1. Chất béo nuôi cấy có triển vọng làm tăng hương vị cho thịt nhân tạo

Thịt nhân tạo hay thịt nuôi cấy đang được xem là giải pháp thay thế thân thiện với môi trường, khác với sản xuất thịt truyền thống. Tuy nhiên, thịt nhân tạo thiếu một yếu tố quan trọng tạo nên hương vị, đó là chất béo. Vì thế, nhóm nhà nghiên cứu tại trường Đại học Tufts, Hoa Kỳ đã đưa ra phương pháp nuôi cấy chất béo có kết cấu và thành phần tương tự như chất béo động vật trên quy mô lớn.

Thịt nhân tạo được tạo ra thông qua nuôi cấy tế bào động vật nhờ sử dụng kết hợp công nghệ sinh học, kỹ thuật mô, sinh học phân tử và quy trình tổng hợp. Công nghệ này tạo ra một sản phẩm giống với thịt truyền thống. Tuy nhiên, thịt nuôi cấy thiếu một thành phần quan trọng là chất béo, tạo nên hương vị và kết cấu đặc trưng. Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã nuôi cấy thành công chất béo có kết cấu và thành phần tương tự như chất béo của động vật tự nhiên và kỹ thuật này có thể mở rộng.

Cho đến nay, việc sản xuất khối lượng lớn chất béo nuôi cấy đặt ra nhiều thách thức. Không giống như trong tự nhiên, nơi các mạch máu cung cấp oxy và chất dinh dưỡng cho chất béo, chất béo được tạo ra trong phòng thí nghiệm có xu hướng thiếu các thành phần quan trọng này.

Để giải quyết vấn đề này, trước tiên, các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy các tế bào mỡ từ chuột và lợn trong một lớp hai chiều trước khi thu được các tế bào để tạo ra một khối ba chiều liên kết với nhau bằng chất kết dính như natri alginate và men vi sinh transglutaminase (mTG) được sử dụng trong một số loại thực phẩm.

Để xem liệu liệu chất béo tổng hợp có các đặc điểm tương tự như chất béo của động vật tự nhiên hay không, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra lực tác động mà chất béo nhân tạo có thể chịu được. Kết quả cho thấy chất béo nuôi cấy liên kết với natri alginate chịu được lực tác động tương tự mỡ gia súc và gia cầm, trong khi chất béo liên kết với mTG hoạt động giống như mỡ lợn hoặc mỡ động vật.

Tiếp đến, nhóm nghiên cứu đã xem xét thành phần phân tử của chất béo nuôi cấy và phát hiện ra rằng các axit béo trong mỡ chuột nuôi cấy khác với axit béo trong mỡ chuột tự nhiên. Mỡ lợn nuôi cấy có thành phần axit béo rất giống với mô tự nhiên.

Các phát hiện nghiên cứu cho thấy có thể bổ sung lipid vào các tế bào mỡ được nuôi cấy để chúng phù hợp hơn với thành phần của thịt tự nhiên. Điều quan trọng là phương pháp mới nuôi cấy mỡ có thể được mở rộng.

David Kaplan, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Phương pháp tổng hợp các tế bào mỡ nuôi cấy với các tác nhân liên kết này có thể được chuyển đổi sang hoạt động sản xuất mô mỡ nuôi cấy trên quy mô lớn trong các lò phản ứng sinh học, trở ngại chính trong việc sản xuất thịt nuôi cấy. Chúng tôi tiếp tục xem xét mọi khía cạnh của quá trình sản xuất thịt nhân tạo nhằm hướng tới việc tạo điều kiện sản xuất hàng loạt loại thịt có hình thức, hương vị và cảm giác giống như thịt thật”. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí eLife.

Theo newatlas.com

2. Robot điều khiển bằng tâm trí: Cảm biến graphene mới đang biến khoa học viễn tưởng thành hiện thực

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế được cảm biến “khô” có hoa văn 3D dựa vào graphene với khả năng đo hoạt động điện của não mà không cần dùng gel dẫn điện. Các cảm biến khô ít gây khó chịu và dị ứng hơn so với các cảm biến “ướt” truyền thống được sử dụng trong điện não đồ (EEG) để chẩn đoán các rối loạn thần kinh hoặc điều khiển các thiết bị bên ngoài thông qua giao diện não-máy. Khi cảm biến khô được tích hợp vào chiếc băng đô đàn hồi và được sử dụng với tai nghe thực tế tăng cường, nó cho phép điều khiển rô bốt bằng cách diễn giải các tín hiệu não mà không cần dùng tay. Mặc dù chưa hiệu quả bằng cảm biến ướt, nhưng việc thiết kế cảm biến khô đánh dấu sự tiến bộ hướng tới cho ra đời các giao diện não-máy không xâm lấn, dễ sử dụng.

Nghe có vẻ giống như khoa học viễn tưởng: Đeo một chiếc băng đô điện tử chuyên dụng và điều khiển rô-bốt bằng tâm trí của bạn. Nhưng giờ đây, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Công nghệ Sydney, Ôxtrâylia đã tiến một bước để biến điều này thành hiện thực. Bằng cách thiết kế một cấu trúc có hoa văn 3D đặc biệt không dựa vào gel dẫn điện dính, các nhà khoa học đã tạo ra cảm biến khô có thể đo hoạt động điện của não, ngay cả giữa tóc, các nếp gấp và đường cong của đầu.

Các bác sĩ theo dõi các tín hiệu điện từ não bằng điện não đồ (EEG), trong đó các điện cực chuyên dụng được cấy vào hoặc đặt trên bề mặt của đầu. Điện não đồ giúp chẩn đoán các rối loạn thần kinh, nhưng nó cũng có thể được tích hợp vào giao diện não-máy, sử dụng sóng não để điều khiển thiết bị bên ngoài như chi giả, rô-bốt hoặc thậm chí là trò chơi điện tử.

