Trải qua phẫu thuật hiếm khi là một trải nghiệm thú vị và đôi khi nó có thể mang tính xâm lấn cao. Các thủ tục phẫu thuật đã phát triển đều đặn qua nhiều thế kỷ, phát triển cùng với kiến ​​thức về giải phẫu và sinh học.

Các phương pháp đổi mới cũng đã được củng cố bằng các công cụ mới và sự phát triển trong việc sử dụng robot kể từ những năm 1980 đã thúc đẩy việc chăm sóc sức khỏe phát triển đáng kể. Trợ lý Giáo sư Zhenhua Tian - Viện Công nghệ Virginia (Mỹ) đã tiến thêm một bước nữa trong tiến trình sử dụng robot và âm học không xâm lấn, và công trình của nhóm ông đã được công bố trên tạp chí Science Advances.

Phẫu thuật sử dụng robot xâm lấn (nội soi) từ khi được phát minh đến nay đã dần nhỏ hơn nên vết mổ cũng có xu hướng nhỏ hơn so với các ca phẫu thuật truyền thống, khiến robot trở thành lựa chọn ưu tiên. Hình thức phẫu thuật này đã chứng minh được lợi ích của nó và được sử dụng ngày càng nhiều theo thời gian, mang lại nhiều lợi ích cho bệnh nhân bao gồm:

• Ít khó chịu và chảy máu hơn
• Ít thời gian ở bệnh viện
• Thời gian phục hồi nhanh hơn

Trên thực tế, theo Trường Cao đẳng Bác sĩ phẫu thuật Hoa Kỳ, 1,8% ca phẫu thuật có sử dụng robot vào năm 2012. Đến năm 2018, tỷ lệ đó đã tăng lên 15,1% và tiếp tục tăng nhờ những tiến bộ trong chế tạo robot. Một số thủ thuật phổ biến nhất liên quan đến robot bao gồm cắt ruột thừa, cắt tử cung và cắt dạ dày.

Điều trị âm thanh không xâm lấn

Trong khi phẫu thuật được hỗ trợ bằng robot có những ưu điểm riêng, nhóm của Zhenhua Tian đã đưa ý tưởng đó tiến một bước tiến mới. Họ phát triển một phương pháp di chuyển các mục tiêu nhỏ, như tế bào và thuốc, trong cơ thể mà không phải mổ.

Bằng việc dùng các thiết bị phát xung siêu âm, các nhà khoa học khóa giữ các hạt, hoạt động giống như những chiếc nhíp vô hình. Các bộ phát tạo ra các trường xoáy âm thanh 3D có thể xuyên qua các rào cản như xương và mô, giao nhau để tạo thành các bẫy âm thanh hình vòng nhỏ.

Các vật thể có kích thước từ micro đến milimet được giữ ở trung tâm bẫy âm thanh có thể di chuyển bên trong cơ thể một cách chính xác.

Sóng siêu âm giữ một mô bé xíu di chuyển bên trong mạch máu.

Với công trình này Tian đã nhận được giải thưởng Chương trình phát triển nghề nghiệp sớm (CAREER) của Quỹ Khoa học quốc gia Hoa Kỳ năm 2024.

Tian cho biết: “Khả năng di chuyển tế bào và thuốc xung quanh bên trong tĩnh mạch mà không làm rách da tạo ra những cơ hội mới trong y học. Khi chúng tôi tiếp tục nghiên cứu này, tôi dự đoán chúng tôi sẽ tìm thấy một loạt ứng dụng mới.”

Bằng cách gắn bộ phát xoáy âm thanh lên nền tảng robot, chùm xoáy âm thanh có thể được di chuyển ở quy mô micromet. Theo đó, khu vực bẫy hạt có thể được đặt chính xác trong không gian 3D và việc di chuyển hạt sau khi bắt hạt có thể được thiết kế. Khi di chuyển một vật nhỏ dọc theo đường uốn lượn của mạch máu, đây có thể là một đặc điểm quan trọng.

Hơn cả thuốc

Trong khi nhóm của Tian có thể di chuyển một vật thể nhỏ phía sau một cấu trúc rắn thì các chùm xoáy âm thanh cũng có thể di chuyển các hạt trong cả chất khí và chất lỏng.

Mặc dù phương pháp hiện tại nhắm vào các hạt nhỏ bên trong các chất đó, việc tích hợp các bộ phát năng lượng âm thanh cùng với robot có những ứng dụng ngoài phẫu thuật và các hạt rất nhỏ.

Trợ lý Giáo sư Zhenhua Tian (phải) cùng sinh viên điều khiển máy phát siêu âm do mình sáng chế.

Thao tác robot không tiếp xúc có tiềm năng trong nhiều ứng dụng khác trong nghiên cứu kỹ thuật, sinh học và hóa học. Một số trong số đó bao gồm:

• Điều khiển microrobot
• Xử lý các hạt sinh học mỏng manh, chẳng hạn như exosome và tế bào
• Vận chuyển giọt thuốc thử nguy hiểm
• Kiểm soát khả năng tự lắp ráp của vật liệu keo
• Bố trí vật liệu nano chế tạo composite

Tian cho biết: “Khi chúng tôi tham gia triển lãm STEM gần đây, những đứa trẻ đến thăm chúng tôi rất thích đặt những hạt nhỏ vào trường âm thanh vô hình do thiết bị của chúng tôi tạo ra, nhưng chúng tôi muốn tạo cơ hội cho chúng di chuyển những vật thể lớn hơn”.

Năm tới, tác giả kỳ vọng sẽ tạo được một bộ phát công suất lớn hơn có thể bọc và gắp được một khối với kích cỡ một quả bóng bàn.