Với khát vọng đóng góp cho lĩnh vực y sinh hiện đại, nhóm sinh viên khóa QH-2021, QH-2022 Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội gồm Nguyễn Kiên, Phạm Tuấn Phong, Hoàng Nhật Minh và Dương Nhật Minh, dưới sự hướng dẫn của GS.TS Chử Đức Trình và ThS. Phan Hoàng Anh, đã nghiên cứu và chế tạo thành công chip vi lưu điều khiển vi giọt bằng DEP – một sản phẩm tiềm năng có thể ứng dụng trong chẩn đoán ung thư, phân tích hóa sinh và các hệ thống Lab-on-a-Chip thế hệ mới.

Dưới đây là cuộc trao đổi của các thành viên trong nhóm nghiên cứu xoay quanh ý tưởng, hành trình thực hiện và tiềm năng ứng dụng của đề tài.

Nhóm sinh viên khóa QH-2021, QH-2022 Khoa Điện tử viễn thông giành giải nhất tại hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học cấp Trường

Cơ duyên nào đưa nhóm nghiên cứu đến với đề tài “Nghiên cứu chip vi lưu điều khiển vi giọt bằng DEP ứng dụng phân tách và phân loại giọt chủ động”?

Nguyễn Kiên: Trong quá trình tham gia học tập và tìm hiểu các hướng nghiên cứu bộ môn Vi cơ điện tử và Vi hệ thống, các thành viên trong nhóm nghiên cứu đã có cơ hội được gặp gỡ, trao đổi với nhau. Sau khi các thành viên đều nhận thấy các kỹ thuật thao tác vi giọt hiện nay vẫn tồn tại nhiều hạn chế, như thiếu linh hoạt, yêu cầu bổ sung hạt từ hoặc chỉ thực hiện được một chức năng duy nhất. Điều này cản trở việc tích hợp vào các hệ thống Lab-on-a-Chip lớn. Xuất phát từ những thực tiễn đó, các thành viên gồm em cùng Phạm Tuấn Phong, Hoàng Nhật Minh và Dương Nhật Minh đã có chung những “tư tưởng lớn” và đề xuất hệ thống vi lưu mới sử dụng điện trường không đồng đều để điều khiển vi giọt, hướng đến việc phân loại và phân tách giọt chủ động chỉ với một cấu trúc điện cực duy nhất.

Phạm Tuấn Phong: Lý do chính các thành viên nhóm nghiên cứu chọn là vì phương pháp này mang lại tính đa năng vượt trội, cho phép điều khiển linh hoạt giữa hai chế độ chỉ bằng cách thay đổi điện áp đầu vào mà không cần thay đổi thiết kế. Đồng thời, hệ thống hoạt động trong kênh kín, không cần dùng hạt từ và có điện cực đặt bên ngoài kênh giúp đảm bảo tính toàn vẹn và tương thích sinh học cao cho các mẫu nhạy cảm như tế bào. Chính vì những ưu điểm này, nhóm nghiên cứu tin rằng hệ thống có tiềm năng lớn trong các ứng dụng thực tế như phân lập tế bào đơn, từ đó thúc đẩy nghiên cứu của đề tài.

Các thành viên nhóm nghiên cứu bắt đầu làm việc cùng nhau từ khi nào và các bạn kết nối với nhau ra sao?

Phạm Tuấn Phong: Các thành viên trong nhóm nghiên cứu bắt đầu làm việc với nhau từ tháng 4/2024. Với quá trình thực hành và nghiên cứu tại phòng thí nghiệm bộ môn Vi cơ điện tử và Vi hệ thống nên các thành viên có những điểm chung về sở thích nghiên cứu, cũng như thế mạnh trong lĩnh vực chip. Sau đó, với sự dẫn dắt của GS.TS Chử Đức Trình và được kết nối bởi ThS. Phan Hoàng Anh, nhóm đã xây dựng được một nhóm nghiên cứu gồm 4 thành viên từ hai khóa khác nhau, trong đó có hai thành viên đang học chung ngành Kỹ thuật máy tính.

Dương Nhật Minh: Đề tài có ý nghĩa rất lớn và hướng tới các ứng dụng cụ thể trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y sinh và hóa học phân tích. Mục đích chính của đề tài là tạo ra một công cụ linh hoạt, chính xác và hiệu quả để thao tác các thể tích chất lỏng siêu nhỏ. Về ứng dụng, chip có thể dùng trong:

– Phân lập và sàng lọc tế bào đơn, ví dụ như tế bào ung thư tuần hoàn từ máu;

– Nền tảng cho các hệ thống Lab-on-a-Chip (LoC): sản phẩm như một module chức năng được tích hợp vào hệ thống LoC để tự động hóa xét nghiệm, giúp giảm thời gian phân tích, tiết kiệm chi phí, hóa chất và tăng độ chính xác;

– Nghiên cứu dược phẩm, hóa sinh: Mỗi vi giọt có thể được xem như một “buồng phản ứng” siêu nhỏ. Con chip này cho phép tạo ra hàng ngàn giọt như vậy để tiến hành các thí nghiệm song song;

– Tạo giọt siêu nhỏ đáp ứng yêu cầu phân tích độ chính xác cao.

Sinh viên Phạm Tuấn Phong đang trình bày tại hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học cấp Trường

Đề tài của nhóm nghiên cứu có những điểm mạnh so với các nghiên cứu khác như thế nào?

