Sáng chế hữu ích từ học sinh

Thứ năm, 10/05/2018

Học sinh ở Hưng Yên đang nghiên cứu chế tạo hạt nano phủ vàng, điều khiển nhiệt độ bức xạ bằng tia laser để diệt tế bào ung thư.

1. Học sinh lớp 10 chế tạo đầu dò nano chữa ung thư

Hai học sinh ở Hưng Yên đang nghiên cứu chế tạo hạt nano phủ vàng, điều khiển nhiệt độ bức xạ bằng tia laser để diệt tế bào ung thư.

Đề tài Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang nhiệt của các đầu dò nano nhằm ứng dụng trong diệt tế bào ung thư của Lê Hoàng Bách và Lê Dương Minh (lớp 10 Anh 1, trường THPT chuyên Hưng Yên) đạt giải tư cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học năm 2017-2018 khu vực phía Bắc. Đề tài được tiến sĩ Vũ Xuân Hòa, Phó khoa Vật lý và Công nghệ (Đại học Khoa học, Đại học Thái nguyên) đánh giá cao về tính khoa học cơ bản và khả năng ứng dụng.

Ý tưởng nghiên cứu, chế tạo đầu dò nano chữa ung thư được hình thành khi Lê Hoàng Bách thấy trong phim, công nghệ nano được sử dụng nhiều ở ngành y, chế tạo vũ khí. Nam sinh tò mò, tìm hiểu các tài liệu nói về tác dụng của công nghệ này. Em tìm đến giáo viên dạy Vật lý của trường THPT chuyên Hưng Yên, bày tỏ mong muốn được nghiên cứu dùng hạt nano để chữa bệnh ung thư.

Từ đầu năm học lớp 10, Bách cùng giáo viên Vật lý Nguyễn Vũ Ánh Tuyết và bạn cùng lớp Lê Dương Minh, bắt tay vào nghiên cứu. Nhóm chế tạo hạt nano phủ vàng bán nguyệt nhờ phương pháp bốc bay nhiệt điện trở, thu được khoảng 60% hạt. Các hạt nano này có lõi từ và được phủ lớp kim loại vàng nên có cả tính quang và từ, vì vậy sẽ hiệu quả hơn các hạt nano thường.

"Điểm mấu chốt của đề tài nằm ở quy trình tính toán công suất, cường độ chiếu laser vào từng hạt nano. Với công suất và cường độ chiếu laser phù hợp, từng hạt nano có thể hấp thụ nhiệt và phát xạ phù hợp để tiêu diệt tế bào ung thư mà không gây hại các tế bào khác", trưởng nhóm Hoàng Bách nói.

Nguyên lý của công nghệ là tiêm các hạt nano phủ vàng hình bán nguyệt vào cơ thể người bệnh qua mạch máu. Những hạt nano này, dựa vào đặc tính khác biệt của tế bào ung thư và tế bào thường, sẽ tự tìm đến tế bào ung thư và cấy vào khối u. Dưới sự điều khiển của tia laser, hạt nano hấp thụ rồi phát xạ nhiệt tiêu diệt tế bào ác tính.

Suốt 4 tháng thực hiện đề tài, hai học trò lớp 10 dốc sức học trước kiến thức Vật lý, Hóa học lớp 11, 12, nghiên cứu tài liệu khoa học chuyên môn bằng tiếng Anh. Các em cùng giáo viên hướng dẫn nhiều lần phải bắt xe lên trung tâm nghiên cứu tại Hà Nội, Thái Nguyên để thực hiện thí nghiệm, do cơ sở vật chất ở THPT chuyên Hưng Yên không đáp ứng được. Những vật mẫu thí nghiệm không sẵn có trong nước, ba cô trò lại bỏ tiền để nhờ người mua ở nước ngoài gửi về.

"Có lần ba cô trò lặn lội từ 5h sáng lên Đại học Khoa học Thái Nguyên để làm thí nghiệm mẫu. Sau 4-5 tiếng chờ đợi, thí nghiệm không thành công, cô trò phải làm lại vào buổi chiều. Kết quả sau đó vẫn chưa đạt như ý, cô trò lại tìm đến Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội để thực hiện thí nghiệm khác", Bách kể.

Hai học sinh lớp 10 Lê Hoàng Bách và Lê Dương Minh nghiên cứu đầu dò nano chữa ung thư.

Để áp dụng vào thực tiễn, đề tài của nhóm Hoàng Bách phải chứng minh được sự thành công khi nghiên cứu trên tế bào ung thư trong điều kiện đặc biệt ở phòng thí nghiệm; nghiên cứu tế bào ung thư trên cơ thể sống (chuột bạch hay thỏ) trong phòng thí nghiệm và thí nghiệm trên cơ thể sống với điều kiện thường. Giáo viên Nguyễn Vũ Ánh Tuyết cho biết, bước đầu đơn hạt nano cấy vào tế bào ung thư trong phòng thí nghiệm đã có tác động, làm thay đổi hình thái của tế bào ác tính.

"Đây là đề tài quá khó, mang tầm quốc tế mà hai học sinh lớp 10 cho ra kết quả bước đầu như vậy là rất đánh hoan nghênh", một thành viên Ban giám khảo cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia nói.

