Con người đã nghiên cứu loài muỗi hàng trăm năm chỉ để tạo ra một chiếc kim tiêm không gây đau đớn?

Khi bị "kim" đâm vào da, bạn không cảm thấy gì, thậm chí còn cảm thấy hơi ngứa. Đúng, nó được thực hiện bởi con muỗi mà bạn ghét nhất. Hôm nay tôi muốn nói với các bạn về việc loài muỗi mà các bạn cực kỳ ghét sử dụng những phương pháp hút máu tinh vi để khiến các bạn chảy máu mà không đau đớn như thế nào.

Hãy hