Cảm biến nano dưới da 07.11.2013

Nitric oxide (NO) là một trong những phân tử quan trọng nhất trong tế bào sống. Nó chịu trách nhiệm cung cấp các tín hiệu bên trong và giữa các tế bào, và điều phối công việc của hệ thống miễn dịch. Nhiều tế bào ung thư có hàm lượng oxit nitric bất thường, nhưng các nhà khoa học không biết chính xác cách thức hoạt động của loại khí này. Vì vậy, theo họ, vai trò của oxit nitric đối với sự tiến triển của bệnh ung thư còn nhiều tranh cãi và các nhà khoa học cần những công cụ mới để hiểu được quá trình này.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts đã phát triển một công cụ mới để đo mức oxit nitric của cơ thể trong thời gian thực. Cảm biến do các kỹ sư thiết kế có thể được cấy vào cơ thể (dưới da) trong hơn một năm và kiểm soát quá trình viêm - quá trình NO được tạo ra.

Công trình này là bằng chứng đầu tiên cho thấy cảm biến nano có thể được sử dụng trực tiếp trong cơ thể trong một thời gian dài. Các cảm biến làm bằng ống nano carbon dự kiến ​​sẽ được sử dụng, cùng với những thứ khác, để phát hiện các phân tử khác, chẳng hạn như glucose. Hiện tại, một nhóm các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu một cảm biến dành cho bệnh nhân tiểu đường sẽ theo dõi lượng đường và insulin mà không cần lấy mẫu máu.

Các nhà khoa học cho rằng ống nano carbon dày một nanomet có triển vọng cho việc sản xuất cảm biến. Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts gần đây đã phát triển cảm biến ống carbon cho các phân tử khác nhau, bao gồm hydrogen peroxide và sarin. Các cảm biến như vậy sử dụng sự phát huỳnh quang của các ống nano cacbon: khi một ống nano liên kết với một phân tử cụ thể, nó phát sáng hơn hoặc mờ hơn.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã sửa đổi ống nano để tạo ra hai loại cảm biến khác nhau: một loại dùng để đưa vào mạch máu để theo dõi trong thời gian ngắn và loại còn lại dùng để cấy dài hạn dưới da.

Để cải thiện hiệu suất của cảm biến, các nhà khoa học đã sử dụng một loại polymer tương thích sinh học (polyethylene glycol), giúp ngăn các hạt dính lại với nhau trong dòng máu. Các thí nghiệm trên chuột đã chỉ ra rằng trong trường hợp này, các hạt có thể đi qua phổi và tim mà không gây ra bất kỳ tổn thương nào. Hầu hết các hạt tích tụ trong gan, nơi chúng được sử dụng để theo dõi mức NO. Đồng thời, các nhà nghiên cứu lưu ý rằng từ trước đến nay họ chỉ nghiên cứu gan, nhưng bây giờ họ thấy rằng các hạt vẫn còn trong máu. Điều này có nghĩa là có thể nghiên cứu các vùng khác nhau của cơ thể với sự trợ giúp của các hạt nano.

Cảm biến để cư trú lâu dài trong cơ thể bao gồm các ống nano được nhúng trong gel alginate (một loại polymer có nguồn gốc từ tảo). Sau khi cấy dưới da chuột, gel vẫn ở nguyên vị trí và hoạt động trong 400 ngày. Nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng tuổi thọ của cảm biến có thể được kéo dài. Trong tương lai, một cảm biến như vậy sẽ hữu ích để theo dõi ung thư hoặc các bệnh viêm nhiễm khác và phát hiện các phản ứng miễn dịch ở bệnh nhân đeo hông nhân tạo hoặc các thiết bị cấy ghép khác.

Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu điều chỉnh công nghệ này để phát hiện glucose. Người ta cho rằng ống nano sẽ thay thế các cảm biến điện hóa để đo lượng đường trong máu, không hoạt động được lâu, đồng thời làm tăng nguy cơ nhiễm trùng do điện cực dưới da bị thâm nhập. Nhưng cảm biến mới sẽ xác định mức đường trong thời gian thực và máy bơm insulin được kết nối với nó sẽ cung cấp lượng hormone phù hợp.