Hầu hết các phiên bản không xâm lấn đều liên quan đến việc sử dụng các cảm biến ướt, được dán lên đầu bằng một loại gel dính có thể gây kích ứng da đầu và đôi khi gây ra các phản ứng dị ứng. Để thay thế, các nhà nghiên cứu đã chế tạo cảm biến khô không cần gel, nhưng cho đến nay không có cảm biến nào hoạt động tốt như loại cảm biến ướt tiêu chuẩn vàng.

Mặc dù các vật liệu nano như graphene có thể là lựa chọn phù hợp, nhưng bản chất phẳng và thường dễ bong tróc khiến chúng không tương thích với các đường cong không đều của đầu người, đặc biệt là trong thời gian dài. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đặt ra mục tiêu chế tạo cảm biến 3D dựa vào graphene đa tinh thể để theo dõi chính xác hoạt động của não mà không cần chất kết dính.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một số cấu trúc phủ graphene 3D với các hình dạng và hoa văn khác nhau, mỗi cấu trúc dày khoảng 10 µm. Trong số các hình dạng được thử nghiệm, mô hình lục giác hoạt động hiệu quả nhất trên bề mặt cong, nhiều lông của vùng chẩm nơi chứa vỏ não thị giác. Nhóm nghiên cứu đã kết hợp tám trong số các cảm biến này vào một chiếc băng đô đàn hồi, giữ chúng ở phía sau đầu.

Khi được kết hợp với tai nghe thực tế tăng cường hiển thị tín hiệu trực quan, các điện cực có thể phát hiện tín hiệu đang xuất hiện, sau đó kết hợp với máy tính để diễn giải các tín hiệu thành lệnh điều khiển chuyển động của rô-bốt bốn chân mà hoàn toàn không cần dùng đến tay.

Mặc dù các điện cực mới chưa hoạt động tốt như các cảm biến ướt, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng đây là bước tiến đầu tiên hướng đến việc chế tạo cảm biến khô chắc chắn, dễ sử dụng, giúp mở rộng các ứng dụng của giao diện não-máy.

Theo scitechdaily.com

3. Công nghệ mới giúp các thiết bị gia dụng sạch, an toàn và bền hơn

Lò sưởi khí thiên nhiên không chỉ sưởi ấm ngôi nhà của bạn mà còn gây ô nhiễm. Ngay cả các lò sưởi cô đặc hiệu suất cao hiện đại cũng tạo ra tình trạng ngưng tụ axit ăn mòn ở mức cao và nồng độ oxit nitơ, cacbon monoxit và khí metan không tốt cho sức khỏe. Các khí thải này bay vào khí quyển và cuối cùng gây ô nhiễm đất, nước và không khí.

Giờ đây, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã phát triển một công nghệ “vừa túi tiền” giúp loại bỏ hơn 99,9% khí axit và các khí thải khác để chế tạo lò sưởi khí thiên nhiên siêu sạch. Công nghệ giảm khí axit hay AGR này cũng có thể được trang bị thêm cho các thiết bị chạy bằng khí thiên nhiên khác như máy đun nước nóng, nồi hơi thương mại và lò nung công nghiệp.

Zhiming Gao, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Giống như các bộ chuyển đổi xúc tác giúp giảm lượng khí thải từ hàng tỷ phương tiện trên toàn thế giới, công nghệ AGR mới hầu như có thể loại bỏ các khí nhà kính và sự ngưng tụ axit được tạo ra bởi các lò sưởi dân dụng mới và hiện có. Chất ngưng tụ thân thiện với môi trường giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng vật liệu thép không gỉ chống ăn mòn cho các bộ trao đổi nhiệt của lò, giúp giảm chi phí sản xuất”.

Để chứng minh hiệu quả của việc khử khí axit trong lò, các nhà nghiên cứu đã tạo ra chất xúc tác AGR, bọc nó trong vỏ kim loại và lắp đặt thiết bị trên lò ngưng tụ hiệu suất cao tiêu chuẩn có bán trên thị trường. Kết quả sau cuộc kiểm tra độ tin cậy và độ bền kéo dài 400 giờ cho thấy AGR gần như loại bỏ hoàn toàn khí thải độc hại khỏi dòng khí thải và tạo ra chất ngưng tụ không chứa axit có độ pH trung tính.

Để kiểm tra tình trạng bên trong và sự phân bố bồ hóng của AGR sau thử nghiệm mà không làm hỏng các kênh dẫn khí của thiết bị, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp chụp cắt lớp điện toán neutron tại Lò phản ứng đồng vị thông lượng cao của ORNL hay còn gọi là HFIR của ORNL. Không giống như tia X, các neutron có thể xuyên qua vỏ kim loại để ghi lại hình ảnh mà sau đó được sử dụng để tạo ra các hình ảnh đại diện 2D và 3D của thiết bị được sử dụng.

Gao cho rằng: “Điều đó sẽ cho phép cải tiến các thiết kế thiết bị AGR để tạo ra mô hình dòng khí tự làm sạch đều hơn. Như vậy cũng sẽ giúp giảm bớt sự tích tụ bồ hóng quá mức để tăng hiệu suất lò gắn AGR”.

Các hạt bồ hóng, thường hình thành do quá trình đốt cháy không hoàn toàn hydrocacbon, chứa khối lượng lớn hydro. Neutron đặc biệt hiệu quả trong việc phát hiện và lập bản đồ hydro và các nguyên tố nhẹ khác.

Công nghệ AGR sẽ cho phép các nhà sản xuất lò sử dụng vật liệu rẻ hơn thép không gỉ dùng trong hầu hết các bộ trao đổi nhiệt. Nhờ vậy, các nhà sản xuất sẽ bán được nhiều lò đốt hiệu suất cao đáp ứng các tiêu chuẩn mới được đề xuất của California đối với khí thải lò đốt dân dụng và thương mại.

