Thế giới tuần qua

80

Sử dụng vật liệu bền nhất thế giới là graphene làm “mực” in 3D, dùng graphene làm võng mạc để phục hồi thị lực, hút CO2 từ khí quyển và lưu trữ trong đá, tạo ra bản đồ toàn diện của não chuột … là những tin khoa học thú vị của tuần này.

Loại võng mạc mới nâng cao cơ hội phục hồi thị lực

Biến chứng tiểu đường có thể làm tổn thương võng mạc và mất thị lực vĩnh viễn, trong khi các giải pháp cấy ghép võng mạc hiện nay dễ hư hỏng và khô cứng. Ảnh: GE Reports.

Trong cuộc họp thường niên mới đây của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ tại Boston, các nhà khoa học thông báo rằng họ đã tạo ra một loại võng mạc nhân tạo 2D mềm và cực mỏng. Họ hy vọng rằng một ngày nào đó nó sẽ giúp phục hồi thị lực cho những người khiếm thị.

Biến chứng của bệnh tiểu đường và thoái hóa điểm vàng có thể phá hủy mô trong võng mạc, làm mất thị lực vĩnh viễn. Trong khi đó, các biện pháp cấy ghép võng mạc silicone hiện nay vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại vì loại võng mạc này dễ hư hỏng và khô cứng, gây mờ mắt và về lâu dài dẫn đến mỏi mắt. Tin mừng là giới khoa học đã có giải pháp mới tốt hơn.

Nhà khoa học Nanshu Lu thuộc Đại học Texas và Dae-Hyeong Kim thuộc Đại học Quốc gia Seoul đã phát triển một loại vật liệu cấy ghép mới “có khả năng bắt chước tốt hơn hình dạng và chức năng của võng mạc người”, theo Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.

Để tạo ra loại võng mạc mới này, họ đã kết hợp siêu vật liệu graphene với molypden disulfua, vàng, nhôm và silicon nitrate để tạo ra một “tấm cảm biến cong mềm mật độ cao”. Tấm cảm biến “tương thích hữu cơ” này chứa các bộ tách sóng quang (photodetector) và một bảng mạch mềm, do đó có khả năng bắt chước đặc điểm cấu trúc của mắt mà không làm mắt khó chịu.

Ứng dụng của vật liệu này sẽ không chỉ dừng lại ở võng mạc nhân tạo. Những người phát minh ra nó cũng hy vọng có thể sử dụng vật liệu này dưới dạng “hình xăm điện tử” trên da để thu thập và truyền dữ liệu về sức khỏe theo thời gian thực.

Ứng dụng graphene vào in 3D

Các nhà nghiên cứu từ Trường kỹ thuật thuộc Virginia Tech và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore đã phát triển một quy trình mới để in 3D bằng “mực” graphene – một trong những vật liệu cứng nhất thế giới – với độ phân giải cao hơn so với các thử nghiệm trước đây. Ảnh: Virginia Tech.

Một nghiên cứu khác cũng sử dụng graphene là công trình hợp tác giữa Đại học Bách khoa Virginia (gọi tắt là Virginia Tech) và Phòng thí nghiệm Quốc gia Livermore. Nhóm nghiên cứu này đã tìm ra cách in 3D những vật thể có hình dạng phức tạp từ mực “graphene” – siêu vật liệu hiện mới chỉ được dùng trong in 2D.

Graphene có cấu trúc gồm một lớp phân tử cacbon dạng tinh thể lục giác và hiện là một trong những vật liệu cứng nhất trên trái đất. Hơn thế nữa, vì graphene còn dẫn điện rất tốt nên có giá trị lớn trong những ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ và sản xuất pin. Tuy nhiên, những nỗ lực trước đây nhằm sử dụng vật liệu này trong in 3D đều chưa thành công. Nguyên nhân là khi sắp xếp các lớp graphene chồng lên nhau trong in 3D, ta sẽ thu được graphit (hay than chì) và chất liệu này không giữ lại được những đặc tính cơ học tuyệt vời của graphene.