Tiến sĩ Vũ Xuân Hòa, Phó khoa Vật lý và Công nghệ (Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên) cũng đánh giá cao tính mới mẻ của nghiên cứu dùng hiệu ứng quang nhiệt ở một hạt nano vàng nhằm tiêu diệt tế bào ung thư. Trên thế giới, công nghệ này chủ yếu thực hiện trên nhiều hạt nano.

Với hy vọng tìm ra phương pháp điều trị ung thư an toàn cho ngày càng nhiều bệnh nhân, hai học sinh trường THPT chuyên Hưng Yên sẽ tiếp tục nghiên cứu đề tài. Sắp tới các em sẽ thí nghiệm trên cơ thể sống (chuột bạch, thỏ) trong phòng thí nghiệm. Nếu thành công, nhóm có thể đi đến bước cuối cùng là thử nghiệm trên cơ thể sống ở điều kiện bình thường.

2. Kính đọc chữ dành cho người khiếm thị của học sinh Sài Gòn

Chiếc kính của Minh Khôi và Phương Thảo có thể nhận diện chữ viết, sau đó phát ra âm thanh đọc cho người khiếm thị với độ chính xác 89%.

Đề tài Kính hỗ trợ đọc văn bản dành cho người khiếm thị vừa đạt giải nhất cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia học sinh trung học khu vực phía Nam, được chọn để tham dự Hội thi khoa học kỹ thuật quốc tế (Intel ISEF) 2018 tại Mỹ vào tháng 5 tới. Tác giả của dự án là hai học sinh lớp 12 trường THPT chuyên Lê Hồng Phong (TP HCM) - Nguyễn Hoàng Minh Khôi và Vũ Phương Thảo.

Phương Thảo giới thiệu sản phẩm của nhóm. (Ảnh: Mạnh Tùng).

Phương Thảo cho biết, ý tưởng nảy sinh từ trở ngại của nhiều người khiếm thị muốn đọc sách báo, các loại văn bản. Song ở Việt Nam hiện chỉ có vài phương tiện hỗ trợ như sách chữ nổi, máy đọc sách... Các thiết bị này còn nhiều hạn chế, giá cao nên ít ngưới khiếm thị có thể tiếp cận.

"Chúng em thực hiện đề tài với mong muốn chế tạo thành công chiếc kính với vai trò như một con mắt thông minh, hỗ trợ đọc chữ cho người khiếm thị Việt Nam, giúp họ có thể chủ động tiếp nhận thông tin và tự tin trong cuộc sống", Thảo chia sẻ.

Quy trình hoạt động của kính bắt đầu bằng các cảm biến ánh sáng và khoảng cách thu nhận trị số môi trường để hỗ trợ hình ảnh tốt nhất. Sau đó, camera thu nhận hình ảnh văn bản chuyển về điện thoại để phân tích, nhận diện chữ viết với Google Vision kết hợp Tesseract (kỹ thuật giúp nhận dạng các ký tự trên một bức ảnh), từ đó phát ra âm đọc cho người khiếm thị.

Chiếc kính dành cho người khiếm thị của nhóm. (Ảnh: Mạnh Tùng).

Theo Thảo, điểm nổi bật của dự án là nhóm đã nghiên cứu và xây dựng được mô hình nhận dạng hình ảnh trên các ký tự tiếng Việt, xử lý và khử nhiễu trên nền tảng ngôn ngữ và lập trình. Nhờ đó, các ký tự được nhận diện chính xác hơn, trên nhiều loại văn bản hơn.

"Nhóm cũng đã ứng dụng các công nghệ 4.0 như máy học và mạng nơron nhân tạo để huấn luyện cơ sở dữ liệu ký tự tiếng Việt nhằm cải thiện độ chính xác. Các dữ liệu này cũng được cập nhật liên tục", Thảo cho biết.

Sau khi thực hiện dự án, hai học sinh đã mang kính đến thử nghiệm tại Hội người mù TP HCM và trường Phổ thông đặc biệt Nguyễn Đình Chiểu. Sau đó, hai em cải thiện dần khâu tiền xử lý nhận diện văn bản và trau chuốt hơn ở phần hậu xử lý để đưa ra đoạn ký tự hoàn chỉnh, biến thành âm đọc.

Qua các buổi thử nghiệm, nhóm đã nhận được phản hồi khá tốt từ những người khiếm thị khi độ chính xác được đo lường khoảng 89%.

Đại diện nhóm cho rằng, chiếc kính vẫn còn nhiều hạn chế như chưa gọn, nặng, các linh kiện tốn diện tích và tỏa nhiệt gây khó chịu. Các thuật toán của phần mềm chưa tối ưu, phần mềm chỉ chạy được trên hệ điều hành Android nên phải sử dụng điện thoại. Điều này rất bất tiện cho người mù.

"Hiện chúng em tiếp tục nghiên cứu để cải thiện bộ nhận diện, mở rộng thêm nhiều loại ngôn ngữ và hướng tới nhận diện cả chữ viết tay. Kính cũng được thiết kế nhỏ, gọn hơn để người sử dụng thuận tiện hơn", đại diện nhóm cho hay.

Nguyễn Hoàng Minh Khôi (thứ hai từ trái qua) và Vũ Phương Thảo (thứ tư từ trái qua) nhận giải nhất cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học phía Nam. (Ảnh: Mạnh Tùng).