Theo scitechdaily.com

4. Da nhân tạo chịu được nhiệt độ lạnh khắc nghiệt và tiêu diệt vi khuẩn

Khả năng đổi màu da của con mực để phản ứng với môi trường xung quanh đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trong nhiều thập kỷ qua. Giờ đây, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã lấy cảm hứng từ loài mực để tạo ra da nhân tạo mới, không chỉ chịu được nhiệt độ lạnh khắc nghiệt mà còn tiêu diệt vi khuẩn và nấm, mở ra cơ hội cho rất nhiều ứng dụng tiềm năng.

Giống như các loài động vật thân mềm, cá nhiệt đới và tắc kè hoa khác, mực có cấu trúc nano quang tử, cho phép chúng thay đổi màu da để đáp ứng với các kích thích môi trường bên ngoài và để ngụy trang, giao tiếp và tán tỉnh đồng loại.

Mực ống có hàng nghìn tế bào được gọi là tế bào sắc tố nằm ngay dưới bề mặt da, kết nối với hệ thần kinh. Ở trung tâm của tế bào sắc tố là một túi đàn hồi chứa đầy sắc tố. Co cơ kiểm soát kích thước của các tế bào sắc tố, làm thay đổi màu da của con mực và cho phép chúng thay đổi hoa văn để phù hợp với môi trường là đá hoặc san hô gần đó. Các protein phản chiếu được tìm thấy trong một số giống mực nhất định khúc xạ ánh sáng và tạo ra sắc tố động và ánh kim của động vật.

Trước đây, các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh quy trình này để tạo ra lớp da giữ nhiệt, chế tạo các thiết bị theo dõi mức độ tiếp xúc với ánh nắng mặt trời và biến tế bào ở người thành dạng trong suốt. Giờ đây, lấy cảm hứng từ những khả năng bẩm sinh của da mực, các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Đại Liên, Trung Quốc đã tạo ra một loại da nhân tạo mới, linh hoạt có thể chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và có tác dụng diệt khuẩn.

“Da sinh học biến đổi thông tin môi trường thành tín hiệu điện sinh học và truyền đến hệ thần kinh để nhận biết sức căng bên ngoài, cảm giác xúc giác, độ rung, nhiệt độ…” Wenbin Niu, đồng tác giả nghiên cứu nói. “Đặc biệt, ngoài các tín hiệu điện sinh học, da của động vật thân mềm có thể cảm nhận tốt hơn về môi trường phức tạp thông qua thay đổi màu sắc”.

Các nhà nghiên cứu đã mô phỏng sự sắp xếp của chất phản xạ trong da mực để tạo ra loại da ion quang tử mới mà họ gọi là PIskin. Khi PIskin tiếp xúc với các kích thích bên ngoài như bề mặt, cấu trúc nano quang tử của con mực sẽ nhanh chóng làm thay đổi màu da mực. Đồng thời, vận chuyển ion trong da thay đổi cho phép các kích thích cơ học và nhiệt độ được chuyển đổi thành tín hiệu điện.

Niu cho rằng: “Chúng tôi đã lấy cảm hứng từ da mực đổi màu để đưa cấu trúc nano quang tử vào da điện tử, làm phong phú thêm khả năng cảm nhận của nó. Ngoài việc cung cấp phản hồi định lượng, ghi lại và phân tích các thay đổi kích thích thông qua tín hiệu điện, thì nhiều thông tin phức tạp hơn như vị trí, hình dạng và phân bố kích thích cũng có thể được xác định trực quan thông qua màu sắc của nó”.

Để cải thiện các đặc tính của da điện tử, nhóm nghiên cứu đã bổ sung thêm glycerol monolaurate (GML), hợp chất kháng khuẩn mạnh và polyetylen glycol 200 (PEG-200), hoạt chất bề mặt, chất nhũ hóa và chất tẩy rửa công nghiệp. GML cho phép PIskin tiêu diệt gần như mọi loại vi khuẩn và nấm, trong khi điểm đóng băng thấp của PEG-200 có nghĩa là da có thể chịu được nhiệt độ thấp mà không bị đóng băng và ít bị khô hơn.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng da điện tử hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt và đo chính xác sức căng, áp suất và nhiệt độ. Sự ra đời của PIskin mở ra nhiều ứng dụng tương lai trong lĩnh vực thiết bị y tế đeo trên người, người máy mềm, chi giả và giao diện người-máy tính. Ngoài ra, sản phẩm da điện tử cũng là tác nhân khuyến khích các nhà khoa học nghiên cứu các loài động vật thay đổi màu sắc khác.

Theo newatlas.com

5. Hoạt chất mới từ vi khuẩn có thể bảo vệ thực vật

Các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Sản phẩm Thiên nhiên nhiên và Sinh học Nhiễm trùng Leibniz (Leibniz-HKI) đã khám phá ra vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas có khả năng tạo ra một sản phẩm tự nhiên có tính kháng khuẩn mạnh. Họ đã chứng minh được chất này có hiệu quả chống lại cả bệnh nấm thực vật và nấm gây bệnh ở người. Nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ và được nhấn mạnh trong một bài xã luận trên tạp chí Nature.

Nhóm sản phẩm Keanumycins thiên nhiên mới được phát hiện trong vi khuẩn chống lại hiệu quả dịch hại thực vật Botrytis cinerea - gây ra bệnh thối mốc xám và gây thất thu lớn hàng năm và còn có tác dụng ức chế các loại nấm gây nguy hiểm cho người như nấm Candida albicans.

Các nghiên cứu trước đây cho thấy nó vô hại đối với tế bào thực vật và con người. Do vậy Keanumycins có thể là một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường thay cho thuốc trừ sâu hóa học và cũng là một giải pháp thay thế trong cuộc chiến chống lại nấm kháng thuốc.

