Cảm biến sinh học phát hiện các đột biến ADN

Cảm biến sinh học phát hiện các đột biến ADN
Cảm biến sinh học chip có một đầu dò ADN kép nhúng trong một bóng bán dẫn điện tử graphene.
Cảm biến sinh học chip có một đầu dò ADN kép nhúng trong một bóng bán dẫn điện tử graphene.

“Chúng tôi đang đi đầu trong việc phát triển một phương pháp kỹ thuật số nhanh chóng và không tốn kém để phát hiện đột biến gene độ phân giải cao với quy mô một sự thay đổi nucleotide duy nhất trong một chuỗi acid nucleic”, Ratnesh Lal, giáo sư công nghệ sinh học tại UC San Diego cho biết.
 
Công nghệ này, hiện đang trong giai đoạn chứng minh khái niệm, là bước đầu tiên hướng tới một chip cảm biến sinh học có thể được cấy vào cơ thể để phát hiện một đột biến ADN cụ thể trong thời gian thực và truyền thông tin không dây tới một thiết bị di động, như điện thoại thông minh hoặc máy tính xách tay chẳng hạn.
 
Nhóm nghiên cứu của giáo sư Lal đã phát triển một kỹ thuật mới để phát hiện các đột biến di truyền phổ biến nhất, được gọi là đa hình nucleotide đơn (SNP), một biến thể của nucleotide đơn (A, C, G hoặc T) trong chuỗi ADN. Trong khi hầu hết các SNP không có ảnh hưởng rõ ràng về sức khỏe, một số được liên kết với tình trạng bệnh lý như ung thư, tiểu đường, tim mạch, rối loạn thoái hóa thần kinh, tự miễn dịch và các viêm nhiễm.
 
Hiện các phương pháp phát hiện SNP tương đối chậm, tốn kém và đòi hỏi các thiết bị cồng kềnh.

Cảm biến sinh học đột biến gene.
Cảm biến sinh học đột biến gene.
 
Con chip cảm biến sinh học này bao gồm một đầu dò ADN gắn trong một bóng bán dẫn (transistor) hiệu ứng trường graphene. Dầu dò ADN là một mảnh thiết kế ADN chuỗi kép có chứa một trình tự mã hóa cho một loại SNP cụ thể. Con chip này được thiết kế và chế tạo đặc biệt để nắm bắt được các phân tử ADN (hoặc RNA) với đột biến nucleotide đơn - bất cứ khi nào những đoạn ADN (hoặc RNA) bám vào các đầu dò, tín hiệu điện sẽ được phát ra.
 
Chip này về cơ bản hoạt động bằng cách thực hiện quá trình chuyển đổi sợi ADN, trong đó một ADN chuỗi kép trao đổi một sợi cho một sợi bổ sung khác. Các sợi bổ sung mới có chứa các đột biến nucleotide đơn, kết hợp chặt chẽ hơn với một trong các sợi trong chuỗi xoắn kép và chiếm chỗ của các sợi khác. Trong nghiên cứu này, các đầu dò ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai sợi ADN bổ sung được thiết kế để gắn kết yếu với nhau: một sợi “bình thường”, gắn vào các transistor graphene; và một sợi “yếu”, trong đó bốn biến thể nucleotide G trong chuỗi đã được thay thế bằng inosines để làm suy yếu liên kết với sợi bình thường. Sợi ADN có trình tự bổ sung hoàn toàn phù hợp với sợi bình thường, các sợi có chứa các SNP sẽ liên kết với các sợi bình thường và thay thế các sợi yếu. Các nhà nghiên cứu đã thiết kế các chip tạo ra một tín hiệu điện khi một sợi có chứa SNP liên kết với đầu dò, cho phép phát hiện SNP một cách nhanh chóng và dễ dàng trong một mẫu ADN.
 
Một tính năng mới của con chip này là đầu dò ADN được gắn liền với một transistor graphene cho phép nó chạy bằng điện. Điểm nổi bật của nghiên cứu này là chúng ta có thể thực hiện chuyển sợi ADN trên một bóng bán dẫn hiệu ứng trường graphene. Đây là đầu tiên việc kết hợp công nghệ nano ADN động với cảm biến điện tử có độ phân giải cao được thực hiện, nhờ đó có thể sử dụng các thiết bị điện tử không dây để phát hiện các SNP.
 
Sơ đồ dịch chuyển sợi ADN trên chip cảm biến sinh học.
Sơ đồ dịch chuyển sợi ADN trên chip cảm biến sinh học.

