Mỗi loạiung thư được phân loại dựa trên vị trí xuất hiện, loại tế bào bị ảnh hưởng, và các đột biến ditruyền đặc thù [1].Ung thư phát triển từ các đột biến trong DNA của tế bào, thường l
Trang 1B KHOA H C VÀ CÔNG NGH Ộ Ọ Ệ CHƯƠNG TRÌNH PHÁT TRIỂN VẬT LÝ GIAI ĐOẠN 2021 -
2025
- -Đ TÀI Ề NGHIÊN C U PHÁT TRI N THI T B LAB ON A CHIP (LOC) PHÁT Ứ Ể Ế Ị
HI N VÀ Đ NH L Ệ Ị ƯỢ NG NHANH T BÀO UNG TH PH I D A TRÊN Ế Ư Ổ Ự
Trang 2B KHOA H C VÀ CÔNG NGH Ộ Ọ Ệ CHƯƠNG TRÌNH PHÁT TRIỂN VẬT LÝ GIAI ĐOẠN 2021 -
2025
- -Đ TÀI Ề NGHIÊN C U PHÁT TRI N THI T B LAB ON A CHIP (LOC) PHÁT Ứ Ể Ế Ị
HI N VÀ Đ NH L Ệ Ị ƯỢ NG NHANH T BÀO UNG TH PH I D A TRÊN Ế Ư Ổ Ự
Vi ch t o d a trên công ngh MEMS ế ạ ự ệ
NG ƯỜ I VI T BÁO CÁO Ế CH NHI M Đ TÀI Ủ Ệ Ề C QUAN CH QU N Ơ Ủ Ả
Nguy n Thu H ng ễ ằ GS.TS Ch Đ c Trình ử ứ
HÀ N I, NĂM 2024 Ộ
Trang 3MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC HÌNH VẼ ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii
1 TỔNG QUAN 1
1.1 Giới thiệu tổng quan 1
1.2 Một số phương pháp phát hiện và đếm tế bào dựa trên nền tảng vi lưu.2 1.3 Phương pháp đo dòng tế bào học trở kháng (IFC) 3
2 LÝ THUYẾT VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO 7
2.1 Phương pháp nghiên cứu 7
2.1.1 Lý thuyết cảm biến trở kháng 7
2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 8
2.1.3 Mô hình quả cầu đơn 9
2.2 Phương pháp chế tạo 10
3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 12
TÀI LIỆU THAM KHẢO 13
Trang 4DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1 Sơ đồ thiết kế của một thiết bị đo trở kháng trở kháng điển hình được sửdụng để phân tích tế bào đơn [4] 2Hình 2 Sơ đồ thiết bị đo trở kháng vi điện với điện cực vàng tích hợp vào mộtkênh vi lỏng [36] 5Hình 3 (a) Sơ đồ thể hiện một hạt chảy qua một chip trở kháng vi ba điện cực
và một tín hiệu trở kháng điển hình cho một hạt duy nhất (b) Các thành phần điện tửphụ cho thấy các phần kích thích, khuếch đại và giải điều chế của mạch phát hiện tần
số hỗn hợp [37] 6Hình 4 Mô hình quả cầu đơn 9Hình 5 Qui trình chế tạo cấu trúc vi điện cực với cấu trúc vi kênh 11
Trang 5DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
MEMS Microelectromechanical systems Hệ thống vi cơ điện tử
Trang 61 TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về ung thư
Ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn cầu, với tỷ lệmắc bệnh ngày càng gia tăng Đây là một nhóm các bệnh liên quan đến sự tăng trưởng khôngkiểm soát của tế bào, dẫn đến hình thành các khối u (trừ một số ung thư máu không tạo thànhkhối u) và xâm lấn các mô xung quanh hoặc di căn đến các bộ phận khác của cơ thể Mỗi loạiung thư được phân loại dựa trên vị trí xuất hiện, loại tế bào bị ảnh hưởng, và các đột biến ditruyền đặc thù [1].Ung thư phát triển từ các đột biến trong DNA của tế bào, thường là do tácđộng của các yếu tố môi trường như hóa chất, bức xạ, hoặc lối sống không lành mạnh Độtbiến này làm thay đổi cơ chế kiểm soát sự phát triển và phân chia tế bào, khiến các tế bào ungthư có khả năng phát triển nhanh chóng mà không bị ức chế Khi ung thư tiếp tục phát triển,
nó có thể xâm lấn các mô lân cận hoặc lan truyền qua hệ thống bạch huyết hoặc máu đến các
bộ phận khác của cơ thể – quá trình này được gọi là di căn [2] Di căn là nguyên nhân chínhgây tử vong ở bệnh nhân ung thư, do nó ảnh hưởng đến nhiều cơ quan quan trọng như gan,phổi, xương, và não [3]Có nhiều loại ung thư, nhưng các loại phổ biến nhất bao gồm ung thưphổi, ung thư vú, ung thư đại trực tràng, ung thư tuyến tiền liệt, và ung thư dạ dày [4] Trong
số đó, ung thư phổi là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu, đặc biệt là ở nam giới, và chủ yếuliên quan đến thói quen hút thuốc lá [5] Ung thư vú là loại ung thư phổ biến nhất ở phụ nữ,
và yếu tố nguy cơ bao gồm tuổi tác, tiền sử gia đình, và đột biến gen BRCA1 và BRCA2[6].Ngoài ra, các yếu tố nguy cơ phổ biến đối với ung thư bao gồm di truyền, tuổi tác, tiếpxúc với tác nhân gây ung thư (carcinogens), lối sống không lành mạnh, chế độ ăn uống khôngcân đối, và ít hoạt động thể chất Đặc biệt, hút thuốc lá và uống rượu bia quá mức là nhữngyếu tố nguy cơ lớn đối với nhiều loại ung thư [7] Việc chẩn đoán sớm ung thư đóng vai tròquan trọng trong việc nâng cao tỷ lệ sống sót Các phương pháp chẩn đoán phổ biến bao gồmchụp X-quang, siêu âm, cộng hưởng từ (MRI), và sinh thiết tế bào [8] Gần đây, các xétnghiệm gen và công nghệ giải trình tự gen đã trở thành công cụ quan trọng để xác định cácđột biến gen đặc thù liên quan đến từng loại ung thư, giúp cá nhân hóa phương pháp điều trị[9] Phương pháp điều trị ung thư bao gồm phẫu thuật, xạ trị, hóa trị và các liệu pháp nhắmmục tiêu (targeted therapies) Hóa trị sử dụng các loại thuốc để tiêu diệt tế bào ung thư, trongkhi xạ trị sử dụng bức xạ ion hóa để phá hủy DNA của các tế bào ung thư [10] Phương phápđiều trị nhắm mục tiêu đang trở thành xu hướng mới, với các loại thuốc chỉ tấn công các tếbào ung thư mà không gây tổn hại nghiêm trọng đến các tế bào khỏe mạnh xung quanh [11].Ngoài ra, liệu pháp miễn dịch (immunotherapy) cũng đang được nghiên cứu và áp dụng rộngrãi, nhằm kích hoạt hệ miễn dịch của cơ thể tấn công tế bào ung thư [12].Việc thay đổi lốisống có thể giúp giảm nguy cơ mắc nhiều loại ung thư Một số biện pháp dự phòng bao gồmduy trì cân nặng hợp lý, thực hiện chế độ ăn uống lành mạnh với nhiều rau củ quả, tập thểdục thường xuyên, hạn chế hút thuốc lá và uống rượu bia [13] Ngoài ra, việc tiêm vắc-xinphòng ngừa virus gây ung thư, chẳng hạn như virus HPV và virus viêm gan B, cũng đã chothấy hiệu quả trong việc giảm tỷ lệ mắc một số loại ung thư nhất định, như ung thư cổ tử