Sebastian Götze, nghiên cứu sinh bậc sau tiến sĩ tại Leibniz-HKI, tác giả đầu tiên của nghiên cứu giải thích, chúng ta đang gặp khủng hoảng về thuốc chống nhiễm trùng. Nhiều loại nấm gây bệnh cho con người hiện nay có khả năng kháng thuốc chống nấm - một phần vì chúng được sử dụng với số lượng lớn trong các lĩnh vực nông nghiệp. Thực tế việc các nhà nghiên cứu hiện đã tìm ra hoạt chất mới trong vi khuẩn thuộc giống Pseudomonas không phải là ngẫu nhiên.

Pierre Stallforth, trưởng khoa Công nghệ Cổ sinh học tại Leibniz-HKI, giáo sư Hóa học Hữu cơ Sinh học và Công nghệ Cổ sinh học tại Đại học Friedrich Schiller ở Jena và trưởng nhóm nghiên cứu cũng cho biết, họ đã nghiên cứu pseudomonads một thời gian và biết rằng nhiều loài vi khuẩn này rất độc đối với amip, loài ăn vi khuẩn. Có vẻ như có một số độc tố của vi khuẩn này chịu trách nhiệm về tác dụng gây chết người nhưng số đó mới chỉ có một loại được biết đến cho đến nay. Trong bộ gen của vi khuẩn, các nhà nghiên cứu hiện đã khám phá được các gen sinh tổng hợp cho các sản phẩm thiên nhiên mới được phát hiện đó là keanumycins A, B và C. Nhóm sản phẩm thiên nhiên này thuộc về các lipopeptide không thông qua ribosome có đặc tính giống như xà phòng.

Cùng với các đồng nghiệp tại Nhà máy thí điểm sinh học của Leibniz-HKI, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc phân lập một trong những keanumycin và tiến hành các thử nghiệm tiếp theo.

Götze giải thích: “Các lipopeptide có khả năng tiêu diệt nấm hiệu quả đến mức chúng tôi đặt tên chúng theo tên của diễn viên Keanu Reeves vì anh ấy cũng cực kỳ nguy hiểm trong các vai diễn của mình”.

Các nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng keanumycin cũng có thể tiêu diệt nấm, vì chúng giống amip ở một số đặc điểm nhất định. Giả định này đã được xác nhận tại Trung tâm Nghiên cứu Cây trồng Làm vườn tại Đại học Khoa học Ứng dụng Erfurt. Ở đó, keanumycin đã được chứng minh là có hiệu quả chống bệnh thối xám trên lá tú cầu.

Thử nghiệm tiếp theo sẽ được thực hiện cùng với các đồng nghiệp ở Erfurt. Keanumycin có thể phân hủy sinh học, do đó không hình thành dư lượng vĩnh viễn trong đất. Điều này có nghĩa là sản phẩm thiên nhiên này có tiềm năng trở thành một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường thay cho thuốc trừ sâu hóa học.

Hiện nay các bệnh nấm như Botrytis cinerea, gây thối mốc xám, gây ra thiệt hại lớn về thu hoạch trong trồng trọt rau quả hàng năm. Hơn 200 loại trái cây và rau quả khác nhau bị ảnh hưởng, đặc biệt là dâu tây và nho chưa chín.

Nhóm nghiên cứu cũng đã thử nghiệm chất phân lập này chống lại nhiều loại nấm lây nhiễm cho người. Kết quả cho thấy rằng nó ức chế mạnh đối với nấm gây bệnh Candida albicans. Vì thế, thay vì sử dụng cho thực vật, Keanumycin cũng có thể được sử dụng ở người.

Theo các thử nghiệm được tiến hành cho đến nay, sản phẩm tự nhiên này không có độc tính cao đối với tế bào người và có hiệu quả chống lại nấm ở nồng độ rất thấp. Điều này làm cho nó trở thành một ứng cử viên sáng giá cho sự phát triển thuốc chống nấm mới. Đây cũng là những thứ rất cần thiết vì hiện có rất ít loại thuốc chống nhiễm nấm trên thị trường.

Theo phys.org

6. Lò phản ứng năng lượng mặt trời chuyển đổi CO2 và rác thải nhựa thành các sản phẩm hữu ích

Khí nhà kính và rác thải nhựa là hai trong số những vấn đề môi trường nan giải nhất mà thế giới đang phải đối mặt hiện nay. Để giải quyết đồng thời cả hai vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Cambridge, Anh đã thiết kế được một lò phản ứng mới hoạt động hoàn toàn bằng ánh nắng mặt trời có thể chuyển đổi CO₂ và chai nhựa bỏ đi thành các vật liệu hữu ích.

CO₂ trong khí quyển vẫn ở mức cao hàng thiên niên kỷ qua, dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng về khí hậu. Trong khi đó, sự phụ thuộc của chúng ta vào nhựa đang gây ra sự tích tụ rất lớn nhựa thải tại các con sông, đại dương và mọi nơi kể cả các vùng cực. Vì thế, các nhà khoa học đã tìm cách thiết kế lò phản ứng chuyển đổi CO₂ thu được hoặc chất thải nhựa thành dầu, nhiên liệu cũng như các hóa chất và vật liệu hữu ích khác.

Giờ đây, các nhà khoa học tại Đại học Cambridge đã thiết kế được lò phản ứng đầu tiên có thể xử lý đồng thời cả hai chất ô nhiễm. Thiết bị gồm có hai ngăn riêng biệt (một ngăn chứa nhựa và một ngăn chứa CO₂) và một bộ phận trong mỗi ngăn hấp thụ năng lượng từ ánh sáng và sử dụng năng lượng đó để kích hoạt chất xúc tác chuyển đổi nguyên liệu thành sản phẩm có ích. Chất hấp thụ ánh sáng là perovskite, vật liệu triển vọng dùng cho pin mặt trời, trong khi chất xúc tác có thể thay đổi tùy thuộc vào sản phẩm cuối cùng được kỳ vọng.