Công nghệ sử dụng một đầu dò ADN chuỗi kép của nhóm kỹ sư tại UC San Diego là một sự cải tiến so với các phương pháp phát hiện SNP khác thường sử dụng đầu dò ADN chuỗi đơn. Với đầu dò này, chỉ một đoạn ADN phù hợp với các sợi bình thường là có khả năng thay sợi yếu. “Đầu dò ADN chuỗi đơn không mang đến sự chọn lọc này, thậm chí một sợi ADN có chứa một nucleotide không phù hợp có thể liên kết với các đầu dò và cho ra kết quả dương tính giả”, giáo sư Lal cho biết.
 
Một ưu điểm khác của đầu dò ADN chuỗi kép là có thể kéo dài hơn, cho phép chip phát hiện một SNP trong dải ADN dài hơn. Trong nghiên cứu này, nhóm của Lal thông báo đã phát hiện SNP thành công với độ dài 47 nucleotide - lớn nhất từng được sử dụng trong việc phát hiện SNP cho đến nay, các nhà nghiên cứu cho biết.
 
Ngoài ra, một đầu đò dài hơn còn đảm bảo rằng các trình tự ADN được phát hiện là duy nhất trong hệ gene. “Hy vọng rằng chúng tôi có thể phát triển một chip phát hiện các đoạn cụ thể SNP đáng tin cậy. Thật vậy, chúng tôi đã đạt được một mức độ cao về độ nhạy và độ đặc hiệu với công nghệ này”, giáo sư Lal nói thêm.
Các bước tiếp theo bao gồm nhân rộng công nghệ này và bổ sung thêm khả năng không dây cho chip. Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã hình dung cách thử nghiệm chip trong thiết bị lâm sàng và sử dụng nó để tiến hành sinh thiết lỏng. Họ cũng cho rằng công nghệ này có thể dẫn đến một thế hệ mới của các phương pháp chẩn đoán và điều trị cá nhân trong y học.

Có thể bạn quan tâm

Ứng dụng công nghệ cao giúp nông dân tăng thu nhập gấp từ 3 - 10 lần

Ứng dụng công nghệ cao giúp nông dân tăng thu nhập gấp từ 3 - 10 lần

Ông Lê Văn Đông, Phó Giám đốc Sở Nông nghiệp và Môi trường Trà Vinh cho biết, hiện toàn tỉnh có hơn 29.700 ha đất nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao như: tưới phun bán tự động, nhà lưới, sản xuất đạt tiêu chuẩn VietGAP, GlobalGAP, hữu cơ, ASC; nuôi tôm siêu thâm canh công nghệ cao... Các mô hình này cho năng suất, chất lượng vượt trội, hiệu quả kinh tế cao hơn từ 3 đến 10 lần so với phương thức truyền thống.

Nâng cao ‘quyền năng’ kinh tế cho phụ nữ dân tộc thiểu số

Nâng cao ‘quyền năng’ kinh tế cho phụ nữ dân tộc thiểu số

Từ những tổ tiết kiệm nhỏ trong cộng đồng đến các mô hình sinh kế hiệu quả, nhiều phụ nữ dân tộc thiểu sốn tại các vùng miền trên cả nước đang từng bước chuyển đổi mạnh mẽ. Khi được hỗ trợ đúng lúc, đúng cách, chị em không chỉ cải thiện thu nhập, mà còn tự tin làm chủ cuộc sống, trở thành điểm tựa vững chắc cho gia đình và cộng đồng.

Thắm tình quân dân trên cánh đồng lúa Rục Làn và Ka Ai

Thắm tình quân dân trên cánh đồng lúa Rục Làn và Ka Ai

Từ ngày 5 - 9/6, Đồn Biên phòng cửa khẩu Quốc tế Cha Lo và Đồn Biên phòng Cà Xèng (Bộ đội Biên phòng tỉnh Quảng Bình) đã huy động cán bộ, chiến sĩ xuống ruộng giúp nhân dân thu hoạch vụ lúa Đông - Xuân tại các cánh đồng bản Rục Làn, xã Thượng Hóa và bản Ka Ai, xã Dân Hóa, huyện Minh Hóa.

Vượt cầu tràn cầu tràn Bộc Bố, một người dân bị nước lũ cuốn trôi

Vượt cầu tràn cầu tràn Bộc Bố, một người dân bị nước lũ cuốn trôi

Theo thông tin ban đầu từ huyện Pác Nặm, tỉnh Bắc Kạn, do ảnh hưởng của trận mưa lớn vào rạng sáng 9/6, nước lũ đầu nguồn Sông Năng đổ về. Đến khoảng 9 giờ sáng cùng ngày, tại khu vực cầu tràn Bộc Bố - Nhạn Môn thuộc địa bàn xã Bộc Bố nước dâng cao, chảy xiết. Lúc đó, một người dân trong khi đi qua cầu tràn này không may đã bị nước lũ cuốn trôi, tử vong.