Trang 7không ngừng tiến bộ Việc hiểu rõ hơn về sinh học của ung thư đã mở ra nhiều hướng mớitrong điều trị, đặc biệt là các phương pháp điều trị cá nhân hóa và liệu pháp gen Các nghiêncứu về chất chỉ điểm sinh học (biomarkers) cũng đã giúp cải thiện khả năng chẩn đoán sớm
và dự đoán hiệu quả điều trị [15].Cùng với đó, sự phát triển của công nghệ như trí tuệ nhântạo (AI) và học máy (machine learning) đang hỗ trợ việc phân tích dữ liệu y tế một cách hiệuquả hơn, giúp bác sĩ có thêm công cụ để ra quyết định điều trị tốt hơn [16] Các hệ thốngthông minh này có khả năng dự đoán các biến đổi di truyền của ung thư và đề xuất các phác
đồ điều trị tối ưu, góp phần giảm thiểu tỷ lệ tử vong và nâng cao chất lượng cuộc sống chobệnh nhân [17].Ung thư là một vấn đề y tế toàn cầu với tác động sâu rộng đến cuộc sống củahàng triệu người Mặc dù các phương pháp điều trị ung thư đang ngày càng phát triển, việc
dự phòng và phát hiện sớm vẫn là cách hiệu quả nhất để giảm tỷ lệ tử vong Sự kết hợp giữalối sống lành mạnh, tiêm vắc-xin và công nghệ y học tiên tiến sẽ tiếp tục là chìa khóa trongcuộc chiến chống lại căn bệnh này [18]
1.2 Tổng quan về ung thư phổi
Ung thư phổi là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn cầu,chiếm khoảng 18,4% các ca tử vong do ung thư [19] Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO),mỗi năm có hơn 2 triệu người được chẩn đoán mắc bệnh ung thư phổi và hơn 1,7 triệu người
tử vong do căn bệnh này Ung thư phổi thường được phát hiện muộn do các triệu chứng banđầu không rõ ràng, dẫn đến việc điều trị gặp nhiều khó khăn và tỷ lệ sống sót thấp [20] Điềunày nhấn mạnh tầm quan trọng của việc phát hiện sớm và nâng cao nhận thức về các yếu tốnguy cơ dẫn đến bệnh
Có hai loại ung thư phổi chính là ung thư phổi không tế bào nhỏ (non-small cell lungcancer - NSCLC) và ung thư phổi tế bào nhỏ (small cell lung cancer - SCLC) NSCLC chiếmkhoảng 85% các ca ung thư phổi, trong khi SCLC chỉ chiếm khoảng 15% nhưng lại phát triển
và di căn nhanh hơn [21]
Nguyên nhân chính của ung thư phổi là việc hút thuốc lá, chiếm khoảng 85% các camắc bệnh Hút thuốc lá làm tăng nguy cơ phát triển ung thư phổi lên gấp nhiều lần so vớinhững người không hút thuốc [5] Khói thuốc chứa hơn 7.000 chất hóa học, trong đó cókhoảng 70 chất có khả năng gây ung thư Ngoài việc hút thuốc chủ động, hút thuốc lá thụđộng (passive smoking) cũng là một yếu tố nguy cơ lớn, đặc biệt là trong môi trường gia đình
và nơi làm việc [22]
Bên cạnh đó, tiếp xúc với các yếu tố môi trường như amiăng (asbestos), radon, ô nhiễmkhông khí, và các hóa chất công nghiệp cũng làm tăng nguy cơ mắc ung thư phổi Đặc biệt,việc tiếp xúc với khí radon, một loại khí phóng xạ tự nhiên có thể xâm nhập vào nhà ở quanền đất, đã được chứng minh là nguyên nhân chính gây ung thư phổi cho những người khônghút thuốc [23]
Yếu tố di truyền cũng đóng vai trò quan trọng trong nguy cơ mắc bệnh ung thư phổi.Một số người có đột biến di truyền có nguy cơ cao hơn trong việc phát triển căn bệnh này,
Trang 8thư phổi thường không rõ ràng ở giai đoạn đầu, dẫn đến việc chẩn đoán thường bị chậm trễ.Tuy nhiên, khi bệnh tiến triển, các triệu chứng có thể bao gồm ho dai dẳng, đau ngực, khóthở, ho ra máu, sụt cân không rõ nguyên nhân, và cảm giác mệt mỏi Đôi khi, ung thư phổi cóthể được phát hiện ngẫu nhiên thông qua các xét nghiệm hình ảnh như chụp X-quang hoặc
CT khi bệnh nhân đi khám vì các vấn đề sức khỏe khác
Sự xuất hiện của các triệu chứng như ho ra máu hoặc đau ngực dữ dội có thể là dấuhiệu bệnh đã tiến triển đến giai đoạn muộn và di căn sang các cơ quan khác như gan, xương,não Chính vì vậy, việc phát hiện bệnh ở giai đoạn sớm là yếu tố quan trọng giúp cải thiệntiên lượng sống sót của bệnh nhân.Chẩn đoán ung thư phổi bao gồm nhiều phương pháp khácnhau, từ các xét nghiệm hình ảnh như chụp X-quang ngực, chụp cắt lớp vi tính (CT), đến cácphương pháp xâm lấn hơn như sinh thiết (biopsy) Chụp X-quang ngực là xét nghiệm hìnhảnh thường được sử dụng đầu tiên khi có nghi ngờ ung thư phổi, trong khi CT cung cấp hìnhảnh chi tiết hơn và có thể phát hiện những khối u nhỏ hơn
Sinh thiết phổi, qua phương pháp nội soi phế quản hoặc chọc hút kim, là cách thức chắcchắn để xác định bản chất ác tính của các khối u Sau khi xác nhận ung thư, việc phân loạibệnh rất quan trọng để xác định phương pháp điều trị Hệ thống phân loại theo giai đoạnTNM (Tumor, Nodes, Metastasis) thường được sử dụng để đánh giá mức độ tiến triển củabệnh