TS. Motiar Rahaman, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “Nhìn chung, quá trình chuyển đổi CO₂ cần rất nhiều năng lượng, nhưng với hệ thống của chúng tôi, về cơ bản, bạn chỉ cần chiếu ánh sáng vào để hệ thống chuyển đổi các sản phẩm có hại thành thứ gì đó hữu ích và bền vững. Trước khi có hệ thống này, chúng tôi không có thiết bị nào để tạo ra các sản phẩm có giá trị cao theo cách có chọn lọc và hiệu quả”.

Trong các thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã chứng minh lò phản ứng có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, chỉ sử dụng ánh nắng mặt trời làm năng lượng. Chất xúc tác hợp kim đồng-palađi có thể chuyển đổi chai nhựa PET thành axit glycolic, hóa chất được sử dụng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm. CO₂ được chuyển đổi thành CO nhờ có hợp chất coban, khí tổng hợp sử dụng hợp kim đồng-indi và format bằng cách sử dụng loại enzyme cụ thể.

Hơn nữa, lò phản ứng hoạt động rất hiệu quả. Tốc độ sản xuất của lò hiệu quả gấp 100 lần so với các thiết bị sử dụng chất xúc tác khác chạy bằng năng lượng mặt trời. Bước tiếp theo nhóm nghiên cứu sẽ chế tạo lò phản ứng hiện đại hơn trong 5 năm tới để tạo ra các phân tử phức tạp hơn.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Synthesis.

Theo newatlas.com

7. Sybil: Trí tuệ nhân tạo mới có khả năng phát hiện sớm các dấu hiệu ung thư phổi

Mới đây, nhóm nghiên cứu tại Mỹ đã công bố công cụ AI mới tên là Sybil, có khả năng phát hiện sớm các dấu hiệu bệnh ung thư phổi với độ chính xác lên tới 94%. Sybil được kỳ vọng trở thành công cụ đắc lực giúp các bác sĩ chẩn đoán sớm căn bệnh quái ác này.

Nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học tại Trung tâm Ung thư Tổng quát Mass và Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge. Nhóm nhấn mạnh rằng Sybil sẽ là trợ lý đắc lực cho các bác sĩ trong việc phát hiện và điều trị sớm các bệnh ung thư, đặc biệt là ung thư phổi.

Nhóm nghiên cứu sắp đạt được điều được coi là một tiến bộ lớn trong sàng lọc ung thư phổi: Trí tuệ nhân tạo có thể phát hiện các dấu hiệu sớm của bệnh, đi trước các xét nghiệm chụp CT trong nhiều năm liền. 

Trong thử nghiệm mới đây, Sybil đã được chứng minh là có khả năng dự đoán chính xác từ 86-94% khả năng một người có mắc ung thư phổi trong năm 6 tới hay không.  

Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ hiện khuyến nghị những người trưởng thành có nguy cơ mắc bệnh ung thư phổi nên chụp CT liều thấp mỗi năm để sàng lọc bệnh. Tuy nhiên, ngay cả khi kiểm tra thường xuyên, đôi mắt của bác sĩ X quang lành nghề nhất cũng không thể phát hiện ra mọi thứ, và đó là lúc Sybil thể hiện giá trị của mình.

“Mắt thường không thể nhìn thấy mọi thứ. Trí tuệ nhân tạo mà chúng tôi phát triển đang xem xét quá trình quét theo một cách hoàn toàn khác so với cách nhìn của các bác sĩ X quang”, Tiến sĩ Lecia Sequist, bác sĩ chuyên khoa ung thư và là giám đốc chương trình của Phòng khám Chẩn đoán và Phát hiện Sớm Ung thư tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts chia sẻ.

Theo các chuyên gia, công cụ này có thể là một bước tiến nhảy vọt trong việc phát hiện sớm ung thư phổi, loại ung thư phổ biến thứ ba ở Hoa Kỳ. Theo Hiệp hội Ung thư Hoa Kỳ ước tính, trong năm 2023 sẽ có hơn 238.000 ca mắc ung thư phổi mới và hơn 127.000 ca tử vong.

Sybil hiện vẫn chưa được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt để sử dụng, công cụ AI này mới chỉ được sử dụng trên các thử nghiệm lâm sàng. Nếu được phê duyệt, Sybil có thể đóng một vai trò quan trọng và độc nhất trong việc chẩn đoán và phát hiện ung thư phổi 

Ảnh chụp CT phổi của cùng một bệnh nhân, được thực hiện cách nhau 2 năm

Hình ảnh phía trên là 2 ảnh chụp CT phổi của cùng một bệnh nhân, được thực hiện cách nhau hai năm. Trong lần quét bên trái, khu vực được đánh dấu màu đỏ là những gì Sybil đã phát hiện. Bản quét bên phải cho thấy những gì các bác sĩ X quang thấy hai năm sau đó.

Theo Tiến sĩ Florian Fintelmann, Sybil hoạt động dựa trên ảnh chụp CT phổi của bệnh nhân. Sau đó phân tích hình ảnh ba chiều, tìm kiếm các dấu hiệu bất thường xuất hiện trong phổi, và đưa ra các mô hình giả lập dựa vào phân tích trên, thậm chí phát hiện được những phiền toái khác mà các nhà khoa học chưa hiểu hết. 

Anant Madabhushi, giáo sư khoa kỹ thuật y sinh tại Trường Y Đại học Emory ở Atlanta cho biết, hiện có hơn 300 công cụ AI đã được FDA chấp thuận sử dụng trong X quang nhưng hầu hết chỉ được sử dụng để hỗ trợ các bác sĩ chẩn đoán và điều trị ung thư chứ không thể dự đoán nguy cơ mắc ung thư như Sybil. 

