Top 4 công nghệ nổi bật tháng 10 không thể bỏ lỡ

Kính siêu cứng lấy cảm hứng từ lớp xà cừ bên trong vỏ sò, một “cỗ máy thời gian” đảo ngược quá trình phát triển của tế bào ung thư tuyến tụy hay những cơ hội tuyệt vời mở ra với in 3D là những phát minh công nghệ nổi bật được giới thiệu trong tháng 10. Theo các chuyên gia, những công nghệ này có thể tạo nên kỳ tích từ những điều nhỏ bé.

Kính không vỡ lấy cảm hứng từ vỏ sò

Cấu trúc vi mô của hợp chất thuỷ tinh acrylic (trái) được lấy cảm hứng từ cấu trúc lớp óng ánh hay còn gọi là lớp xà cừ bên trong vỏ động vật thân mềm (phải). Ảnh: Đại học McGill.

Các nhà khoa học đến từ Đại học McGill (Canada) đã phát triển loại kính bền và cứng hơn dựa theo lớp óng ánh hay còn gọi là lớp xà cừ bên trong vỏ của động vật thân mềm.

Những tiến bộ trong phát triển màn hình điện tử và thiết bị đòi hỏi vật liệu kính phải có tính ứng dụng cao hơn nữa. Với công trình của nhóm nghiên cứu tại Đại học McGill, loại kính vừa cứng vừa mềm có thể mở ra cơ hội chế tạo các thiết bị tương lai ngay từ bây giờ.

Allen Ehrlicher, phó giáo sư khoa Kỹ thuật sinh học tại Đại học McGill đã được truyền cảm hứng từ lớp xà cừ – bề mặt lấp lánh bên trong vỏ của động vật thân mềm – để tạo ra một hợp chất thuỷ tinh acrylic trong suốt, có độ bền cao với chi phí sản xuất thấp. Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng lại cấu trúc của xà cừ bằng các lớp mảnh thuỷ tinh và acrylic để tạo ra một vật liệu đục có độ bền đặc biệt cao. Tiếp đó, “bằng cách điều chỉnh chiết suất của acrylic, chúng tôi giúp hỗn hợp acrylic và thuỷ tinh hòa trộn hoàn toàn với nhau để vật liệu trở nên trong suốt” – trưởng nhóm nghiên cứu Ali Amini giải thích. Ehrlicher cũng cho biết thêm rằng vật liệu mới không chỉ bền gấp 3 lần kính thông thường mà còn chống vỡ tốt gấp 5 lần.

“Đảo ngược thời gian” để chữa ung thư

Mô hình 3D của cấu trúc trong tuyến tụy có thể là một bước tiến tới các liệu pháp gen mới cho ung thư tuyến tụy. Ảnh: Đại học Purdue/John Underwood.

Các kỹ sư tại Đại học Purdue đã tạo ra một “cỗ máy thời gian” có khả năng đảo ngược quá trình phát triển của tế bào ung thư tuyến tụy trước khi nó di căn.

Theo Hiệp hội Ung thư Hoa Kỳ, ung thư tuyến tụy là một trong những bệnh ung thư ghi nhận nhiều ca tử vong nhất với tỷ lệ sống sau 5 năm chỉ khoảng 10%. Cũng như nhiều loại ung thư khác, liệu pháp gen là phương pháp điều trị đầy hứa hẹn cho căn bệnh này. “Những phát hiện của chúng tôi mở ra cơ hội thiết kế một liệu pháp gen hoặc loại thuốc mới vì giờ đây chúng tôi có thể chuyển đổi tế bào ung thư trở lại trạng thái bình thường” – Giáo sư Bumsoo Han, Giám đốc chương trình tại Trung tâm Nghiên cứu Ung thư của Đại học Purdue cho biết.

Nhóm của GS. Han đã phát triển một mô hình có kích thước bằng con tem để mô phỏng cấu trúc ống tụy và mô tụy ngoại tiết – cụm tế bào có vai trò sản xuất và tiết ra các enzym tiêu hóa (còn gọi là acinus theo tiếng Latin). Khi cấu trúc này ở các bệnh nhân ung thư gặp trục trặc, các enzym tiêu hóa có thể tự tiêu hóa tuyến tụy.

Các nhà nghiên cứu đã cấy tế bào ung thư vào mô hình acinus nhân tạo, đồng thời mô phỏng gen PTF1 – yếu tố quan trọng cho sự phát triển bình thường của tuyến tụy. Khi kích hoạt gen này trong mô hình, tuyến tụy “tái tạo” và phát triển các tế bào bình thường, qua đó ngăn chặn và đảo ngược quá trình phát triển của ung thư.