Điều trị ung thư phổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại ung thư, giai đoạn pháthiện, tình trạng sức khỏe tổng quát của bệnh nhân và các đột biến gen có liên quan Cácphương pháp điều trị chính bao gồm phẫu thuật, hóa trị, xạ trị và liệu pháp nhắm đích(targeted therapy) [24]
Phẫu thuật thường được sử dụng trong các trường hợp ung thư phổi ở giai đoạn đầu vàkhi khối u còn giới hạn trong phổi Mục tiêu của phẫu thuật là cắt bỏ toàn bộ khối u cùng với
một phần mô phổi xung quanh Hóa trị và xạ trị thường được sử dụng kết hợp để tiêu diệt tế
bào ung thư còn sót lại sau phẫu thuật hoặc trong các trường hợp bệnh đã lan rộng
Liệu pháp nhắm đích, một trong những tiến bộ mới nhất trong điều trị ung thư phổi, sửdụng các loại thuốc có khả năng nhắm đến các đột biến gen đặc biệt liên quan đến sự pháttriển của ung thư Ví dụ, đột biến trong gen EGFR hoặc sự sắp xếp lại gen ALK có thể đượcđiều trị bằng các loại thuốc nhắm trúng đích như erlotinib hoặc crizotinib Tiên lượng củabệnh nhân ung thư phổi phụ thuộc nhiều vào giai đoạn phát hiện bệnh Ở giai đoạn sớm, khikhối u còn giới hạn trong phổi, tỷ lệ sống sót sau 5 năm có thể đạt đến 55% đối với NSCLC
và 30% đối với SCLC [1].Tuy nhiên, khi ung thư phổi đã di căn, tỷ lệ sống sót sau 5 nămgiảm đáng kể, chỉ còn khoảng 5-10%
Mặc dù tỷ lệ sống sót chung của ung thư phổi thấp, nhưng những tiến bộ trong pháthiện sớm và điều trị cá nhân hóa đang giúp cải thiện tiên lượng cho một số bệnh nhân Cácchương trình sàng lọc ung thư phổi, như chụp CT liều thấp ở những người có nguy cơ cao(như những người hút thuốc), đã được chứng minh là làm giảm tỷ lệ tử vong do ung thư phổi.Phòng ngừa ung thư phổi chủ yếu tập trung vào việc loại bỏ các yếu tố nguy cơ, đặc biệt là
Trang 9lại lợi ích lớn cho sức khỏe tổng quát Các chương trình giáo dục cộng đồng và chính sáchchống hút thuốc đã giúp giảm tỷ lệ hút thuốc và do đó, giảm số ca ung thư phổi ở nhiều quốcgia.
Ngoài ra, việc giảm tiếp xúc với các tác nhân gây ung thư như khí radon, amiăng, và ônhiễm không khí cũng đóng vai trò quan trọng trong phòng ngừa ung thư phổi Một số biệnpháp phòng ngừa khác bao gồm duy trì lối sống lành mạnh, bao gồm chế độ ăn uống giàu tráicây và rau quả, tập thể dục thường xuyên và kiểm tra sức khỏe định kỳ
Ung thư phổi là một trong những loại ung thư phổ biến và nguy hiểm nhất trên toàn thếgiới Đây là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong liên quan đến ung thư ở cả nam và nữ, với số
ca tử vong hàng năm vượt qua tổng số của ung thư vú, ung thư tuyến tiền liệt và ung thư đạitrực tràng cộng lại Dưới đây là tổng quan chi tiết về ung thư phổi, từ định nghĩa, nguyênnhân, triệu chứng, đến chẩn đoán và phương pháp điều trị
Ung thư phổi là sự tăng trưởng không kiểm soát của các tế bào bất thường trong phổi.Các tế bào này có khả năng xâm nhập vào các mô xung quanh và lan truyền đến các cơ quankhác trong cơ thể (di căn) Ung thư phổi chủ yếu được chia thành hai loại chính:
Ung thư phổi không tế bào nhỏ (Non-Small Cell Lung Cancer, NSCLC): Chiếm
khoảng 85% các trường hợp ung thư phổi Đây là một nhóm các loại ung thư khác nhau, bao gồm ung thư biểu mô tuyến (adenocarcinoma), ung thư biểu mô vảy
(squamous cell carcinoma), và ung thư tế bào lớn (large cell carcinoma)
Ung thư phổi tế bào nhỏ (Small Cell Lung Cancer, SCLC): Chiếm khoảng 10-15%
các trường hợp ung thư phổi Loại ung thư này phát triển nhanh và có khả năng lan truyền sớm đến các cơ quan khác
Nguyên nhân chính của ung thư phổi là việc tiếp xúc với các yếu tố gây ung thư, trong
đó phổ biến nhất là hút thuốc lá Theo ước tính, khoảng 85% trường hợp ung thư phổi liênquan đến việc hút thuốc lá, bao gồm cả hút thuốc chủ động và hút thuốc thụ động Các yếu tốnguy cơ khác bao gồm:
Hút thuốc lá: Là yếu tố nguy cơ lớn nhất Người hút thuốc có nguy cơ mắc ung thư
phổi cao hơn người không hút thuốc gấp nhiều lần, và thời gian hút thuốc càng dài, nguy cơ càng cao Dù vậy, người không hút thuốc cũng có thể mắc bệnh, đặc biệt là những người sống trong môi trường bị ô nhiễm hoặc tiếp xúc với khói thuốc lá
Tiếp xúc với amiăng: Amiăng là một chất gây ung thư được tìm thấy trong một số
vật liệu xây dựng và công nghiệp Những người tiếp xúc lâu dài với amiăng có nguy
cơ cao mắc ung thư phổi
Ô nhiễm không khí: Tiếp xúc lâu dài với không khí ô nhiễm, đặc biệt là từ các khí
thải công nghiệp và phương tiện giao thông, cũng là một yếu tố nguy cơ gây ung thư phổi
Yếu tố di truyền: Mặc dù không phổ biến, một số người có tiền sử gia đình mắc ung
thư phổi cũng có nguy cơ mắc bệnh cao hơn.Ung thư phổi thường không gây ra triệu chứng rõ ràng trong giai đoạn đầu Tuy nhiên, khi bệnh tiến triển, một số triệu chứng
Trang 10 Ho kéo dài: Đặc biệt là ho không giảm hoặc ho ra máu.
Khó thở: Cảm giác khó thở hoặc thở khò khè.
Đau ngực: Đau âm ỉ hoặc nhói ở ngực, thường xuất hiện khi hít thở sâu, ho
hoặc cười
Sút cân không rõ nguyên nhân: Mất cân đột ngột mà không có lý do rõ ràng.
Mệt mỏi: Cảm giác mệt mỏi kéo dài và không có năng lượng.