Tây Ninh: Học và làm theo Bác hiện thực hóa mục tiêu đổi mới đất nước

Tây Ninh: Học và làm theo Bác hiện thực hóa mục tiêu đổi mới đất nước

Ngày 9/6, Ban Thường vụ Tỉnh ủy Tây Ninh tổ chức Hội nghị tổng kết 10 năm thực hiện Chỉ thị 05-CT/TW, ngày 15/5/2016 của Bộ Chính trị khóa XII về "Đẩy mạnh học tập và làm theo tư tưởng, đạo đức, phong cách Hồ Chí Minh", gặp mặt, biểu dương, khen thưởng tập thể, cá nhân tiêu biểu, xuất sắc trong học và làm theo Bác.

Chắp cánh ước mơ cho trẻ khuyết tật ở Yên Bái

Chắp cánh ước mơ cho trẻ khuyết tật ở Yên Bái

Ngày 9/6, Hội Cứu trợ trẻ em tàn tật Việt Nam phối hợp với Ủy ban MTTQ Việt Nam tỉnh Yên Bái, Hội Chữ thập đỏ tỉnh và UBND thành phố Yên Bái tổ chức chương trình “Chắp cánh ước mơ cho trẻ em khuyết tật tỉnh Yên Bái”. Hoạt động nhằm lan tỏa tình yêu thương, chia sẻ những khó khăn, thiệt thòi và tạo điều kiện cho trẻ em khuyết tật tỉnh Yên Bái có cơ hội học tập, phát triển bản thân.

Kon Tum tiếp tục yêu cầu kiểm tra lại việc mã số vùng trồng cho sâm Ngọc Linh

Kon Tum tiếp tục yêu cầu kiểm tra lại việc mã số vùng trồng cho sâm Ngọc Linh

Liên quan đến những bất cập trong việc cấp mã vùng trồng sâm Ngọc Linh của Chi cục Nông nghiệp, Ủy ban nhân dân tỉnh Kon Tum tiếp tục có văn bản yêu cầu Sở Nông nghiệp và Môi trường khẩn trương kiểm tra, rà soát toàn bộ hồ sơ đề nghị, quy trình, trình tự cấp mã số vùng trồng đối với Công ty cổ phần Rượu sâm Ngọc Linh (số 2056/UBND-KTN ngày 6/6/2025).

Dự án đường dây 500kV Lào Cai - Vĩnh Yên: Bám tiến độ giữa mưa rừng, núi đá

Dự án đường dây 500kV Lào Cai - Vĩnh Yên: Bám tiến độ giữa mưa rừng, núi đá

Mặc dù đối mặt với nhiều khó khăn do thời tiết và địa hình hiểm trở, các đơn vị thi công thuộc dự án đường dây 500kV Lào Cai - Vĩnh Yên đang nỗ lực huy động tối đa nhân lực, thiết bị, linh hoạt tổ chức thi công để đảm bảo hoàn thành toàn tuyến trước ngày 19/8 theo chỉ đạo mới nhất của Thủ tướng Chính phủ.

Mùa xuân ‘gõ cửa’ trên những mái ấm xứ Thanh

Mùa xuân ‘gõ cửa’ trên những mái ấm xứ Thanh

Trong những thôn xóm tại huyện Như Xuân (tỉnh Thanh Hóa), một ngày mới bắt đầu như bao miền quê yên bình khác. Nhưng phía sau khung cảnh quen thuộc ấy là những thay đổi tích cực trong đời sống gia đình và vị thế người phụ nữ.

Tạo sự đồng thuận trong xây dựng nông thôn mới

Tạo sự đồng thuận trong xây dựng nông thôn mới

Từ vùng quê với muôn vàn khó khăn, xã Bình Hòa Nam (huyện Đức Huệ, tỉnh Long An) đang từng bước chuyển mình trở thành xã nông thôn mới vào năm 2020, mục tiêu thành xã nông thôn mới nâng cao vào cuối năm 2025 với sự chung sức đồng lòng của người dân và những định hướng quyết liệt từ chính quyền.

Nhân rộng và phát huy hiệu quả nhiều mô hình bảo vệ môi trường

Nhân rộng và phát huy hiệu quả nhiều mô hình bảo vệ môi trường

Ngày 6/6, Ủy ban Mặt trận Tổ quốc Việt Nam tỉnh Tuyên Quang tổ chức tổng kết thực hiện phong trào "Tuyên Quang chung tay xử lý rác thải và chống rác thải nhựa" giai đoạn 2021 - 2025 và sơ kết công tác MTTQ Việt Nam tham gia thực hiện nếp sống văn minh trong việc cưới, việc tang trên địa bàn tỉnh giai đoạn 2021 - 2025.

