Cảm biến cử động siêu nhạy cấp độ nano

Cảm biến cử động siêu nhạy cấp độ nano

 

Cam bien sieu nhay cam cap do nano

※Hình ảnh một tế bào xương nằm trên thanh đòn của hệ thống cảm biến, quan sát bằng kính hiển vi

Bạn có thể thường nghe người ta nói rằng, hành tinh này hoặc hành tinh kia quá nóng, hoặc quá lạnh, hoặc quá độc để có thể tồn tại sự sống. Thực ra, tất cả những điều đó chỉ đúng với những sự sống mà con người biết, hay chính xác hơn là các sự sống trên Trái Đất. Tương tự như vậy, khi các máy thăm dò khám phá các hành tinh, để tìm kiếm những dấu hiệu sinh hóa liên quan đến sinh vật sống, chúng chỉ có khả năng xác định được các yếu tố sinh hóa mà con người biết mà thôi. Trong trường hợp có sự tồn tại của sinh vật nằm ngoài hiểu biết của con người, chúng ta cần một công cụ dò tìm khác hiệu quả hơn. Một nhóm các nhà khoa học Thụy Sĩ đến từ Trung Tâm Nghiên Cứu EPFL đã phát triển một thiết bị cho phép xác minh sự tồn tại của các sinh vật tế vi, dựa trên những cử động ở cấp độ nano thay vì phản ứng hóa học.

Được phát triển bới các nhà nghiên cứu Giovanni Dietler, Sandor Kasas và Giovanni Longo, cảm biến cử động siêu nhạy này được thiết kế dựa trên một công nghệ vốn đang được sử dụng trong kính hiển vi nguyên tử.

Trong trường hợp của kính hiển vi, một đầu thăm dò siêu sắc sẽ di chuyển trên khắp bề mặt cần ghi hình. Đầu thăm dò có kết cấu như một thanh đòn với một đầu được cố định vào kính hiển vi, còn một đầu thì có thể di chuyển tự do lên xuống tùy theo đường viền và các đặc tính khác của bề mặt. Một tia laser sẽ được sử dụng để đo đạc những cử động rất nhỏ đó, và xử lý để tạo thành hình ảnh bề mặt hoàn chỉnh.

Cảm biến cử động của EPFL cũng được trang bị một thanh đòn siêu nhỏ như vậy. Khi các vật thể sống tế vi, ví dụ như các tế bào độc lập, vi khuẩn được đặt/tương tác với một đầu của thanh đòn, chức năng trao đổi chất của chúng sẽ làm phát sinh các rung động. Bằng kính hiển vi, những cử động rung đó có thể được xác định thông qua hoạt động của tia laser.

Trong quá trình thử nghiệm, các nhà khoa học đã có thể phát hiện cử động của các vật thể như vi trùng, nấm men, tế bào của chuột hoặc của người. Ngoài ra họ cũng phát hiện và cách ly được các vi sinh vật từ mẫu nước, mẫu đất.

Trước mắt, ứng dụng được đề nghị của công nghệ này sẽ bao gồm các công việc như phát triển thuốc. Những vi trùng sống hay tế bào ung thư có thể được đặt lên một thanh đòn và tiến hành thử nghiệm thuốc tiêu diệt. Cơ chế cảm biến này sẽ cho các nhà nghiên cứu biết được mức độ ảnh hưởng của thuốc đối với vi trùng và tế bào.

Trong tương lai xa, EPFL hy vọng các chuỗi cảm biến cử động này có thể được trang bị trên các thiết bị như Curiosity Rover (máy thăm dò sao hỏa), qua đó giúp đỡ nhân loại trong hành trình tìm kiếm sự sống ngoài trái đất. Tất nhiên, là trong trường hợp các sự sống đó đều có khả năng cử động, di chuyển, dù là rất ít.

Công bố của nhóm nghiên cứu đã được đăng trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.