Chẩn đoán ung thư phổi thường bao gồm nhiều bước khác nhau, từ khám lâm sàng đến cácxét nghiệm hình ảnh và sinh thiết Các phương pháp chẩn đoán phổ biến bao gồm:
Chụp X-quang phổi: Đây là xét nghiệm hình ảnh đơn giản và thường được sử dụng
để phát hiện các khối u trong phổi Tuy nhiên, phương pháp này có thể không phát hiện được các khối u nhỏ hoặc ở giai đoạn đầu
Chụp cắt lớp vi tính (CT scan): CT scan cung cấp hình ảnh chi tiết hơn so với
X-quang, giúp phát hiện các khối u nhỏ và xác định kích thước cũng như vị trí của chúng
Sinh thiết: Đây là phương pháp chẩn đoán chính xác nhất, trong đó một mẫu mô phổi
được lấy ra và kiểm tra dưới kính hiển vi để xác định sự hiện diện của tế bào ung thư.Phương pháp điều trị ung thư phổi phụ thuộc vào loại ung thư, giai đoạn bệnh, và tìnhtrạng sức khỏe của bệnh nhân Các phương pháp điều trị chính bao gồm:
Phẫu thuật: Phẫu thuật thường được áp dụng cho các trường hợp ung thư phổi không
tế bào nhỏ giai đoạn sớm, khi khối u vẫn còn giới hạn trong phổi và chưa lan sang các
cơ quan khác Bác sĩ sẽ loại bỏ phần phổi bị ảnh hưởng hoặc toàn bộ phổi nếu cần thiết
Xạ trị: Xạ trị sử dụng tia bức xạ để tiêu diệt tế bào ung thư Phương pháp này có thể
được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với phẫu thuật và hóa trị để tiêu diệt các tế bào ung thư còn sót lại sau phẫu thuật hoặc kiểm soát sự lan rộng của bệnh
Hóa trị: Hóa trị sử dụng các loại thuốc chống ung thư để tiêu diệt tế bào ung thư hoặc
ngăn chặn sự phát triển của chúng Hóa trị có thể được sử dụng trước hoặc sau phẫu thuật, hoặc trong các trường hợp ung thư đã di căn
Liệu pháp miễn dịch: Đây là phương pháp điều trị mới nổi, trong đó hệ miễn dịch
của bệnh nhân được kích thích để chống lại ung thư Liệu pháp miễn dịch thường được sử dụng cho các bệnh nhân bị ung thư phổi không tế bào nhỏ giai đoạn muộn hoặc khi các phương pháp điều trị khác không còn hiệu quả
Liệu pháp nhắm mục tiêu: Liệu pháp này sử dụng các loại thuốc nhắm vào các
protein hoặc gen cụ thể trong tế bào ung thư để ngăn chặn sự phát triển và lan truyền của chúng Điều này giúp giảm tác dụng phụ so với hóa trị truyền thống
Tiên lượng của bệnh nhân ung thư phổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại ungthư, giai đoạn bệnh, và khả năng đáp ứng với điều trị Thông thường, tỷ lệ sống sót sau 5 nămcủa bệnh nhân ung thư phổi là rất thấp, đặc biệt là đối với những bệnh nhân mắc ung thư phổi
tế bào nhỏ, do bệnh thường được phát hiện ở giai đoạn muộn Tuy nhiên, với sự phát triểncủa các phương pháp điều trị mới như liệu pháp miễn dịch và liệu pháp nhắm mục tiêu, tiênlượng của bệnh nhân ung thư phổi đang được cải thiện Phòng ngừa ung thư phổi chủ yếu dựa
Trang 11vào việc giảm thiểu các yếu tố nguy cơ đã biết, đặc biệt là việc ngừng hút thuốc Các biệnpháp phòng ngừa bao gồm:
Ngừng hút thuốc: Ngừng hút thuốc là biện pháp phòng ngừa ung thư phổi hiệu quả
nhất Ngay cả những người đã hút thuốc nhiều năm cũng có thể giảm nguy cơ mắc bệnh khi họ ngừng hút thuốc
Tránh tiếp xúc với amiăng và các chất gây ung thư khác: Những người làm việc
trong môi trường có nguy cơ tiếp xúc với amiăng hoặc các chất hóa học nguy hại cần tuân thủ các biện pháp an toàn để giảm nguy cơ mắc ung thư phổi
Giảm ô nhiễm không khí: Ở mức độ cá nhân, việc tránh xa các khu vực có ô nhiễm
cao và sử dụng khẩu trang khi tiếp xúc với không khí ô nhiễm có thể giúp giảm nguy
cơ ung thư phổi
Ung thư phổi là một căn bệnh nguy hiểm, có tỉ lệ tử vong cao và thường được phát hiện ởgiai đoạn muộn Việc phòng ngừa và chẩn đoán sớm là yếu tố quan trọng trong việc cải thiệntiên lượng của bệnh nhân Với sự tiến bộ của y học, đặc biệt là trong các lĩnh vực liệu phápmiễn dịch và liệu pháp nhắm mục tiêu, cơ hội sống sót của bệnh nhân ung thư phổi đangngày càng được cải thiện
Hình 5 Hình ảnh Ung Thư Phổi
1.3 Tổng quan về microfluidic
Trang 12Ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn cầu, với tỷ lệmắc bệnh ngày càng gia tăng Đây là một nhóm các bệnh liên quan đến sự tăng trưởng khôngkiểm soát của tế bào, dẫn đến hình thành các khối u (trừ một số ung thư máu không tạo thànhkhối u) và xâm lấn các mô xung quanh hoặc di căn đến các bộ phận khác của cơ thể Mỗi loạiung thư được phân loại dựa trên vị trí xuất hiện, loại tế bào bị ảnh hưởng, và các đột biến ditruyền đặc thù [25] Ung thư phát triển từ các đột biến trong DNA của tế bào, thường là dotác động của các yếu tố môi trường như hóa chất, bức xạ, hoặc lối sống không lành mạnh.Đột biến này làm thay đổi cơ chế kiểm soát sự phát triển và phân chia tế bào, khiến các tế bàoung thư có khả năng phát triển nhanh chóng mà không bị ức chế Khi ung thư tiếp tục pháttriển, nó có thể xâm lấn các mô lân cận hoặc lan truyền qua hệ thống bạch huyết hoặc máuđến các bộ phận khác của cơ thể – quá trình này được gọi là di căn [26] Di căn là nguyênnhân chính gây tử vong ở bệnh nhân ung thư, do nó ảnh hưởng đến nhiều cơ quan quan trọngnhư gan, phổi, xương, và não [27] Có nhiều loại ung thư, nhưng các loại phổ biến nhất baogồm ung thư phổi, ung thư vú, ung thư đại trực tràng, ung thư tuyến tiền liệt, và ung thư dạdày [28] Trong số đó, ung thư phổi là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu, đặc biệt là ở namgiới, và chủ yếu liên quan đến thói quen hút thuốc lá [29] Ung thư vú là loại ung thư phổbiến nhất ở phụ nữ, và yếu tố nguy cơ bao gồm tuổi tác, tiền sử gia đình, và đột biến genBRCA1 và BRCA2 [30].
