Trong 10 năm tới, những công nghệ nào sẽ đưa đến những thay đổi bản lề cho nhân loại? Tờ Technology Review vừa xếp hạng những công nghệ hàng đầu có khả năng thay đổi thế giới.

Kiểm tra sức khỏe “one touch”

Dịch vụ kiểm tra sức khỏe “một lần chạm” (one-touch) sử dụng các thiết bị di động có mặt mọi lúc mọi nơi hiện nay để kiểm tra sức khỏe của con người (ảnh 1). Ví dụ, sẽ có một ứng dụng smartphone phân tích các tín hiệu sinh học và lưu thông máu bằng cách gắn một mô-đun chẩn đoán dạng bản mỏng vào lòng bàn tay rồi kết nối nó trực tiếp với smartphone và gửi dữ liệu tới bác sĩ. Nhờ đó có thể chẩn đoán bệnh mọi lúc mọi nơi, rất tiện lợi. Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển của các thiết bị thông tin, loại máy tính bảng đa tính năng có thể cuộn lại được cũng sẽ sớm có mặt trên thị trường.

Nhiều chuyên gia dự đoán rằng đến năm 2020, các nước phát triển sẽ trở thành một xã hội già hóa dân số khi mà cứ 100 người thì có 16 người trên 65 tuổi. Tỷ lệ người già tăng sẽ khiến số người tới bệnh viện và chi phí y tế theo đó tăng lên. Công nghệ chẩn đoán bệnh từ xa sử dụng smartphone là một trong những giải pháp cho vấn đề này. Nhưng vẫn còn vấn đề quan trọng nữa, đó là công nghệ nào sẽ giúp đối phó với dịch bệnh?

Robot phát hiện tác nhân gây bệnh truyền nhiễm

Khi một căn bệnh truyền nhiễm xuất hiện sẽ mất rất nhiều thời gian chẩn đoán và chính việc chẩn đoán ấy cũng khá nguy hiểm. Vì thế, các nhà khoa học đang phát triển một hệ thống robot có thể thay thế các bác sĩ chẩn đoán và phân tích mầm bệnh. Thêm vào đó, các nhà khoa học hy vọng tìm thấy chất chống vi khuẩn mới có khả năng tiêu diệt được nhiều chủng vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh cũng như các tác nhân gây bệnh khác.

Ngoài những công nghệ được đề cập tới ở trên, công nghệ mã hóa lượng tử cho phép ngăn chặn tin tặc, những chiếc đèn LED rẻ và bền, chất tích trữ - hấp thụ CO2 và công nghệ khuếch đại DNA tại chỗ có thể xác định được sự xuất hiện của một căn bệnh nhờ thông tin DNA lấy ra từ máu. Hy vọng những công nghệ này sớm được thương mại hóa để mang tới những giải pháp hiệu quả, kinh tế cho hàng loạt các vấn đề trong tương lai (ảnh 2).

Tế bào nhân tạo

Việc thiết kế các bộ gen mới sẽ thúc đẩy việc sản xuất vaccin và vi khuẩn tạo nên nguồn năng lượng sinh học (ảnh 3).

Vi khuẩn lớn lên từ những khối nham thạch là những sinh vật sống đầu tiên từ phòng thí nghiệm của Daniel Gibson hoàn toàn có bộ gen nhân tạo. Bộ sưu tập các gen vi khuẩn được chỉnh sửa trên một chiếc máy vi tính và được sắp xếp lại bằng máy để tạo nên các đoạn gen từ hóa chất và nhờ tế bào nối những mảnh gen này lại với nhau. Gibson hy vọng có thể thiết kế và tái tạo toàn bộ hệ gen, thay vì chỉ các phân đoạn ADN ngắn. Điều này sẽ thúc đẩy tiến trình công nghệ vi khuẩn để sản xuất vaccin và nhiên liệu sinh học.

Việc tạo ra tế bào nhân tạo là một phần nỗ lực để thiết kế một “tế bào tối giản” chứa duy nhất một bộ gen cơ bản cần cho sự sống. Gibson và các đồng nghiệp của ông tại Viện Venter tin rằng các nhà sinh học tổng hợp có thể sử dụng các tế bào tối giản này làm cơ sở cho các tế bào sản xuất nhiên liệu sinh học, thuốc và các sản phẩm công nghiệp khác một cách hữu hiệu.

Giải mã gen ung thư

Elaine Mardis (Trường ĐH Washington, St. Louis, Mỹ) sắp xếp ADN của các tế bào ung thư đang đi đầu các phương pháp điều trị ung thư mới.

Elaine Mardis sử dụng việc sắp chuỗi gen để nghiên cứu các bộ gen tế bào mang bệnh.

