นักวิจัยจีนพัฒนา เครื่องตรวจมะเร็งขนาดพกพา แม่นยำกว่าเดิมหมื่นเท่า

นี่เป็นผลงานของทีมวิจัยมหาวิทยาลัยเวสต์เลก เมืองหางโจว ประเทศจีน พัฒนาระบบตรวจจับมะเร็งระยะเริ่มต้นจากเดิมมีขนาดใหญ่เท่าตู้เย็น ให้ย่อส่วนจนสามารถถือไว้ในมือได้ พร้อมเพิ่มความแม่นยำในการตรวจจับให้สูงกว่าวิธีแบบดั้งเดิมราว 10,000 เท่า 

ผลการศึกษาได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการด้านโฟโตนิกส์ ทีมวิจัยระบุว่า เทคโนโลยีนี้ได้วางรากฐานของระบบตรวจวินิจฉัยชีวภาพแบบนาโนโฟโตนิกส์ที่สามารถผลิตได้ในวงกว้าง มีความทนทาน และรองรับการตรวจวินิจฉัยสมรรถนะสูงในสถานพยาบาล พื้นที่ห่างไกล รวมถึงการใช้งานภายในบ้านในอนาคต

โดยทั่วไป อุปกรณ์ตรวจหาสารบ่งชี้ทางชีวภาพ (biomarkers) ของมะเร็งในเลือด จำเป็นต้องใช้ระบบออปติกที่ซับซ้อน เช่น ปริซึม เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม และเส้นทางแสงที่มีความละเอียดสูง ส่งผลให้อุปกรณ์มีขนาดใหญ่เท่าตู้เย็นสองประตู และมักถูกจำกัดให้ใช้งานเฉพาะในห้องปฏิบัติการหรือศูนย์ตรวจเฉพาะทางเท่านั้น

แต่ในครั้งนี้ นักวิจัยได้เลือกใช้กลไกใหม่ที่เรียกว่า “Q-modulated refractometric sensing” เพื่อย่อขนาดอุปกรณ์ให้เล็กลงจนอยู่ในรูปแบบเครื่องพกพา โดยแทนที่จะตรวจจับความยาวคลื่นของแสงแบบการตรวจสเปกโทรสโกปีทั่วไป ระบบนี้จะวัดความเข้มของแสงแทน

หากเปรียบช่วงการเปลี่ยนแปลงของค่าดัชนีหักเหของแสง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีสารบ่งชี้มะเร็งอยู่ในตัวอย่างเลือด เป็นไม้บรรทัดยาว 1 เมตร ระบบนี้สามารถตรวจจับความเปลี่ยนแปลงที่เล็กระดับเพียงไม่กี่ไมโครเมตรได้ ทำให้มีความไวสูงมากในการค้นหาสัญญาณชีวภาพที่มีปริมาณน้อย

เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพดังกล่าว ทีมวิจัยได้ออกแบบชิปสามมิติด้วยวัสดุเมตาแมทีเรียล ซึ่งเป็นวัสดุที่ถูกออกแบบขึ้นเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของแสงในรูปแบบที่วัสดุธรรมชาติไม่สามารถทำได้ งานนี้ต่อยอดจากผลงานวิจัยก่อนหน้าที่ใช้อลูมิเนียมในการผลิตชิปความแม่นยำสูง ครอบคลุมตั้งแต่ระดับนาโนไปจนถึงระดับมหภาค

ปัจจุบัน ชิปออปติกแบบดั้งเดิมที่ใช้โครงสร้างเมตาซอร์เฟซมักผลิตด้วยกระบวนการลิโธกราฟีลำอิเล็กตรอน ซึ่งเปรียบได้กับการคัดลอกหนังสือทีละคำ ทำให้ผลิตจำนวนมากได้ยากและมีต้นทุนสูง โดยชิปแต่ละชิ้นอาจมีราคาหลายร้อยดอลลาร์สหรัฐ

ทีมวิจัยเปรียบการพัฒนาครั้งนี้ว่าเป็นการเปลี่ยนผ่านจากยุค “คัดลอกหนังสือด้วยมือ” ไปสู่ยุค “แท่นพิมพ์ตัวเรียง”  และเนื่องจากระบบใหม่วัดเพียงความเข้มของแสง องค์ประกอบทั้งหมดจึงเรียบง่ายมาก โดยประกอบด้วยชิปตรวจจับสามมิติ แหล่งกำเนิดแสง LED และตัวตรวจจับแสงเท่านั้น เมื่อประกอบเข้าด้วยกัน อุปกรณ์มีขนาดเล็กพอที่จะใช้งานที่บ้านได้โดยไม่จำเป็นต้องอยู่ในห้องปฏิบัติการ

นักวิจัยยังระบุด้วยว่า เทคโนโลยีดังกล่าวอาจมีการประยุกต์ใช้งานที่กว้างไกลกว่าการคัดกรองมะเร็ง เนื่องจากเทคโนโลยีการผลิตระดับไมโครและนาโนถือเป็นโครงสร้างพื้นฐานสำคัญของสังคมยุคดิจิทัล และถูกนำไปใช้ในหลายด้าน ทั้งระบบออปติก อิเล็กทรอนิกส์ และการตรวจวัดสัญญาณแม่เหล็ก ซึ่งอาจมีบทบาทสำคัญในการผลักดันการเปลี่ยนผ่านสู่เทคโนโลยีอัจฉริยะในอนาคต