Nguyễn Kiên: Ưu điểm lớn nhất của nghiên cứu là tích hợp được cả phân loại và phân tách giọt chủ động trên cùng một con chip – điều mà nhiều nghiên cứu trước chưa đạt được. Nhờ thiết kế điện cực tối ưu, chip đạt hiệu suất cao, giá thành rẻ và dễ sản xuất. Đặc biệt, nghiên cứu này đã được tạp chí khoa học Q1 quốc tế công nhận – là sự ghi nhận quan trọng cho nỗ lực của nhóm.

Hoàng Nhật Minh: Với những lợi thế về kiến thức, kỹ năng học tập tại Trường đã giúp chúng em “ăn ý” trong từng giai đoạn của quá trình nghiên cứu. Điều đó trở thành một trong những lợi thế giúp chúng em đã chế tạo thành công một con chip vi lưu hoàn chỉnh, tích hợp điện cực vàng trên đế thủy tinh và vật liệu PDMS. Chip có thể điều khiển, phân loại và phân tách vi giọt bằng trường điện một chiều. Sản phẩm đã được thử nghiệm thành công tại phòng thí nghiệm.

Sản phẩm chip vi lưu hoàn chỉnh

Sau quá trình nghiên cứu khoa học, các thành viên trong nhóm nghiên cứu đã trưởng thành như thế nào trong kỹ năng và kiến thức chuyên môn?

Phạm Tuấn Phong: Ban đầu các thành viên trong nhóm nghiên cứu chỉ nghĩ đơn giản là tham gia nghiên cứu khoa học để củng cố, trau dồi thêm kiến thức và phát triển kỹ năng mềm. Nhưng trải qua nhiều giai đoạn trong quá trình nghiên cứu, từ lúc đưa ra đề xuất ý tưởng rồi trải qua nhiều thử thách trong quá trình nghiên cứu và cuối cùng tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh đã khiến cả 4 thành viên trở nên đam mê nghiên cứu lúc nào không hay. Mỗi lần thí nghiệm thành công giống như chinh phục một “ngọn núi kiến thức” và mở ra thêm chân trời mới để khám phá. Chúng em không chỉ học được nhiều kỹ năng, mà còn hiểu thế nào là sự kiên trì, trách nhiệm và tinh thần đồng đội.

Sau nhiều trải nghiệm thất bại rồi thành công, chúng em không chỉ học được cách làm nghiên cứu, mà còn yêu thích việc làm nghiên cứu. Đó là hành trình khám phá, đổi mới và không ngừng vượt qua giới hạn của bản thân.

Hoàng Nhật Minh: Trong quá trình nghiên cứu, khó khăn mà các thành viên gặp phải không ít nhưng có lẽ quy trình thao tác ở quy mô vi mô đòi hỏi độ chính xác cao, rất dễ sai lệch trong các thí nghiệm, đã khiến cho các thành viên nhiều lần muốn bỏ cuộc. Ngoài ra, vào thời điểm bạn Nguyễn Kiên với vai trò trưởng nhóm sang Đài Loan học tập ngắn hạn, đã làm khối lượng công việc của ba người còn lại tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, dù ở Đài Loan nhưng Nguyễn Kiên vẫn hỗ trợ các thành viên nên nhóm có thể duy trì tiến độ và hoàn thành các mốc quan trọng.

Một lợi thế nữa mà nhóm nghiên cứu phải kể đến chính là sự hướng dẫn sát sao từ GS.TS Chử Đức Trình và ThS. Phan Hoàng Anh, đặc biệt là những lần thất bại trong thao tác thí nghiệm. Hai thầy luôn kịp thời động viên, khích lệ và truyền thêm động lực để các thành viên trong nhóm không bỏ cuộc. Chính sự tin tưởng, động viên của hai thầy là một trong những yếu tố quan trọng và trở thành động lực giúp nhóm nghiên cứu tự tin hơn khi đối mặt với các thử thách trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất.

Hai thành viên của nhóm nghiên cứu gồm Dương Nhật Minh và Hoàng Nhật Minh đang thực hiện thí nghiệm tại phòng nghiên cứu của khoa Điện tử Viễn thông

Trong thời gian tới,  nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục phát triển đề tài này như thế nào?

Nguyễn Kiên: Để tiếp tục phát triển đề tài và có thể tranh tài tại các cuộc thi cấp cao hơn,  các thành viên quyết định sẽ phát triển đề tài theo hai hướng. Thứ nhất là, hoàn thiện công nghệ bằng việc tối ưu hóa thiết kế để mở rộng dải điện áp, phân loại đa giọt và điều khiển đồng đều kích thước giọt con; chuyển từ thử nghiệm trên hạt nhựa sang các đối tượng sinh học thực tế như tế bào, hướng tới ứng dụng chẩn đoán y sinh, đặc biệt là sàng lọc ung thư sớm. Thứ hai là, thực tiễn hóa sản phẩm với mục tiêu xa hơn là phát triển chip thành module chức năng tích hợp vào hệ Lab-on-a-Chip hoàn chỉnh.

Dương Nhật Minh: Nghiên cứu khoa học không chỉ là làm thí nghiệm hay viết báo cáo, mà còn là hành trình vượt giới hạn bản thân. Với các bạn sinh viên khóa sau, chúng tôi mong các bạn hãy mạnh dạn bước vào con đường này – nơi đam mê và tinh thần học hỏi chính là chìa khóa để khám phá thế giới tri thức.

Cảm ơn nhóm nghiên cứu và chúc các bạn tiếp tục thành công trên hành trình khoa học của mình!

(UET-News)