“Số lượng cấu trúc ta có thể tạo ra rất ít vì không có sự liên kết hỗ trợ, cũng như độ phân giải tương đối hạn chế, do đó, ta không thể tạo ra vật thể theo mong muốn”, Xiaoyu “Rayne” Zheng, đồng tác giả của nghiên cứu đăng trên Materials Horizon, cho biết. “Điều chúng tôi đã làm được là biến những lớp graphene này thành bất kỳ vật thể tùy ý có độ phân giải cao”.

Tác giả chính của phát minh là nghiên cứu sinh tiến sĩ Ryan Hensleigh, người đã bắt đầu dự án này từ ba năm trước khi còn thực tập tại Livermore. Anh này đã biến đổi hợp chất tiền thân của graphene là graphene oxit thành dạng gel aerogel có thể sử dụng khi in 3D với độ phân giải khoảng 10μm, gần bằng kích thước của tấm graphene thật. Hensleigh gọi phát hiện này là một “bước đột phá đáng kể”. Anh khẳng định: “Chúng tôi có thể tạo ra bất kỳ hình dạng nào theo mong muốn”.

Bản đồ xinap

Có thể bạn đã từng nghe nói về hệ gene (hay bộ gene, genome) – một tập hợp chứa toàn bộ thông tin di truyền của sinh vật. Giờ đây, lần đầu tiên các nhà khoa học đã tạo ra một bản đồ toàn diện của não chuột và họ gọi nó là hệ xi-nap (synaptome).

Xi-nap là khe hở nhỏ giữa các tế bào não có chức năng dẫn truyền thông tin. Hiểu rõ hơn về cách truyền thông tin trong não sẽ giúp các nhà thần kinh học biết nhiều hơn về cách hình thành và hồi tưởng trí nhớ. Đồng thời, việc phát hiện bất thường trong một bản đồ não hoàn thiện cũng giúp sáng tỏ hơn về những hội chứng rối loạn như trầm cảm và tâm thần phân liệt. Những hình ảnh từ Trung tâm Khoa học Não Lâm sàng, thuộc Đại học Edinburgh, sẽ giúp ta làm điều đó: Họ đã thắp sáng hơn 1 tỷ kết nối giữa các tế bào não.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra hệ xi-nap bằng cách chỉnh sửa một phần mô não của chuột để chúng có thể phát sáng. Khi đó, họ có thể phân biệt từng xi-nap theo màu sắc và nhận diện những biểu hiện liên quan đến từng loại hoạt động như chạy, nhảy và cho ăn.

Giáo sư Seth Grant, một tác giả của nghiên cứu đăng trên tờ Neuron, cho biết: “Trong quá trình tạo ra bản đồ đầu tiên về hệ xi-nap, chúng tôi rất kinh ngạc trước sự đa dạng của xi-nap cũng như các mô hình tinh tế mà chúng tạo ra. Bản đồ này sẽ mở đường cho một loạt nghiên cứu mới có thể thay đổi hiểu biết của chúng ta về hành vi và các bệnh liên quan đến não”.

Cô lập CO2 để đối phó với biến đổi khí hậu

 

Đá magnesit có khả năng thu và lưu giữ CO2, nhưng quá trình hình thành loại đá này trong tự nhiên mất rất nhiều năm. Kỹ thuật mới có thể tăng tốc quá trình này thành 72 ngày. Ảnh: Getty Images.

Tại Hội nghị Địa Hóa Goldschmidt diễn ra đầu tháng 8 tại Boston, các nhà nghiên cứu công bố rằng họ đã tìm ra cách để nhanh chóng cô đặc cacbon điôxít thành tinh thể rắn.

