Các kỹ sư tại Đại học California San Diego đã phát triển một loại robot tí hon được điều khiển bằng siêu âm có khả năng “bơi” trong máu, loại bỏ vi khuẩn có hại cùng với các độc tố mà chúng tạo ra.

Những robot nano này mới đang ở giai đoạn chứng minh khái niệm nhưng hứa hẹn sẽ mang tới phương pháp an toàn và hiệu quả để giải độc và khử trùng các chất dịch sinh học trong tương lai.

Các nhà nghiên cứu tạo ra robot nano bằng cách phủ các dây nano vàng bằng một cấu trúc lai giữa màng tiểu cầu và màng tế bào hồng cầu. Lớp màng tế bào lai này cho phép robot nano thực hiện nhiệm vụ của hai loại tế bào khác nhau cùng lúc: tiểu cầu có khả năng trói các mầm bệnh như vi khuẩn MRSA (tụ cầu vàng kháng methicillin), và hồng cầu có khả năng hấp thu và trung hòa các độc tố được sản xuất bởi những vi khuẩn này. Cấu trúc bằng vàng của các robot nano phản ứng với sóng siêu âm, cho phép chúng bơi nhanh khắp nơi mà không cần tới nhiên liệu hóa học và cùng lúc tiếp cận hiệu quả các mục tiêu (vi khuẩn và độc tố) trong máu và tăng tốc độ giải độc.

Công trình nghiên cứu, được công bố ngày 30/5 trên Science Robotics, kết hợp các công nghệ được mở đường bởi Joseph Wang và Liangfang Zhang, hai giáo sư tại Khoa Kĩ thuật Nano của Trường Kỹ thuật thuộc Đại học California San Diego Jacobs. Nhóm nghiên cứu của giáo sư Wang đã phát triển các robot nano được điều khiển bằng siêu âm, trong khi đó, nhóm của giáo sư Zhang đã phát minh ra công nghệ phủ các hạt nano bằng màng tế bào tự nhiên.

"Bằng cách tích hợp lớp phủ tế bào tự nhiên lên bộ máy nano nhân tạo, chúng tôi có thể truyền những năng lực mới cho các robot siêu nhỏ như loại bỏ các mầm bệnh và độc tố khỏi cơ thể sống cũng như các cấu trúc phức tạp khác," GS Wang nói. "Đây là một nền tảng chứng minh khái niệm phục vụ các ứng dụng đa dạng trong điều trị và giải độc sinh học."

"Ý tưởng của chúng tôi là tạo ra các robot nano đa chức năng, có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau cùng một lúc", đồng tác giả Berta Esteban-Fernández de Ávila, một nghiên sinh hậu tiến sĩ thuộc nhóm nghiên cứu của giáo sư Wang tại Đại học California San Diego, cho biết. "Kết hợp màng tiểu cầu và màng tế bào hồng cầu vào lớp phủ robot nano giúp kết hợp khả năng của cả hai - tiểu cầu nhắm vào vi khuẩn, trong khi các tế bào hồng cầu trung hòa các độc tố mà vi khuẩn sinh ra."

Đồng thời, lớp màng này cũng bảo vệ các robot nano khỏi hiện tượng ô nhiễm sinh học (biofouling), khi các protein tích tụ trên bề mặt của các vật lạ và ngăn chúng hoạt động bình thường.

Để tạo ra lớp màng lai này, trước hết các nhà nghiên cứu đã phân tách toàn bộ màng tế bào từ tiểu cầu và hồng cầu. Sau đó, họ sử dụng sóng âm tần số cao để kết hợp hai loại màng này với nhau. Vì màng được lấy từ các tế bào sống, chúng mang tất cả các chức năng chính của protein trên bề mặt tế bào. Cuối cùng, để tạo ra các robot nano, các nhà nghiên cứu đã phủ màng lai này lên các dây nano vàng bằng cách sử dụng phương pháp hóa học bề mặt đặc biệt.

Các robot nano được tạo ra có kích thước nhỏ hơn khoảng 25 lần so với bề ngang của một sợi tóc. Chúng có thể di chuyển với tốc độ lên tới 35 micromet/giây trong máu dưới tác động của sóng siêu âm. Trong các thử nghiệm, robot nano được dùng để xử lý các mẫu máu bị nhiễm MRSA và độc tố của chúng. Sau năm phút, các mẫu máu này có lượng vi khuẩn và độc tố giảm ba lần so với các mẫu không được xử lý.

Nghiên cứu vẫn còn ở giai đoạn đầu. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng, mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu không chỉ là sử dụng các robot nano để đặc trị nhiễm trùng MRSA, mà rộng hơn là để giải độc các chất dịch sinh học. Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiến hành thử nghiệm trên động vật sống. Bên cạnh đó, nhóm cũng đang nghiên cứu để chế tạo các robot nano bằng vật liệu phân hủy sinh học thay cho vàng.

Nguồn: Báo khoa học và phát triển