Ngoài ra, các yếu tố nguy cơ phổ biến đối với ung thư bao gồm di truyền, tuổi tác, tiếpxúc với tác nhân gây ung thư (carcinogens), lối sống không lành mạnh, chế độ ăn uống khôngcân đối, và ít hoạt động thể chất Đặc biệt, hút thuốc lá và uống rượu bia quá mức là nhữngyếu tố nguy cơ lớn đối với nhiều loại ung thư [31].Việc chẩn đoán sớm ung thư đóng vai tròquan trọng trong việc nâng cao tỷ lệ sống sót Các phương pháp chẩn đoán phổ biến bao gồmchụp X-quang, siêu âm, cộng hưởng từ (MRI), và sinh thiết tế bào [32] Gần đây, các xétnghiệm gen và công nghệ giải trình tự gen đã trở thành công cụ quan trọng để xác định cácđột biến gen đặc thù liên quan đến từng loại ung thư, giúp cá nhân hóa phương pháp điều trị[26]
Phương pháp điều trị ung thư bao gồm phẫu thuật, xạ trị, hóa trị và các liệu pháp nhắmmục tiêu (targeted therapies) Hóa trị sử dụng các loại thuốc để tiêu diệt tế bào ung thư, trongkhi xạ trị sử dụng bức xạ ion hóa để phá hủy DNA của các tế bào ung thư [28] Phương phápđiều trị nhắm mục tiêu đang trở thành xu hướng mới, với các loại thuốc chỉ tấn công các tếbào ung thư mà không gây tổn hại nghiêm trọng đến các tế bào khỏe mạnh xung quanh [29].Ngoài ra, liệu pháp miễn dịch (immunotherapy) cũng đang được nghiên cứu và áp dụng rộngrãi, nhằm kích hoạt hệ miễn dịch của cơ thể tấn công tế bào ung thư [33].Việc thay đổi lốisống có thể giúp giảm nguy cơ mắc nhiều loại ung thư Một số biện pháp dự phòng bao gồmduy trì cân nặng hợp lý, thực hiện chế độ ăn uống lành mạnh với nhiều rau củ quả, tập thểdục thường xuyên, hạn chế hút thuốc lá và uống rượu bia [31] Ngoài ra, việc tiêm vắc-xinphòng ngừa virus gây ung thư, chẳng hạn như virus HPV và virus viêm gan B, cũng đã chothấy hiệu quả trong việc giảm tỷ lệ mắc một số loại ung thư nhất định, như ung thư cổ tửcung và ung thư gan [34].Công tác nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực ung thư vẫn đangkhông ngừng tiến bộ Việc hiểu rõ hơn về sinh học của ung thư đã mở ra nhiều hướng mới
Trang 13trong điều trị, đặc biệt là các phương pháp điều trị cá nhân hóa và liệu pháp gen Các nghiêncứu về chất chỉ điểm sinh học (biomarkers) cũng đã giúp cải thiện khả năng chẩn đoán sớm
và dự đoán hiệu quả điều trị [35]
Cùng với đó, sự phát triển của công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy(machine learning) đang hỗ trợ việc phân tích dữ liệu y tế một cách hiệu quả hơn, giúp bác sĩ
có thêm công cụ để ra quyết định điều trị tốt hơn [36] Các hệ thống thông minh này có khảnăng dự đoán các biến đổi di truyền của ung thư và đề xuất các phác đồ điều trị tối ưu, gópphần giảm thiểu tỷ lệ tử vong và nâng cao chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân [37]Ung thư
là một vấn đề y tế toàn cầu với tác động sâu rộng đến cuộc sống của hàng triệu người Mặc
dù các phương pháp điều trị ung thư đang ngày càng phát triển, việc dự phòng và phát hiệnsớm vẫn là cách hiệu quả nhất để giảm tỷ lệ tử vong Sự kết hợp giữa lối sống lành mạnh,tiêm vắc-xin và công nghệ y học tiên tiến sẽ tiếp tục là chìa khóa trong cuộc chiến chống lạicăn bệnh này [37]
Microfluidic là một công nghệ xử lý chất lỏng trên các kênh có kích thước cực kỳ nhỏ,thường là các kênh có đường kính nhỏ hơn 1 mm Chất lỏng chảy trong các kênh này thườngtuân theo quy luật động học chất lỏng khác với các dòng chảy trong kênh lớn, vì các lực bềmặt và lực nhớt có ảnh hưởng lớn hơn rất nhiều so với lực quán tính Các hệ thốngmicrofluidic thường được thiết kế trên các chip vi lỏng (microfluidic chip), nơi các kênh siêunhỏ được khắc vào các vật liệu như silicon, thủy tinh, hoặc polymer
Khi chất lỏng được đưa vào các kênh microfluidic, dòng chảy của chất lỏng thườngmang tính chất dòng chảy tầng (laminar flow), khác biệt với dòng chảy rối (turbulent flow) ởquy mô lớn hơn Điều này có nghĩa là các dòng chảy trong kênh hẹp ít bị phân tán và duy trìcấu trúc phân tầng, cho phép việc kiểm soát lưu lượng và trộn lẫn các chất một cách hiệu quả.Một số nguyên lý vật lý quan trọng trong microfluidic bao gồm:
Số Reynolds thấp: Số Reynolds là một tham số không thứ nguyên thể hiện tỷ lệ giữa
lực quán tính và lực nhớt trong một hệ chất lỏng Trong các hệ vi lỏng, số Reynolds thường rất thấp (Re << 1), cho thấy lực nhớt chiếm ưu thế và dòng chảy gần như luôn
là dòng chảy tầng Điều này mang lại khả năng kiểm soát tốt các dòng chảy và tương tác chất lỏng trong các kênh
Sự lan truyền khối và khuếch tán: Do kích thước của kênh nhỏ, các quá trình
khuếch tán thường diễn ra nhanh chóng, cho phép sự hòa trộn và phản ứng giữa các chất lỏng diễn ra nhanh chóng và hiệu quả
Điều khiển chính xác: Hệ thống microfluidic cho phép điều khiển các thông số như
lưu lượng, nhiệt độ, và áp suất ở mức rất cao, giúp tối ưu hóa các phản ứng hóa học hoặc sinh học diễn ra trong các hệ này
Microfluidic có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và côngnghiệp:
Microfluidic được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực y sinh để phát triển các hệ thống xétnghiệm chẩn đoán và nghiên cứu tế bào Một trong những ứng dụng phổ biến nhất là các thiết
Trang 14bị Lab-on-a-Chip (LoC), nơi các quy trình sinh học phức tạp như PCR (phản ứng chuỗipolymerase) hoặc xét nghiệm kháng thể có thể được thực hiện trên một con chip nhỏ.