Sybil có thể phát hiện các dấu hiệu cho thấy ung thư có khả năng xuất hiện ở đâu, vì vậy các bác sĩ biết nơi họ cần chú ý và sau đó có thể phát hiện ra những tế bào ung thư càng sớm càng tốt.

Theo chia sẻ của Tiến sĩ Kim Sandler, phó giáo sư X quang tại Trung tâm Y tế Đại học Vanderbilt ở Nashville (Mỹ), bệnh nhân ung thư phổi có thể được điều trị dứt điểm tốt nhất nếu được phát hiện sớm. Nhưng có rất ít trường hợp bệnh như vậy xảy ra vì ung thư phổi chỉ được phát hiện qua chụp CT, ta không thể nhìn thấy hay sờ thấy chúng. Vào thời điểm các triệu chứng xuất hiện như ho dai dẳng hoặc khó thở, tế bào ung thư thường đã bắt đầu di căn và trở nên khó điều trị nhất.

Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sàng lọc bằng chụp CT liều thấp có thể giảm 24% nguy cơ tử vong do ung thư phổi, bởi vì chúng có thể giúp phát hiện ung thư sớm hơn. Nhưng Sybil có thể tăng tỷ lệ phát hiện sớm ung thư phổi cao hơn nhiều, kéo theo đó là tỷ lệ sống sót cũng được tăng lên. 

Sybil có thể đưa ra dự đoán liệu một người có bị ung thư phổi trong vòng 1 đến 6 năm tới hay không. Tiến sĩ Fintelmann cho biết thêm, đã có những trường hợp Sybil phát hiện ra các dấu hiệu của bệnh ung thư mà các bác sĩ X quang không phát hiện ra cho đến khi các nốt sần được nhìn thấy trên phim chụp CT nhiều năm sau đó. Tiến sĩ tin tưởng vào một tương lai trong đó công cụ AI sẽ giúp các bác sĩ X quang đưa ra các quyết định điều trị quan trọng, chứ không phải thay thế hoàn toàn các bác sĩ X quang.

Tuy nhiên, vẫn còn đó những lo ngại về AI, đặc biệt là về loại dữ liệu được sử dụng để đào tạo AI. “Rất nhiều dữ liệu đến từ các tổ chức y tế hoặc thử nghiệm lâm sàng không thuộc sở hữu của Hoa Kỳ,” giáo sư Madabhushi, thuộc Đại học Emory cho biết. Giáo sư cho rằng các công cụ AI không được phát triển theo cách phù hợp để giúp đỡ người da đen hay da nâu

Các nhà khoa học phát triển Sybil thừa nhận rằng dữ liệu được sử dụng để tạo nên Sybil không bao gồm “đủ bệnh nhân da đen hoặc gốc Tây Ban Nha”, điều này khiến khả năng ứng dụng rộng rãi của công cụ bị thu hẹp.

Năm 2022, FDA thông báo rằng họ sẽ sớm yêu cầu các nhà nghiên cứu và công ty muốn xin  phê duyệt các sản phẩm y tế phải đệ trình một kế hoạch đảm bảo tính đa dạng trong các thử nghiệm lâm sàng.

Theo sohuutritue.net

8. Một kỹ thuật tổng hợp mới tạo ra được lớp SiC cấu trúc tinh thể mạng tổ ong đơn lớp

Cacbua silic (SiC) là một hợp chất tinh thể cứng của silic và cacbon, cực hiếm xuất hiện trong tự nhiên và thường được sản xuất tổng hợp. Ngoài việc được sử dụng để tạo ra các tấm gốm, áo chống đạn và các sản phẩm thương mại khác, SiC còn là một chất bán dẫn, một vật liệu có độ dẫn điện vừa phải, nằm trong khoảng giữa chất dẫn điện và chất cách điện.

Các nhà vật lý và khoa học vật liệu đã nghiên cứu các tính chất của chất bán dẫn này trong nhiều thập kỷ. Giống như các vật liệu khác, SiC có thể tồn tại ở các dạng vật chất khác nhau và dạng 2D của nó cho đến nay vẫn khó nắm bắt và chủ yếu vẫn là giả thuyết.

Theo các dự đoán lý thuyết, dạng hình 2D của chất bán dẫn này có một khoảng cách dải trực tiếp lớn là 2,5 eV và độ linh hoạt hóa học cao, đồng thời sẽ ổn định trong điều kiện môi trường xung quanh. Tuy nhiên, cho đến nay, điều này vẫn chưa được chứng minh bằng thực nghiệm. Các nghiên cứu hiện tại chỉ báo cáo các sợi nano 2D SiC bị rối loạn.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Lund, Đại học Công nghệ Chalmers và Đại học Linköping gần đây đã tổng hợp được lớp SiC có cấu trúc tinh thể mạng tổ ong đơn lớp trên các màng cacbua kim loại chuyển tiếp siêu mỏng được đặt trên đế SiC.

Nghiên cứu của họ, được xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters, đưa ra một kỹ thuật đầy hứa hẹn cho sự tổng hợp trên diện rộng và từ dưới lên dạng thù hình khó nắm bắt của SiC.

Trao đổi với Phys.org, Craig Polley, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết: “Các cộng tác viên của chúng tôi quan tâm đến việc nghiên cứu màng mỏng cacbua kim loại chuyển tiếp trên chất nền SiC. Họ biết rằng, graphene có thể phát triển được nhờ các lớp phủ SiC nên họ hy vọng là có thể làm được điều này và tạo ra một lớp bọc graphene trên các màng cacbua kim loại”.