Thế giới vẫn luôn nỗ lực để giảm thiểu lượng cacbon điôxít trong khí quyển và ngăn chặn hiện tượng ấm lên toàn cầu. Đồng thời, giới khoa học cũng luôn hứng thú với cách thiên nhiên tích tụ cac-bon trong các niên đại địa chất đã qua. Kết hợp hai luận điểm trên, việc họ cần làm là tìm ra cách cô đặc CO2 nhanh hơn để bắt kịp với tốc độ phát thải của con người.

Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Trent ở Ontario đã sáng tạo ra một kỹ thuật để “tăng tốc quá trình hình thành magnesit – một khoáng vật thường thu và lưu trữ lượng lớn khí CO2 trong tự nhiên”, theo ScienceNews. Theo đó, một tấn magnesit có thể chứa khoảng nửa tấn cac-bon. “Nếu có thể sản xuất lượng lớn loại khoáng vật này, kỹ thuật này một ngày nào đó có thể đối phó với biến đổi khí hậu”.

Dưới sự dẫn dắt của nhà địa chất học Ian Power, nhóm đã nghiên cứu một địa điểm ở British Columbia, nơi magnesit được hình thành tự nhiên từ hàng vạn năm nay, qua phản ứng giữa nước ngầm chứa ion magie và lớp đá phủ phía trên được gọi là olivin.

Các nhà khoa học có thể tái hiện quy trình này trong phòng thí nghiệm nhưng sẽ tốn nhiều chi phí. Thay vào đó, khi sử dụng các hạt siêu nhỏ polystyrene làm chất xúc tác, Power và cộng sự đã tìm ra cách tạo ra magnesit chỉ trong 72 ngày ở điều kiện nhiệt độ phòng thí nghiệm. Thách thức giờ đây là làm thế nào để mở rộng quy mô áp dụng kỹ thuật này.

Radar thay ống nghe khám bệnh

Một ngày nào đó, công nghệ mới sử dụng radar để “nghe” tiếng tim, phổi có thể khiến ống nghe lỗi thời. Ảnh: Getty Images.

Theo một nghiên cứu đăng trên Scientific Reports, một nhóm nghiên cứu người Đức đã phát minh ra một cách khám bệnh không cần tiếp xúc mới để bác sĩ có thể biết được những gì đang diễn ra trong ngực của bệnh nhân là dùng radar.

Theo thông báo của Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, bác sĩ sử dụng ống nghe để theo dõi nhịp tim, phổi của bệnh nhân là một tiêu chuẩn đã có từ lâu. Tuy nhiên, những đánh giá về các tình trạng như tiếng thổi của tim có thể hơi chủ quan vì nó “phụ thuộc trực tiếp” vào kinh nghiệm của bác sĩ.

Nhóm nghiên cứu người Đức đã phát triển một phương pháp đáng tin cậy hơn là sử dụng radar để đo từ xa nhịp rung trên da do tim đập. Giải pháp này có thể áp dụng trong thăm khám định kỳ cũng như để theo dõi 24/7 những trường hợp bệnh tim nặng. Đồng tác giả của nghiên cứu, Christoph Ostgathe, giải thích: “Giải pháp không tiếp xúc, do đó không gây ra áp lực để đo các dấu hiệu sinh tồn như nhịp tim, có tiềm năng cách mạng hóa quá trình chăm sóc và nghiên cứu y tế, ví dụ như trong thuốc giảm đau”.

Christoph Will, nghiên cứu sinh tiến sĩ tham gia nghiên cứu, đã so sánh giải pháp radar của họ với những công cụ mà cảnh sát sử dụng để đo tốc độ xe cộ lưu thông trên đường. Ông giải thích cơ chế thực hiện: “Trong quá trình thăm khám, chúng tôi truyền sóng radar về phía bề mặt vật thể và đợi sóng phản xạ. Nếu vật thể chuyển động, pha của sóng phản xạ sẽ thay đổi. Thông tin này sẽ được sử dụng để tính toán độ mạnh yếu và tần số của chuyển động, trong trường hợp này là lồng ngực bệnh nhân”.

Theo Sam Worley

 

BÌNH LUẬN CỦA BẠN