Xét nghiệm chẩn đoán: Microfluidic giúp tạo ra các hệ thống xét nghiệm nhỏ gọn và
nhanh chóng, cho phép phát hiện nhanh chóng các bệnh nhiễm trùng, các bệnh di truyền, và các chỉ số sinh học của ung thư mà chỉ cần một lượng mẫu nhỏ, thường chỉ cần một giọt máu hoặc chất lỏng sinh học
Nghiên cứu tế bào: Microfluidic có khả năng tạo ra các môi trường chính xác để
nghiên cứu các tế bào đơn lẻ hoặc các nhóm tế bào, giúp nghiên cứu sự tương tác tế bào, phản ứng với các loại thuốc, và các quá trình sinh học khác ở quy mô nhỏ hơn.Trong hóa học, microfluidic được sử dụng để thực hiện các phản ứng hóa học ở quy mônhỏ, giúp tối ưu hóa hiệu quả và giảm thiểu lãng phí Các hệ thống microfluidic cũng chophép kiểm soát chính xác các thông số phản ứng như lưu lượng, nhiệt độ, và nồng độ chấtphản ứng, giúp cải thiện hiệu quả của các phản ứng hóa học
Tổng hợp hóa học: Các hệ thống tổng hợp hóa học dựa trên microfluidic cho phép
tổng hợp các hợp chất hữu cơ và các hạt nano một cách hiệu quả Các nhà khoa học
có thể sử dụng microfluidic để phát triển các quy trình tổng hợp mới, giảm thiểu thời gian và chi phí
Nghiên cứu chất xúc tác: Microfluidic cho phép nghiên cứu chất xúc tác ở mức độ
phân tử, giúp tối ưu hóa quá trình xúc tác và phát triển các loại xúc tác mới
Microfluidic không chỉ giới hạn trong y sinh và hóa học mà còn được sử dụng trong cácnghiên cứu vật lý và cơ học của chất lỏng Hệ thống microfluidic cho phép các nhà nghiêncứu nghiên cứu tính chất của chất lỏng, hành vi dòng chảy và tương tác bề mặt ở quy mô nhỏ,giúp hiểu rõ hơn về các hiện tượng vật lý cơ bản
Nghiên cứu dòng chảy tầng: Việc nghiên cứu dòng chảy tầng và sự chuyển đổi giữa
dòng chảy tầng và dòng chảy rối là một chủ đề quan trọng trong cơ học chất lỏng Microfluidic giúp nghiên cứu các hiện tượng này ở quy mô nhỏ, nơi các hiệu ứng bề mặt và lực nhớt trở nên quan trọng hơn
Chất lỏng điện tử (electrowetting): Microfluidic cũng được sử dụng để phát triển
các hệ thống điều khiển dòng chảy dựa trên hiệu ứng điện tử, như trong việc phát triểnmàn hình LCD và các thiết bị hiển thị linh hoạt
Trong ngành công nghiệp, microfluidic giúp cải thiện các quy trình sản xuất, đặc biệttrong lĩnh vực sản xuất vi mô và công nghệ bán dẫn Các hệ thống microfluidic được sử dụng
để vận chuyển, trộn, và xử lý các loại vật liệu khác nhau với độ chính xác cao
Sản xuất dược phẩm: Microfluidic giúp tạo ra các quy trình sản xuất dược phẩm tiên
tiến, cho phép sản xuất thuốc với độ chính xác cao và giảm thiểu sai sót Các nhà khoa học có thể sử dụng hệ thống vi lỏng để tạo ra các viên thuốc, dạng thuốc lỏng hoặc hệ thống vận chuyển thuốc một cách chính xác và linh hoạt hơn
Công nghệ bán dẫn: Trong công nghệ bán dẫn, microfluidic được sử dụng để phát
triển các hệ thống sản xuất chip và các linh kiện điện tử với độ chính xác cao, giúp tối
ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện hiệu suất của các thiết bị điện tử
Trang 15Mặc dù microfluidic có nhiều tiềm năng và ứng dụng, lĩnh vực này vẫn đối mặt vớinhiều thách thức:
Sản xuất và chi phí: Việc chế tạo các hệ thống microfluidic yêu cầu kỹ thuật sản xuất
phức tạp và chi phí cao, đặc biệt khi cần sản xuất hàng loạt Các quy trình sản xuất đòi hỏi sự chính xác cao, và việc tích hợp các thiết bị microfluidic vào các hệ thống lớn hơn có thể gặp nhiều khó khăn
Kiểm soát dòng chảy: Mặc dù dòng chảy tầng là một lợi thế trong một số ứng dụng,
nó cũng có thể trở thành hạn chế khi cần trộn hoặc khuếch tán các chất trong kênh Do
đó, việc phát triển các phương pháp điều khiển dòng chảy hiệu quả hơn vẫn là một thách thức lớn
Vật liệu: Lựa chọn vật liệu thích hợp cho các hệ thống microfluidic là một vấn đề
quan trọng Các vật liệu phải đủ bền để chịu được các quy trình xử lý, đồng thời tương thích sinh học nếu được sử dụng trong ứng dụng y sinh
Microfluidic đang phát triển nhanh chóng và có tiềm năng lớn trong tương lai Một sốhướng phát triển quan trọng bao gồm:
Phát triển các hệ thống Lab-on-a-Chip đa chức năng: Tích hợp nhiều chức năng
trên một chip microfluidic để thực hiện các quy trình phức tạp trong y sinh học và hóahọc
Microfluidic sinh học (Organ-on-a-Chip): Mô phỏng các hệ cơ quan trong cơ thể
người trên chip vi lỏng, giúp nghiên cứu phản ứng thuốc và bệnh học một cách chính xác hơn
Microfluidic trong lĩnh vực năng lượng: Sử dụng microfluid
Trang 16Hình 1 Hình ảnh microfluidics
1.4 Tổng quan về tách lọc từ tính
Tách lọc từ tính là một phương pháp kỹ thuật được sử dụng để tách các vật liệu có tính
từ hoặc bị ảnh hưởng bởi từ trường từ một hỗn hợp phức tạp, nhờ vào việc sử dụng lực từ.Phương pháp này thường áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau như khai khoáng, y học, sinhhọc và công nghệ môi trường Tách lọc từ tính đã chứng minh được tính hiệu quả cao trongviệc tách các hạt hoặc vật liệu ở quy mô vi mô và nano, nhờ vào khả năng kiểm soát chínhxác các yếu tố từ trường
Trong ngành khai khoáng, kỹ thuật này đã được ứng dụng rộng rãi để phân tách cáckhoáng sản từ như quặng sắt, từ tính hoặc ferromagnetic từ các khoáng chất không từ tínhkhác Đối với y học và sinh học, các hạt từ tính được phủ lên bằng các kháng thể hoặc chấtkhác có thể được sử dụng để phân lập tế bào hoặc phân tử sinh học quan trọng từ một mẫuphức tạp Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật tách lọc từ tính dựa trên sự khác biệt về tính từ củacác thành phần trong một hỗn hợp Các hạt hoặc vật liệu có tính từ sẽ chịu tác động của lực
từ, trong khi các thành phần khác không có tính từ sẽ không bị ảnh hưởng Nhờ vậy, các vậtliệu từ tính có thể được tách ra một cách dễ dàng khi hỗn hợp đi qua một từ trường mạnh.Quá trình tách lọc từ tính có thể được chia thành hai loại chính: tách từ tính ướt và tách
từ tính khô Trong tách từ tính ướt, các hạt từ được phân tán trong dung dịch lỏng và sau đóđược tách ra dưới tác động của từ trường Còn trong tách từ tính khô, quá trình này được thực
Trang 17hiện trực tiếp trên vật liệu ở dạng rắn hoặc bột khô [38] Cả hai phương pháp đều có ưu điểmriêng và được áp dụng tùy thuộc vào tính chất của vật liệu và môi trường tách.