Polley và các đồng nghiệp của ông ban đầu đã cố gắng nghiên cứu các tính chất của lớp bọc graphene được hình thành trên các màng cacbua kim loại. Tuy nhiên, trong khi cố gắng mô tả các đặc tính của lớp này bằng kỹ thuật là ARPES (angle resolved photoemission spectroscopy), họ đã quan sát thấy quang phổ rất nổi bật và hấp dẫn không giống với quang phổ quan sát được trong graphene.

“Cuối cùng hóa ra là không có graphene trên các mẫu. Phải mất rất nhiều phép đo và tính toán trước khi chúng tôi có thể xác định được bề mặt bí ẩn này là gì, và chúng tôi rất ngạc nhiên khi hóa ra nó là SiC cấu trúc mạng tinh thể tổ ong”, Polley nói

Polley và các đồng nghiệp của ông vẫn chưa nắm được toàn bộ các chi tiết của quy trình làm nền tảng cho sự phát triển thành công của SiC cấu trúc mạng tinh thể tổ ong đơn lớp này. Tuy nhiên, họ đã xác định được một kỹ thuật cho phép có thể tổng hợp được nó.

Về cơ bản, kỹ thuật này đòi hỏi phải đặt một màng mỏng cacbua kim loại chuyển tiếp lên trên đế SiC. Khi lớp vật liệu này được ủ ở nhiệt độ đủ cao, SiC sẽ bị phân hủy, trong khi cacbua kim loại vẫn còn nguyên vẹn và các nguyên tử Si và C di chuyển lên bề mặt.

Polley giải thích, “Nếu ủ đủ nhiệt, các lá Si và C sẽ kết tinh lại thành graphene-và đây là một kỹ thuật nổi tiếng để phát triển các lớp graphene chất lượng cao trên SiC đơn giản. Nhưng ở điều kiện ủ thích hợp, Si và C hóa ra không chỉ tồn tại trên bề mặt mà còn kết tinh lại thành SiC mạng tinh thể hình tổ ong đơn lớp”.

Các nhà nghiên cứu cũng tiến hành các phân tích sâu hơn để chứng minh rằng bề mặt duy nhất mà họ quan sát được trên thực tế là pha 2D của SiC. Sau khi xác nhận điều này, họ đã nghiên cứu các đặc điểm của nó để xác thực các dự đoán lý thuyết trước đó. Thật thú vị, họ phát hiện ra rằng trong pha 2D này, SiC gần như phẳng và ổn định ở nhiệt độ cao (lên tới 1.200°C trong chân không).

Những đóng góp chính của nghiên cứu chính là việc khám phá ra một kỹ thuật tổng hợp mới và việc xác định được bề mặt SiC dạng tổ ong.

Mặc dù đây mới chỉ là bước đầu tiên trong cuộc điều tra thử nghiệm về đồng vị 2D của SiC. Sẽ cần thêm nhiều nghiên cứu nữa để tách hiệu quả phần lớp mà nhóm nghiên cứu quan sát được với chất nền bên dưới của nó. Tuy nhiên, kỹ thuật tổng hợp mà họ phát hiện ra là một cột mốc đáng chú ý mở đường cho mục tiêu này.

Theo phys.org

9. Máy ảnh công nghệ mới cho phép dự đoán thảm họa núi lửa phun trào

Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã phát triển một máy ảnh mới có thể đo lượng khí thải SO2 phát ra từ các núi lửa đang hoạt động, từ đó giúp dự đoán trước các hiểm họa núi lửa phun trào trong tương lai.

Máy ảnh đo nồng độ SO2 (lưu huỳnh điôxit) đã được thử nghiệm ngay trên các núi lửa ở Hawaii và Chile, và nghiên cứu này có thể mở đường cho việc dự đoán các thảm họa núi lửa phun trào trong tương lai. Trong những năm gần đây, hiện tượng núi lửa phun trào xảy ra thường xuyên hơn, thậm chí các nhà khoa học dự đoán các thảm họa núi lửa lớn có thể gây chết người và tàn phá toàn bộ hành tinh.

Giới khoa học cũng hy vọng các camera sẽ cung cấp dữ liệu chính xác để có thể giám sát hoạt động của các núi lửa dài hạn trong tương lai.

Các máy ảnh đo nồng độ SO2 mới hiệu quả hơn nhiều so với các máy ảnh tiền thân, giá thành cũng rẻ hơn và cho phép các nhà nghiên cứu quan sát khí thải từ núi lửa. Được biết, khí thải là dấu hiệu nhận biết hoạt động đang xảy ra bên dưới bề mặt núi lửa. Kiến thức này rất quan trọng trong việc theo dõi các mối nguy hiểm và dự đoán các vụ núi lửa phun trào có thể xảy ra.

Kể từ giữa những năm 2000, các nhà nghiên cứu núi lửa đã dựa vào máy ảnh SO2 cực tím để đo lượng khí thải. Tuy nhiên, những chiếc máy ảnh thời đó yêu cầu cường độ theo dõi liên tục và mức giá 16.000 bảng Anh (~470 triệu VNĐ) ở thời điểm đó là quá đắt đỏ. Mẫu máy ảnh mới chỉ có giá khoảng 4.046 bảng Anh (~120 triệu VNĐ) và tiêu tốn ít năng lượng hơn.

“Thiết bị của chúng tôi sử dụng một cảm biến khác với cảm biến máy ảnh của điện thoại thông minh, chúng cực kỳ nhạy cảm với tia cực tím để có thể phát hiện ra khí SO2. Chúng tôi cũng cung cấp phần mềm điều khiển miễn phí, dễ sử dụng để điều khiển thiết bị và xử lý dữ liệu thu được hiệu quả hơn’, Tiến sĩ Thomas Wilkes tại Đại học Sheffield kiêm tác giả chính của nghiên cứu chia sẻ.