Thử nghiệm thành công thận nhân tạo

Dự án Thận đã thử nghiệm thành công mẫu thận nhân tạo có thể cấy ghép vào cơ thể để điều trị các bệnh thận.

Theo Trung tâm Dự phòng và Kiểm soát Bệnh tật Hoa Kỳ, khoảng 15% người lớn tại Mỹ mắc các bệnh thận mãn tính. Chạy thận và cấy ghép là hai phương pháp điều trị cho các bệnh nhân giai đoạn cuối. Shovo Roy (Đại học California San Francisco) – người đứng đầu Dự án Thận, một cơ chế đối tác công-tư giữa Bộ Y tế, Dịch vụ Nhân sinh và Hội Thận học Hoa Kỳ cho biết: “Trong tương lai, thận nhân tạo sẽ giúp bệnh nhân không cần phụ thuộc vào chạy thận và có kết quả sinh lý tốt hơn chạy thận”. Dự án Thận đã nhận được giải thưởng 650.000 đô la Mỹ để tiếp tục nghiên cứu.

Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu của Dự án Thận đã phát triển một máy lọc máu để loại bỏ độc tố và chất thải khỏi máu — chức năng chính của thận. Họ cũng xây dựng một “lò phản ứng sinh học” (bioreactor) để tái tạo các chức năng quan trọng khác của thận như cân bằng điện giải trong cơ thể. Trong nghiên cứu mới nhất, họ đã kết hợp hai công trình nói trên vào một thiết bị duy nhất. Thiết bị này hoạt động chỉ nhờ huyết áp chứ không cần nguồn điện bên ngoài, người được cấy cũng sẽ không cần dùng đến thuốc làm loãng máu hoặc thuốc ức chế miễn dịch. “Khi đã chứng minh được tính khả thi của việc kết hợp bộ lọc máu và lò phản ứng sinh học, chúng tôi có thể tập trung vào việc nâng cấp công nghệ cho những thử nghiệm tiền lâm sàng nghiêm ngặt hơn và cuối cùng là các thử nghiệm lâm sàng” – Roy cho biết.

In 3D mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành điện gió

Nhóm nghiên cứu của GE Renewable Energy đang nghiên cứu ý tưởng về những xưởng đúc mới có thể sản xuất khuôn đúc cho các bộ phận tuabin bằng cách in một tệp dữ liệu trên máy in 3D cỡ lớn, đồng thời vị trí xưởng sẽ ở gần khách hàng hơn.

Trong hàng trăm năm, quy trình đúc các chi tiết cơ khí tại các xưởng đúc trên toàn thế giới hầu như không thay đổi: đầu tiên là thiết kế chi tiết, sau đó sẽ dựng mô hình, dùng mô hình để tạo khuôn đúc và cuối cùng là đổ kim loại đun chảy vào khuôn để đúc ra sản phẩm. Tuy nhiên, với sản xuất đắp lớp – hay còn gọi là in 3D, nhiều người nhanh chóng nhận ra rằng cách tiếp cận này có thể thay đổi hoàn toàn lĩnh vực cơ khí.

Công nghệ in phun kết dính có một số điểm tương đồng với máy in 3D kim loại dùng tia laser: đều sử dụng chùm tia sáng để nung chảy các lớp bột kim loại. Tuy nhiên, điểm khác biệt chính là in phun kết dính sử dụng chất kết dính để làm cho hỗn hợp cát dính chặt vào nhau, tương tự như cách thợ làm bánh dùng trứng để giúp bột bánh mềm dẻo. Bên cạnh đó, máy in phun kết dính còn có thể in nhanh hơn nhiều so với các máy in sử dụng tia laser. Không chỉ thế, in 3D còn giúp các kỹ sư sản xuất những vật đúc lớn hơn, nhẹ hơn với hình dạng kết cấu phức tạp mà sẽ rất khó hoặc không thể đúc truyền thống bằng mô hình gỗ. Điều này giúp nhà thiết kế có thể xây dựng các tuabin cao hơn, có công suất lớn hơn. Dennis Lessner – Trưởng nhóm Sáng kiến Chiến lược, bộ phận Chuỗi Cung ứng của công ty Offshore Wind thuộc GE Renewable Energy chia sẻ: “Các quốc gia không chỉ muốn sản xuất điện sạch hơn mà còn muốn nhìn thấy lợi ích của ngành này. Với công nghệ in 3D mới, chúng tôi có thể tăng khả năng cạnh tranh tại những nơi cần tới các chi tiết đúc cũng như có thể sản xuất nội địa và giúp ngành công nghiệp nội địa hưởng lợi từ sự bùng nổ đang diễn ra trong lĩnh vực năng lượng tái tạo”.