An Giang: Hoàn thành sớm xóa nhà tạm, dột nát

An Giang: Hoàn thành sớm xóa nhà tạm, dột nát

Tính đến đầu tháng 6/2025, tất cả 11/11 huyện, thị xã, thành phố trên địa bàn tỉnh An Giang đã cơ bản hoàn thành mục tiêu xóa nhà tạm, dột nát, sớm hơn so với kế hoạch của Ban Chỉ đạo tỉnh.

Kon Tum: Phát sinh hơn 1.300 nhà tạm, dột nát cần xóa

Kon Tum: Phát sinh hơn 1.300 nhà tạm, dột nát cần xóa

Sở Dân tộc và Tôn giáo tỉnh Kon Tum thông tin, đến đầu tháng 6/2025, công tác xóa nhà tạm, nhà dột nát ở tỉnh đạt 97% trong tổng số hơn 2.700 hộ. Tuy nhiên, qua rà soát, các huyện, thành phố đã đề xuất phê duyệt bổ sung thêm 1.312 hộ có nhà tạm, nhà dột nát cần xóa.

Hàng loạt cầu treo dân sinh ở Gia Lai xuống cấp nghiêm trọng

Hàng loạt cầu treo dân sinh ở Gia Lai xuống cấp nghiêm trọng

Qua đợt kiểm tra toàn diện hệ thống cầu treo dân sinh theo chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ và Bộ Xây dựng, Sở Xây dựng tỉnh Gia Lai đã phát hiện nhiều cây cầu xuống cấp nghiêm trọng, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thông và tính mạng người dân.

Trao tặng nhà tình nghĩa cho người dân vùng khó Kon Tum

Trao tặng nhà tình nghĩa cho người dân vùng khó Kon Tum

Ngày 5/6, Công ty Điện lực Kon Tum phối hợp với chính quyền xã Mường Hoong, huyện Đăk Glei tổ chức bàn giao 5 căn nhà tình nghĩa cho các hộ nghèo người đồng bào dân tộc thiểu số thôn Đăk Bối (xã Mường Hoong, huyện Đăk Glei, tỉnh Kon Tum).

Mưa lũ gây thiệt hại hơn 30 ha cây trồng ở Yên Bái

Mưa lũ gây thiệt hại hơn 30 ha cây trồng ở Yên Bái

Thông tin từ Sở Nông nghiệp và Môi trường tỉnh Yên Bái, do chịu ảnh hưởng của rãnh áp thấp có trục qua Bắc Trung Bộ kết hợp với hội tụ gió trên 3.000 m, các khu vực trong tỉnh Yên Bái đêm ngày 4 và sáng 5/6 có mưa rào, mưa to và dông. Mưa lũ to gây thiệt hại hơn 30 ha diện tích nông nghiệp của người dân và một số công trình giao thông ở huyện Văn Yên.

Nghệ An: Mưa lớn gây sạt lở nghiêm trọng trên Quốc lộ 16

Nghệ An: Mưa lớn gây sạt lở nghiêm trọng trên Quốc lộ 16

Những ngày qua, khu vực các huyện miền núi biên giới Tương Dương, Kỳ Sơn của tỉnh Nghệ An có mưa to. Đặc biệt, vào các ngày 28, 29/5 và tối 4/6, mưa rất to đã gây sạt lở nghiêm trọng trên Quốc lộ 16 khiến giao thông bị chia cắt hoàn toàn.

‘Thủ lĩnh của sự thay đổi’: Hành trình lớn từ những trái tim nhỏ

‘Thủ lĩnh của sự thay đổi’: Hành trình lớn từ những trái tim nhỏ

Giữa những ngọn núi phủ sương và những bản làng xa xôi, nơi con đường đến trường vẫn còn gập ghềnh đất đỏ, câu lạc bộ “Thủ lĩnh của sự thay đổi” như một tia sáng, mở ra hành trình mới cho những em nhỏ dân tộc thiểu số, học cách hiểu mình, hiểu người khác và mạnh dạn cất lên tiếng nói.

Bản vùng cao Yên Bái chờ điện lưới quốc gia

Bản vùng cao Yên Bái chờ điện lưới quốc gia

Nhiều năm nay, cuộc sống của người dân ở một số bản vùng cao Yên Bái chưa có điện lưới quốc gia gặp nhiều khó khăn. Niềm mong mỏi lớn nhất của bà con lúc này là Nhà nước, tỉnh Yên Bái sớm đầu tư, xây dựng công trình điện lưới, giúp người dân ổn định cuộc sống sinh hoạt, tạo điều kiện cho phát triển kinh tế - xã hội.