Kỹ thuật hiện đại có thể tạo ra những thiết bị vận hành giống như người, và cũng có thể làm cho người hoạt động như máy. “Tính công nghệ” trong cơ thể chúng ta trên cả tuyệt vời!
Ghi dữ liệu vào cơ thể
Để sao chép dữ liệu, có thể bạn chỉ cần dùng … ngón tay!
Không cần thẻ nhớ hay USB, cũng chẳng cần dịch vụ lưu trữ trên mây (như dropbox), dữ liệu có thể lưu trữ an toàn và tiện lợi ngay trong cơ thể bạn.
Sau hơn 3 năm nghiên cứu và 750 lần thử nghiệm, cuối cùng các nhà khoa học tại Đại học Stanford (Mỹ) đã tìm ra cách lưu trữ (có thể xóa và ghi lại) dữ liệu số trong DNA của tế bào sống.
Thực ra, các nhà khoa học đã tạo nên hình thức sinh học tương đương dạng số nhị phân (hay “bit” dữ liệu): sử dụng protein xúc tác để điểu khiển xoay đoạn DNA theo 1 trong 2 hướng, tương ứng với giá trị “0” và “1”.
Dưới ánh sáng cực tím, các tế bào phát ánh sáng hồng hay xanh
tùy theo hướng của đoạn DNA xác định trong tế bào.
Trong lĩnh vực máy tính, cơ chế 0/1 là cơ sở của bộ nhớ “không nguồn” (như thẻ nhớ flash hay USB) - thông tin được lưu trữ mà không cần nguồn điện nuôi. Trong lĩnh vực công nghệ sinh học, cơ chế trên được biết đến với thuật ngữ “đảo đoạn DNA nhờ xúc tác”, gọi theo quá trình tách, xoay và tái kết hợp đoạn DNA trong tế bào.
Nhóm nghiên cứu gọi phương pháp ghi dữ liệu trên là RAD (Recombinase Addressable Data - dữ liệu có thể ấn định nhờ xúc tác). Thử nghiệm cho thấy thông tin (trạng thái “0” và “1”) vẫn được lưu giữ ổn định, ngay cả khi không có sự hiện diện của protein xúc tác.
Hiện tại mỗi tế bào chỉ mới ghi được 1 bit dữ liệu, nhưng nhóm nghiên cứu kỳ vọng sẽ sớm ghi được đủ 1 byte (8 bit). Việc ghi dữ liệu trong DNA của tế bào sống cực kỳ hữu ích cho việc nghiên cứu ung thư, quá trình lão hóa và cả môi trường.
Một ứng dụng cụ thể: sử dụng bit dữ liệu ghi trong DNA để thu thập thông tin về sự gia tăng của các tế bào. Vì các đoạn DNA vẫn giữ giá trị “0”/”1” của chúng ngay cả khi vi khuẩn (chứa DNA) nhân bản nhiều lần. Một ngày nào đó, bằng cách kiểm soát số lần tế bào phân chia, các nhà khoa học có thể “tắt” tế bào trước khi chúng chuyển thành ung thư.
Việc tích hợp thành phần có thể lập trình và điều khiển vào hệ thống sinh học cũng là mục tiêu nhóm nghiên cứu. Đây hứa hẹn sẽ là lĩnh vực ứng dụng thú vị nhất của điện toán.
Điều khiển “bật/tắt” tế bào
Nhờ một số kỹ thuật sinh học, các nhà khoa học đã có thể “bật/tắt” hoạt động của tế bào từ xa bằng siêu âm, ánh sáng và giờ là sóng điện từ (radio).Theo một nghiên cứu gần đây công bố trên tạp chí Science, các nhà khoa học của Đại học Rockefeller (Mỹ) đã thành công trong việc dùng sóng radio đốt nóng có chọn lọc các phần của tế bào để kích hoạt gen tạo insulin ở chuột.
Họ phủ lên hạt nano oxit sắt kháng thể gắn kết với một biến thể TRPV1 (kênh ion) nhạy cảm với nhiệt nằm trên bề mặt tế bào. Các hạt này được tiêm vào mô cấy dưới da chuột, sau đó sử dụng sóng ngắn radio để đốt nóng. Thông qua các hạt nano, kênh ion được đốt nóng đến nhiệt độ 420C và mở đường cho phép calci đi vào bên trong tế bào, kích hoạt gen (nhạy cảm với calci) sản xuất insulin. Sau 30 phút, mức insulin trong chuột tăng lên và mức đường huyết giảm xuống.
