“Droplet on demand system utilizing a Y-junction microfluidic device for drug delivery application” (Hệ thống vi lưu tạo vi giọt theo yêu cầu cho ứng dụng phân phối thuốc) được thực hiện bởi sinh viên Trần Thanh Hằng (khoa Điện tử viễn thông, Trường Đại học Công nghệ), với sự hướng dẫn của PGS.TS. Bùi Thanh Tùng và TS. Phạm Ngọc Thảo đã đạt giải nhì “Sinh viên nghiên cứu khoa học cấp ĐHQGHN” năm 2020 và được lựa chọn để tham gia “Hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học cấp Bộ GD&ĐT”.

   Xuất phát từ những lý do nào mà em bước vào con đường nghiên cứu khoa học vàthực hiện đề tài “Hệ thống vi lưu tạo vi giọt theo yêu cầu cho ứng dụng phân phối thuốc”?

   Vào năm thứ 2 đại học, lần đầu tiên học môn Kỹ thuật điện em được thầy Chử Đức Trình giới thiệu về những đề tài y sinh thú vị, nhưng điều thu hút em là sự kỳ diệu và tiềm năng to lớn của những con chip sinh học nhỏ bé. Chính những câu chuyện của thầy đã thôi thúc em tìm hiểu và đến với bộ môn Công nghệ Vi cơ điện tử (MEMS). Trong quá trình tìm hiểu, em càng thấy lĩnh vực này hấp dẫn và bản thân được khơi dậy niềm đam mê nghiên cứu khoa học lúc nào không biết. Đến bây giờ, em vẫn luôn cảm thấy thật may mắn và trân trọng những sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy/cô trong nghiên cứu khoa học.

   Xuất phát điểm ban đầu em đến với nghiên cứu vì niềm đam mê, với kỳ vọng những sản phẩm nghiên cứu của bản thân có giá trị thực tiễn trong cuộc sống. Và em nhận thấy công nghệ vi cơ điện tử có giá trị thực tiễn cao đối với lĩnh vực y sinh, đặc biệt là ứng dụng trong phân phối thuốc đối với bệnh nhân.Hiện nay trong điều trị, thuốc vẫn đang được sử dụng theo cách truyền thống thông qua đường uống hoặc tiêm trực tiếp vào cơ thể. Những cách sử dụng này, nhất là hóa trị liệu đối với các bệnh hiểm nghèo như ung thư sẽ dẫn đến việc điều trị không đạt hiệu quả mà còn gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe bệnh nhân. Ngày nay, các nhà khoa học dựa trên công nghệ Vi cơ điện tử đã nghiên cứu phát triển các hệ thống vận chuyển thuốc tác động hướng đích giúp đưa thuốc vào cơ thể con người và tác động trực tiếp vào các bộ phận bị bệnh xác định, giúp tăng hiệu quả điều trị.Trong các ứng dụng vận chuyển thuốc này, ngoài vấn đề làm sao để thuốc đến đúng vị trí cần tác dụng, một vấn đề quan trọng được đặt ra là làm sao có thể điều khiển được chính xác tỷ lệ các thành phần thuốc nhằm tối ưu hóa việc điều trị.

  Dựa trên những cơ sở đó, em đã thực hiện nghiên cứu đề tài “Hệ thống vi lưu tạo vi giọt theo yêu cầu cho ứng dụng phân phối thuốc” và phát triển một hệ thống vi lưu cấu trúc chữ Y tích hợp cảm biến có khả năng tạo vi giọt với kích thước giọt có thể điều khiển theo mong muốn, hướng tới ứng dụng cho bài toán phân phối thuốc và trong lĩnh vực y sinh.

   “Hệ thống vi lưu” trong đề tài này ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực y – sinh học như thế nào?

  Dựa trên công nghệ vi lưu, vi chế tạo và kỹ thuật cảm biến điều khiển, em đã nghiên cứu phát triển hệ thống tạo vi giọt(thuốc) có thể điều khiển kích thước theo yêu cầu nhằm ứng dụng trong hệ thống vận chuyển thuốc hướng đích. Theo đó,vi giọt được tạo ra trong dòng chảy liên tục bằng phương pháp flow-focusing (dòng chảy tập trung)sử dụng cấu trúc kênh vi lưu hình chữ Y. Khi đó, kích thước giọt tạo ra được điều chỉnh thông qua lực bơm tác dụng vào kênh vi lưu. Đồng thời, cảm biến điện tử được tích hợp trong kênh dẫn phát hiện sự tạo giọt cũng như kích thước giọt dựa trên phát hiện sự thay đổi trở kháng (đây chính là dữ liệu hệ thống thu nhập).Hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu từ cảm biến từ đó kiểm soát được kích thước vi giọt cũng như số lượng vi giọt được tạo ra.

  Cuối cùng, kết quả nghiên cứu cho thấy sự tương quan giữa thực nghiệm và mô phỏng trong việc tạo ra giọt thuốc với đa dạng kích thước kích micromet, đáp ứng mục tiêu đề ra và gián tiếp chứng minh khả năng, tính khả thi của việc kết hợp lợi thế của điều chế giọt thuốc và hệ thống cảm biến trở kháng, tạo nền tảng tốt cho ứng dụng trộn thuốc, tự động điều chỉnh vận tốc để tạo ra các giọt đồng đều theo yêu cầu.

