạng cho mọi thứ, từ pin mặt trời đến màn hình điện thoại thông minh. Alijani mô tả "đó là một dạng carbon bao gồm một lớp nguyên tử duy nhất". Các nhà khoa học tạo ra phiên bản hữu ích đầu tiên của vật liệu này vào năm 2004 và giành được giải Nobel cho khám phá của họ chỉ 6 năm sau đó.
"Nó rất mạnh với các đặc tính điện và cơ học tốt. Một số người gọi graphene là vật liệu kỳ diệu của thế kỷ 21 vì những đặc tính đó. Nó cũng cực kỳ nhạy cảm với các lực bên ngoài. Điều này làm cho vật liệu trở nên hoàn hảo để phát hiện chuyển động từ phần phụ nhỏ - được gọi là roi - mà vi khuẩn E. coli sử dụng để di chuyển", Alijani cho biết.
Âm thanh mà E. coli phát ra khi di chuyển nhỏ hơn ít nhất 10 tỷ lần so với cú đấm của một võ sĩ quyền anh. Tuy nhiên, những "nhịp đập roi siêu nhỏ" ở cấp độ nano này có thể được graphene chuyển đổi thành các "bản nhạc", nhóm nghiên cứu giải thích.
"Nhịp đập roi" của vi khuẩn E. coli được ghi lại bằng thiết bị nghe siêu nhạy. (Video: Cees Dekker Lab)
Alijani đã hợp tác với nhà sinh vật học nano Cees Dekker để phát triển thiết bị nghe siêu nhạy dựa trên graphene. Dự án cho kết quả thực sự ấn tượng ngay từ những thí nghiệm ban đầu.
"Khi một vi khuẩn bám vào bề mặt của graphene, nó tạo ra các dao động ngẫu nhiên với biên độ thấp tới vài nanomet mà chúng ta có thể phát hiện được", Dekker nói. "Với thiết bị nghe siêu nhạy, chúng ta có thể nghe thấy âm thanh của một vi khuẩn duy nhất".
E. coli rất nhỏ nhưng cực kỳ nguy hiểm khi giết chết hàng trăm nghìn người trên thế giới và làm hàng trăm triệu người khác mắc bệnh. Đáng lo ngại hơn là chúng đang phát triển miễn dịch với kho kháng sinh nhanh hơn nhiều so với tốc độ chúng ta phát triển những loại kháng sinh mới.
Công trình này rõ ràng là sẽ hữu ích trong việc tìm hiểu xem một loại kháng sinh có tác dụng loại bỏ nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra hay không. Nếu chủng vi khuẩn E. coli kháng thuốc xuất hiện, graphene sẽ ghi nhận không có sự thay đổi trong âm thanh roi đập vào lớp nguyên tử carbon mỏng. Nếu thuốc kháng sinh phát huy tác dụng, các nhịp đập roi sẽ chậm hơn và mờ dần cho đến khi tiếng ồn hoàn toàn dừng lại.
Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm của Alijani có kế hoạch tối ưu hóa nền tảng và kiểm tra nó dựa trên nhiều mẫu gây bệnh khác nhau. Mục tiêu cuối cùng của họ là tạo ra một bộ công cụ chẩn đoán hiệu quả để phát hiện nhanh tình trạng kháng thuốc kháng sinh trong thực hành lâm sàng.