TRPV1 là một kênh ion, thực chất là cái lỗ nhỏ xíu trên màng tế bào
cho phép hóa chất như canxi ra vào. TRPV1 có chức năng
phát hiện và điều tiết nhiệt độ cơ thể.
Phương pháp dùng sóng radio cho phép xâm nhập lớp mô nằm sâu bên trong cơ thể, và có thể xác định chính xác kênh ion (TRPV1) cần kích hoạt. Theo các nhà khoa học, nghiên cứu trên không nhằm đưa ra giải pháp điều trị bệnh tiểu đường, có nhiều liệu pháp khác đơn giản hơn. Ý nghĩa quan trọng ở đây là khả năng dùng kỹ thuật điều khiển từ xa tế bào sống, “ra lệnh” cho cơ thể sinh ra protein để trị bệnh, hay “đốt chết” những tế bào có hại được xác định mà không ảnh hưởng những tế bào lân cận.
Hay hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã tìm cách đạt được kết quả tương tự mà không cần tiêm hạt nano. Họ đã tạo ra tế bào có khả năng tự sinh ra hạt nano, điều này có nghĩa không cần đưa vào cơ thể bệnh nhân hóa chất hay phân tử lạ, chỉ cần cấy mô vào trong cơ thể người để có sẵn các tế bào cần thiết. Tuy nhiên, việc này hiện nay vẫn chưa được phép đối với con người.
Trong tương lai không xa người ta có thể chỉ cần “bấm nút” điều khiển tế bào để chữa bệnh.
Và lập trình …
Về nhiều phương diện, cơ thể con người giống như bộ máy tính nhưng hoạt động dựa trên các phản ứng hóa học thay vì dây dẫn và các thành phần điện tử. Bộ máy này có nhiều thành phần phức tạp, không dễ “lập trình”. Tuy nhiên, sáng chế “chip hóa học” của Klas Tybrandt tại Đại học Linköping (Thụy điển) hứa hẹn mở ra con đường “giao tiếp” giữa thế giới silicon (nền tảng của chip điện tử) với thế giới sinh học.
Đây là bo mạch tích hợp đầu tiên làm từ hóa chất, vận hành giống bo mạch điện tử: đưa tín hiệu vào, thực hiện các chức năng luận lý và cho tín hiệu ra. Nhưng ở đây, ion thay electron truyền tín hiệu, và phân tử thay transistor thực hiện chức năng luận lý.
Điều quan trọng là chip hóa chất có thể cấy vào trong cơ thể người để thực hiện công việc “được lập trình”. Ví dụ, có thể chế tạo chip cung cấp chất acetylcholine có tác dụng điều khiển dây thần kinh cơ, thay cho “đường tín hiệu” từ não đến cơ bị trục trặc hay tổn thương. Liệu pháp này cho phép kiểm soát tốt hơn cách dùng xung điện kích thích cơ trực tiếp hiện nay.
Sản phẩm ấn tượng
| | Ổ cắm điện điều khiển bằng điện thoại di động
Giá 150 bảng Anh, ổ cắm của Energenie có khe gắn thẻ sim di động (GSM) để điều khiển từ xa bằng tin nhắn, ngoài ra còn có tính năng bật/tắt nguồn theo chương trình định trước.
| | Giày sạc điện thoại
Anthony Mutua người Kenya đã tạo ra thiết bị (giá 46 USD) đặt trong giày có thể sinh điện khi người dùng mang đi lại, đủ để sạc điện thoại. | | | | | | | | | | Xe máy như ô tô
Chiếc xe 2 bánh của Lit Motors có thiết kế như ô tô, “luôn đứng” ngay cả khi dừng mà không cần chống. Xe có giá 24.000 USD.
| | Tiêm không kim
Dụng cụ tiêm dùng sức từ do Học viện Công nghệ MIT chế tạo có khả năng tiêm thuốc với vận tốc siêu thanh, không cần kim tiêm.
| | | | |
P. Nguyễn, STINFO Số 7/2012 (Nguồn: Stanford, Science, Popular Science)