Tách lọc từ tính đã được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp khai khoáng để tách cáckhoáng chất có tính từ, đặc biệt là trong quá trình khai thác và xử lý quặng sắt Kỹ thuật nàygiúp tăng hiệu quả và giảm chi phí trong quá trình tuyển quặng, đồng thời giảm thiểu lượngchất thải sinh ra Các máy tuyển từ hiện đại sử dụng công nghệ nam châm siêu dẫn có khảnăng tạo ra các từ trường cực mạnh, giúp cải thiện hiệu quả tách lọc đáng kể [39].Trong yhọc và sinh học, các hạt từ tính (magnetic beads) được sử dụng để tách lọc tế bào hoặc phân
tử sinh học quan trọng từ các mẫu sinh học phức tạp, như máu, huyết thanh hoặc tế bào nuôicấy Các hạt này thường được phủ một lớp ligand hoặc kháng thể có khả năng gắn kết với cácphân tử đích, giúp việc tách lọc trở nên chính xác hơn Phương pháp này đã được ứng dụngthành công trong chẩn đoán bệnh, nghiên cứu ung thư và các quá trình sinh học khác [40].Một ứng dụng quan trọng khác của tách lọc từ tính trong y học là trong các kỹ thuậtphân tách tế bào gốc Các hạt từ tính có khả năng gắn kết với các tế bào gốc đặc thù, chophép các nhà khoa học dễ dàng phân lập và làm giàu các tế bào này từ mẫu mô phức tạp, tạođiều kiện thuận lợi cho các nghiên cứu và điều trị bệnh.Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm,tách lọc từ tính được sử dụng để loại bỏ các tạp chất có tính từ ra khỏi thực phẩm, giúp cảithiện chất lượng sản phẩm và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Tương tự, trong kỹ thuậtmôi trường, phương pháp này có thể được dùng để xử lý nước thải, tách các kim loại nặnghoặc các hạt ô nhiễm có tính từ khỏi môi trường Điều này đóng góp quan trọng vào việc bảo
vệ môi trường và phát triển các công nghệ sạch [15] Công nghệ tách lọc từ tính đã phát triểnmạnh mẽ với sự ra đời của nhiều loại thiết bị tiên tiến Các máy tuyển từ sử dụng công nghệnam châm siêu dẫn có khả năng tạo ra từ trường cực mạnh, giúp tối ưu hóa quá trình tách.Bên cạnh đó, công nghệ vi hạt từ tính (micro- và nanomagnetic particles) cũng đóng vai tròquan trọng trong nhiều ứng dụng hiện đại, đặc biệt là trong y sinh học [41]
Các thiết bị tuyển từ hiện nay còn được tích hợp với các hệ thống tự động hóa và điềukhiển thông minh, giúp tăng cường tính chính xác và hiệu quả của quá trình tách lọc Hệthống tách lọc từ tính tiên tiến có thể thực hiện quá trình tách liên tục và với tốc độ cao, đápứng nhu cầu sản xuất công nghiệp hiện đại Với những ưu điểm vượt trội, tách lọc từ tính tiếptục có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai Đặc biệt, trong các lĩnh vực y học và sinh học,
kỹ thuật này đang đóng vai trò quan trọng trong các nghiên cứu về chẩn đoán, điều trị vànghiên cứu cơ bản Tuy nhiên, việc phát triển và ứng dụng rộng rãi tách lọc từ tính cũng đốimặt với nhiều thách thức, bao gồm chi phí cao cho các thiết bị hiện đại và yêu cầu về kỹ thuậttrong quá trình sản xuất và vận hành.Các nghiên cứu tiếp tục tập trung vào việc phát triển cácloại hạt từ tính mới với kích thước nhỏ hơn, tính tương thích sinh học cao hơn, cũng như cácphương pháp tối ưu hóa quá trình tách lọc để giảm chi phí và tăng hiệu quả Điều này sẽ giúptách lọc từ tính trở thành một phương pháp ngày càng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, từ côngnghiệp đến y sinh học
Trang 18Hình 1 Hình ảnh về tách lọc từ tính.
1.5 Giới thiệu tổng quan cảm biến trở kháng
Cảm biến trở kháng là một loại cảm biến điện tử được thiết kế để đo các thay đổi trongtrở kháng điện của vật liệu hoặc mẫu thử nghiệm, từ đó xác định các thông số như nồng độhóa chất, sinh học, và trạng thái vật lý của một hệ thống Trong các hệ thống điện tử, trởkháng là sự kết hợp giữa điện trở, điện dung và cảm kháng, biểu thị sự cản trở của dòng điệnxoay chiều [1] Cảm biến trở kháng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau,
từ y học, hóa học, đến môi trường và công nghiệp [2]
Một trong những ưu điểm lớn của cảm biến trở kháng là khả năng cung cấp thông tinchi tiết về mẫu thử nghiệm mà không cần phá hủy hoặc thay đổi mẫu Điều này đặc biệt quantrọng trong các ứng dụng sinh học và y học, nơi mẫu thường là các chất sinh học nhạy cảmnhư tế bào hoặc mô [3] Cảm biến trở kháng có khả năng đo lường chính xác các thay đổi nhỏ
về trở kháng, ngay cả trong các hệ thống phức tạp và không đồng nhất Nguyên lý hoạt độngcủa cảm biến trở kháng dựa trên sự đo lường các thay đổi trong dòng điện hoặc điện áp khimột tín hiệu điện xoay chiều đi qua mẫu thử nghiệm Trở kháng của mẫu sẽ thay đổi tùythuộc vào các thuộc tính của nó, chẳng hạn như cấu trúc vật liệu, nồng độ ion, hoặc sự hiệndiện của các chất phản ứng [4] Khi một tín hiệu AC được đưa vào, cảm biến sẽ đo sự thayđổi về pha và biên độ của tín hiệu qua mẫu, từ đó tính toán được trở kháng của hệ thống [5].Công thức tổng quát cho trở kháng ZZZ của một hệ thống là:
Z=R+jXZ = R + jXZ=R+jX
Trong đó, RRR là điện trở thuần và XXX là cảm kháng hoặc dung kháng phụ thuộc vàotần số của tín hiệu AC [6] Sự thay đổi trong thành phần trở kháng có thể phản ánh sự thayđổi của môi trường hoặc các đặc tính hóa học, vật lý trong mẫu.Cảm biến trở kháng thườngđược sử dụng với các tần số khác nhau để thu thập thông tin chi tiết hơn về hệ thống mẫu Ở