Mức tiêu thụ điện của mẫu máy ảnh mới là khoảng 3,75W, ít hơn một nửa so với các máy ảnh trước đó. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng điều này đặc biệt có lợi ở những địa điểm có ít năng lượng mặt trời. Mẫu máy ảnh mới cũng có thể sử dụng năng lượng từ các tấm pin mặt trời, từ đó giảm chi phí tổng thể.

Các camera đã hoạt động liên tục ở núi lửa Lascar- một ngọn núi lửa dạng tầng ở dãy Andes của Chile và Kilauea và ở một núi lửa trên Big Island của Hawaii.

“Trước đây, chỉ có ba ngọn núi lửa được lắp đặt camera SO2 cố định. Các chiến dịch thực địa đã được thực hiện nhưng vẫn tương đối rời rạc. Điều quan trọng là phải theo dõi các hoạt động của núi lửa liên tục, vì nó có thể thay đổi đáng kể trong vài phút, hay trong hàng thập kỷ đến hàng thế kỷ và hơn thế nữa”, Tiến sĩ Wilkes cho biết.

Tuy nhiên, Tiến sĩ Wilkes và nhóm nghiên cứu cũng lưu ý rằng hạn chế lớn nhất của mẫu máy ảnh mới này nằm ở việc nó phụ thuộc đáng kể vào 'điều kiện khí tượng'. ‘Các máy ảnh hoạt động tốt nhất dưới bầu trời trong xanh khi luồng khí núi lửa di chuyển theo một góc 90 độ so với hướng nhìn của máy ảnh”, nhóm nghiên cứu chia sẻ.

Theo sohuutritue.net.vn

10. Phương pháp mới giúp biến đổi gen trong phổi

Từ trước đến nay, việc tìm ra phương pháp điều trị hiệu quả cho những bệnh phổi di truyền luôn là thách thức không nhỏ đối với nhân loại. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã tận dụng sự phát triển khoa học để chế tạo một loại hạt nano mới, có thể trực tiếp mang công nghệ chỉnh sửa gen vào phổi.

Messenger RNA (mRNA) là tác nhân trị liệu tương đối mới, đang được sử dụng để ngăn ngừa và điều trị một số bệnh di truyền. Chúng có chức năng mang thông tin di truyền và chỉ đạo các tế bào tạo ra protein. 

Tuy nhiên, để hoạt động hiệu quả trong cơ thể, mRNA cần một hệ thống phân phối ổn định, giúp ngăn chặn sự thoái hóa và cho phép xâm nhập vào tế bào, nhằm phân phối tải trọng thay đổi gen. 

Khoa học đã chứng minh các hạt nano là phương tiện hiệu quả để cung cấp mRNA. Mặc dù vậy, quá trình phân phối hạt nano của mRNA mang đến thách thức không nhỏ. 

Việc đưa mRNA đến đúng bộ phận cơ thể mà không ảnh hưởng đến các cơ quan khác có thể rất khó khăn

Theo nghiên cứu trước đây, phương pháp tiêm nano chỉ có hiệu quả khi hạt nano được bọc trong quả cầu lipid, để ngăn chặn sự thoái hóa của mRNA và cải thiện khả năng nhắm mục tiêu tế bào. Dựa vào thành tựu trên, mới đây, các nhà khoa học đến từ Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Trường Y thuộc Đại học Massachusetts đã phát triển một hạt nano lipid đầy hứa hẹn, nơi nó có thể cung cấp mARN biến đổi gen cho phổi.

Nhóm nghiên cứu chế tạo các hạt nano bao gồm một nhóm đầu tích điện dương, hỗ trợ tương tác với mRNA tích điện âm và một đuôi lipid dài, giúp đi qua màng tế bào vào trong tế bào. Họ đã thử nghiệm với 72 nhóm đầu và 10 đuôi lipid có cấu trúc hóa học khác nhau trước khi xác định cấu trúc hạt nano có thể đến được phổi.

Sau khi tìm thấy hạt nano lipid phù hợp, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm trên chuột. Kết quả cho thấy, hạt nano có thể đưa những thành phần chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 mã hóa mRNA vào phổi của động vật bằng phương pháp nhỏ thuốc vào khí quản, cho phép kiểm soát liều lượng tốt hơn so với hít vào.

CRISPR/Cas 9 được phân phối đã ngắt tín hiệu dừng mã hóa về mặt di truyền, kích hoạt gen cho protein huỳnh quang màu lục và cho phép xác định tỷ lệ thành công trong biểu hiện mRNA của tế bào phổi.

Sau một liều mRNA, khoảng 40% tế bào biểu mô phổi được thay thế. Hai liều mRNA đã tăng tỷ lệ lên hơn 50%, trong khi đó ba liều giúp tăng lên 60%. 

Bowen Li, tác giả chính của nghiên cứu nhấn mạnh: “Điều này cho thấy, các tế bào chúng tôi có thể chỉnh sửa đóng vai trò thiết yếu đối với bệnh phổi. Sử dụng lipid để đưa mRNA đến phổi hiệu quả hơn nhiều so với sử dụng bất kỳ hệ thống phân phối nào khác từ trước đến nay”.

Ứng dụng hạt nano lipid thay vì virus adeno (AAV), một phương tiện khác giúp cung cấp liệu pháp gen, mang lại lợi thế khác biệt. Chúng không tạo ra phản ứng miễn dịch trong cơ thể như AAV, vì vậy chúng ta có thể dùng nhiều liều trên một bệnh nhân nếu cần thiết.

Sự phát triển của hạt nano lipid được kỳ vọng sẽ “mở đường” cho phương pháp điều chỉnh đột biến gen gây ra bệnh xơ nang và một số bệnh phổi di truyền khác trong tương lai.

Các nhà khoa học đang tiếp tục làm cho hạt nano trở nên ổn định hơn, có thể được khí dung hóa và hít vào qua máy phun sương, để đưa trực tiếp vắc-xin mRNA vào phổi.

Theo sohuutritue.net