  Đề tài nghiên cứu này đã góp phần thúc đẩy định hướng nghiên cứu liên ngành điện tử, vật lý, sinh học, vi cơ điện tử. Từ đó, tạo tiền đề góp phần phát triển các hệ thống phân phối thuốc tác động hướng đích trong điều trị bệnh. Kết quả nghiên cứu của đề tài có ứng dụng trong phát triển nền tảng khoa học và công nghệ cho các thiết bị y sinh, cụ thể là thiết bị tạo vi giọt dành cho các ứng dụng truyền thuốc. So với những sản phẩm và đề tài đã nghiên cứu, vi giọt mà em tạo ra có kích thước đa dạng hơn và đặc biệt là sản phẩm của em có khả năng chế tạo vi giọt với kích thước siêu nhỏ, mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng thuốc thử bên trong. Đây sẽ là một sản phẩm hứa hẹn có tính ứng dụng cao trong nền tảng khoa học và công nghệ cho thiết bị y sinh, cụ thể là thiết bị tạo vi giọt dành cho các ứng dụng truyền thuốc.

  Kết quả nghiên cứu có khả năng chuyển giao và bắt kịp với xu thế cũng như nhu cầu của thị trường hiện nay. Không những hệ thống  điều chỉnh được giọt thuốc theo nhu cầu, mà còn nhỏ gọn và được chế tạo dễ dàng với chi phí thấp nhất, đặc biệt là có thể sản xuất hàng loạt. Với nhưng ưu điểm như vậy, sản phẩm có thể được ứng dụng không chỉ ở các bệnh viện lớn mà còn có thể ứng dụng ở các bệnh viện địa phương.

   Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu, em có những thuận lợi và trải quả những khó khăn nào?

   Hiện tại, MEMS là một hướng đề tài khó và còn mới mẻ tại Việt Nam, vì vậy các sản phẩm cũng như tài liệu về hướng nghiên cứu không nhiều. Cho nên, khi mới chập chững “bắt tay” vào nghiên cứu đề tài, em còn nhiều bỡ ngỡ và mất định hướng nhưng PGS.TS. Bùi Thanh Tùng đã gợi ý cho em cách chọn lọc và cách đọc tài liệu hiệu quả nhất đối với đề tài đang nghiên cứu.

  Chưa kể, các nghiên cứu về MEMS đều yêu cầu cao trong trang thiết bị và những thiết bị cần tới thì vô cùng đắt tiền. Tuy nhiên, những khó khăn trên cũng chính là điểm thuận lợi khi em tham gia Bộ môn MEMS của khoa Điện tử viễn thông. Bởi vì, bộ môn được trang bị đầy đủ các trang thiết bị máy móc hiện đại từ máy in 3D với độ chính xác cỡ 5-6 µm, máy spinning coater, máy bơm hút chân không, máy hot plate, kính hiển vi,… để đảm bảo quá trình vi chế tạo cho ra sản phẩm tới phần thực nghiệm.

  Có lẽ vì có những tiện nghi như vậy cũng như có sự hỗ trợ nhiệt tình của các thầy/cô trong khoa nói chung và bộ môn nói riêng nên dù một mình em thực hiện đề tài nhưng không cảm thấy quá khó khăn đối với bản thân. Đặc biệt là em luôn nhận được sự động viên từ PGS. TS. Bùi Thanh Tùng – giảng viên hướng dẫn chính đối với đề tài này, đây là nguồn tiếp sức cũng như động lực giúp em phấn đấu đạt được thành quả như bây giờ. Vì vậy, sản phẩm của em đã ở mức hoàn thiện và em hoàn toàn tự tin để tham gia kỳ thi cấp Bộ.

  Thêm vào đó, với niềm đam mê khoa học trong em đã giúp em chiến thắng những khó khăn gặp phải trong quá trình nghiên cứu. Sau khi vượt quá thì đó là những trải nghiệm tuyệt vời khi có thể tìm cách vận dụng những kiến thức đã có để tạo ra những sản phẩm hữu ích đối với xã hội.

   Dự định trong tương lai của bản thân em là gì?

   Sau thời gian nghiên cứu đề tài, em đã cảm nhận được ngọn lửa đam mê trong nghiên cứu của bản thân, nên em sẽ tiếp tục đi theo con đường nghiên cứu khoa học. Dù em biết còn nhiều gian truân và vất vả, nhưng em sẽ tiếp tục tìm hiểu về đề tài y sinh để có thể cho ra sản phẩm có tính ứng dụng cao phục vụ cho y học cũng như nâng cao đời sống con người. Bởi vì, đối với mỗi nhà khoa học nói chung và bản thân nói riêng đều có kỳ vọng vào đề tài nghiên cứu sẽ có sản phẩm để ứng dụng vào cuộc sống con người.

Tuyết Nga (UET-News)