Năm 2006, nhờ vào một chiếc máy có khả năng đọc ADN nhanh gấp hàng ngàn lần và ít tốn kém hơn nhiều được chuyển tới cơ sở của cô ở Trường ĐH Washington thuộc St. Louis, Eleine Mardis đã bắt đầu sử dụng nó để xếp chuỗi các mô ung thư, tìm ra các ADN bị khiếm khuyết về gen và gây ra ung thư. Sau 5 năm, cô và các đồng nghiệp đã xếp chuỗi thành công các mô ung thư và mô lành từ hàng trăm bệnh nhân và phát hiện ra hàng nghìn lỗi gen. Kết quả này đã mở ra chiều hướng điều trị ung thư mới. Tế bào ung thư phát triển khi trong các tế bào tích tụ các lỗi về gen khiến chúng phát triển và phân chia nhanh hơn tế bào thường. Việc phát hiện các thay đổi ADN có thể góp phần tiên lượng và xác định loại thuốc nào hiệu nghiệm cho bệnh nhân.

Năm 2008, Mardis và đội ngũ của cô đã xuất bản chuỗi của một bộ gen ung thư, nhờ vào so sánh ADN của tế bào lành và tế bào ung thư của một bệnh nhân bị ung thư tủy xương (AML). Nghiên cứu chỉ ra bệnh nhân bị lỗi ở một gen nào đó có thể thích hợp với ghép tủy xương hơn là hóa trị liệu truyền thống.

Hiện nay, chi phí xếp chuỗi ADN ngày càng giảm và tốc độ thì nhanh đáng kể. Mardis ước tính, việc xếp chuỗi các bộ gen từ một mô lành và mô ung thư của một bệnh nhân ngày nay chỉ mất khoảng 30.000 USD so với chi phí 1,6 triệu USD cho ca xếp chuỗi ung thư tủy xương đầu tiên trên thế giới. Công nghệ này hiện đang được ứng dụng trong ngành ung thư học rộng rãi hơn. Các nhóm nghiên cứu giờ đã xếp chuỗi bộ gen của vô số loại ung thư và qua đó, họ đề ra phác đồ điều trị cho bệnh nhân.

Chi phí xếp chuỗi gen giảm đồng nghĩa với việc Mardis có thể sử dụng công nghệ trong phát triển và thử nghiệm thuốc. Dự án mới đây của cô là thử nghiệm lâm sàng định giá liệu pháp hormon trong điều trị ung thư vú. Cô đã xây dựng một thống kê các gen ung thư phản ứng với thuốc ức chế enzym sản sinh ra estrogen, để từ đó xác định bệnh nhân có hợp thuốc hay không.

Theo Mardis, bước tiếp theo mà các nhà khoa học cần làm là hiểu được cơ chế lỗi gen đã kích hoạt ung thư thế nào, phần việc mà cô và những người khác đã chưa nhận diện ra.

Tách nhiễm sắc thể

Con chip nhiễm sắc thể: thiết bị có kích cỡ bằng một bao diêm này (ảnh 4) sử dụng các van, các kênh và các phòng siêu nhỏ để tách 23 bộ nhiễm sắc thể trong bộ gen người để có thể phân tích từng bộ gen một.

Stephen Quake, Trường ĐH Standford xác định sự biến thể giữa các cặp nhiễm sắc thể sẽ lập bản đồ gen chính xác hơn. Điều này rất hữu ích trong thử nghiệm và xác định thuốc điều trị cho bệnh nhân.

Biến thế thông minh

Phát minh của Alex Huang, Trường ĐH North Carolina, nhờ vào các dây dẫn bán dẫn có thể hoạt động trong điện áp cao, lập trình để chuyển hướng dòng điện phản ứng trước những dao động về cung và cầu. Alex Huang chỉnh sửa mạng lưới điện cũ kỹ thành một mạng lưới giống như internet, không chỉ truyền năng lượng từ trạm điện trung tâm tới khách hàng mà còn từ bất kể nguồn nào tới bất kể đích nào trong hệ thống. Biến thế thông minh của Alex sẽ giúp kết nối nguồn năng lượng từ các tấm thu năng lượng mặt trời vào mạng lưới điện và kết nối hệ thống điện với các phương tiện chạy bằng điện chỉ đơn giản như chúng ta cắm máy ảnh hay máy in vào máy tính mà thôi. Phát minh của Huang (ảnh 5) sẽ góp phần làm giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch, cho phép nguồn năng lượng sạch hơn gia nhập vào mạng lưới điện, để sử dụng nguồn năng lượng tái tạo và bền vững.