Trang 19các tần số thấp, điện trở thuần thường chiếm ưu thế, trong khi ở tần số cao, sự ảnh hưởng củađiện dung và cảm kháng trở nên rõ rệt hơn [7] Điều này cho phép cảm biến trở kháng cungcấp thông tin toàn diện về hệ thống, từ phản ứng hóa học đến tính chất vật lý của vật liệu.Mộttrong những ứng dụng phổ biến nhất của cảm biến trở kháng là trong y học và sinh học Cảmbiến trở kháng được sử dụng để đo lường các thay đổi trong mẫu sinh học như tế bào, mô, vàdịch cơ thể Một ví dụ điển hình là sử dụng cảm biến trở kháng để theo dõi sự phát triển của
tế bào trong các nghiên cứu nuôi cấy tế bào [8] Khi tế bào phát triển, chúng sẽ thay đổi trởkháng của môi trường xung quanh, giúp các nhà nghiên cứu theo dõi được quá trình pháttriển mà không cần sử dụng các phương pháp phá hủy tế bào [9] Cảm biến trở kháng cũngđược sử dụng trong các thiết bị đo lường y tế, chẳng hạn như thiết bị đo trở kháng sinh học(bioimpedance) để đo thành phần cơ thể, bao gồm lượng mỡ, cơ và nước [10] Thiết bị này đãtrở thành một công cụ phổ biến trong việc đánh giá sức khỏe và thể chất Trong lĩnh vực hóahọc, cảm biến trở kháng được sử dụng để phân tích các phản ứng điện hóa và theo dõi cácquá trình hóa học Các cảm biến này có thể được sử dụng để phát hiện các chất ô nhiễm trongnước hoặc không khí bằng cách đo sự thay đổi trở kháng khi các chất này tương tác với bềmặt điện cực của cảm biến [11] Cảm biến trở kháng cũng được sử dụng rộng rãi trong các hệthống cảm biến khí, nơi chúng có thể phát hiện sự hiện diện của các khí độc hại hoặc dễ cháytrong môi trường Ví dụ, cảm biến trở kháng có thể được sử dụng để phát hiện sự hiện diệncủa khí amoniac (NH3) trong không khí bằng cách đo sự thay đổi trở kháng khi khí nàytương tác với các cảm biến đặc biệt được chế tạo từ vật liệu nhạy cảm với NH3 [12] Trongcông nghiệp, cảm biến trở kháng được sử dụng để giám sát các quá trình sản xuất và đảm bảochất lượng sản phẩm Chúng có thể đo lường các thuộc tính vật lý của vật liệu, chẳng hạn như
độ nhớt, độ dẫn điện và các tính chất điện hóa [13] Một ứng dụng phổ biến là trong ngànhsản xuất pin và nhiên liệu, nơi cảm biến trở kháng được sử dụng để theo dõi trạng thái sạc vàhiệu suất của các hệ thống năng lượng [14] Cảm biến trở kháng có nhiều ưu điểm nổi bật.Chúng có khả năng đo lường mà không cần phá hủy mẫu, cho phép theo dõi liên tục quá trìnhsinh học hoặc hóa học mà không làm thay đổi cấu trúc mẫu [15] Ngoài ra, các cảm biến này
có thể hoạt động trong các môi trường phức tạp, nơi các phương pháp đo lường khác khônghiệu quả [16] Cảm biến trở kháng cũng có khả năng cung cấp dữ liệu đa chiều về các thuộctính hóa học, vật lý của mẫu, giúp người dùng có cái nhìn toàn diện về hệ thống
Tuy nhiên, cảm biến trở kháng cũng đối mặt với một số thách thức Việc thiết kế và chếtạo các cảm biến trở kháng đòi hỏi sự chính xác cao và chi phí sản xuất có thể cao hơn so vớicác loại cảm biến khác [17] Ngoài ra, để đạt được độ chính xác cao, cảm biến trở khángthường cần được hiệu chuẩn kỹ lưỡng và sử dụng các công cụ đo lường tinh vi Thêm vào đó,tín hiệu đo được từ cảm biến trở kháng có thể bị nhiễu bởi các yếu tố môi trường, chẳng hạnnhư nhiệt độ và độ ẩm [18] Trong những năm gần đây, công nghệ cảm biến trở kháng đã cónhiều tiến bộ đáng kể Các nhà nghiên cứu đang tập trung vào việc phát triển các cảm biếnnhỏ gọn, chi phí thấp, và có khả năng tích hợp vào các hệ thống điện tử di động và y tế [19]
Sự kết hợp giữa cảm biến trở kháng và công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) đang mở ra nhữngứng dụng mới trong lĩnh vực y học, chẳng hạn như cảm biến vi mô để theo dõi sức khỏe hoặc
Trang 20như các loại vật liệu nano và polymer dẫn điện, đã giúp tăng cường độ nhạy và độ chính xáccủa cảm biến trở kháng [21] Những tiến bộ này đang mở ra tiềm năng ứng dụng của cảmbiến trở kháng trong nhiều lĩnh vực mới, từ nghiên cứu cơ bản đến các ứng dụng công nghiệp
và y tế tiên tiến [22]
Ngoài ra, để đạt được độ chính xác cao, cảm biến trở kháng thường cần được hiệuchuẩn kỹ lưỡng và sử dụng các công cụ đo lường tinh vi [23] Tín hiệu đo được từ cảm biếntrở kháng có thể bị nhiễu bởi các yếu tố môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ và độ ẩm [24].Trong những năm gần đây, công nghệ cảm biến trở kháng đã có nhiều tiến bộ đáng kể Cácnhà nghiên cứu đang tập trung vào việc phát triển các cảm biến nhỏ gọn, chi phí thấp, và cókhả năng tích hợp vào các hệ thống điện tử di động và y tế [25] Sự kết hợp giữa cảm biến trởkháng và công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) đang mở ra những ứng dụng mới trong lĩnh vực yhọc, chẳng hạn như cảm biến vi mô để theo dõi sức khỏe hoặc cảm biến cấy ghép trong cơthể [26] Ngoài ra, sự phát triển của các vật liệu mới, chẳng hạn như các loại vật liệu nano vàpolymer dẫn điện, đã giúp tăng cường độ nhạy và độ chính xác của cảm biến trở kháng [27].Những tiến bộ này đang mở ra tiềm năng ứng dụng của cảm biến trở kháng trong nhiều lĩnhvực mới, từ nghiên cứu cơ bản đến các ứng dụng công nghiệp và y tế tiên tiến
Hình 3 Hình ảnh tín hiệu trở kháng
1.6 Tổng quan về kết hợp từ tính và cảm biến trở kháng
Việc kết hợp giữa công nghệ từ tính và cảm biến trở kháng là một xu hướng đang pháttriển mạnh trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật Cả hai công nghệ này đều có những ưuđiểm vượt trội trong việc đo lường, theo dõi, và kiểm soát các hiện tượng vật lý, hóa học Khikết hợp, chúng mang lại khả năng phân tích chính xác hơn và ứng dụng rộng rãi trong các
lĩnh vực như sinh học, y học, môi trường và công nghiệp Từ tính là hiện tượng xảy ra khi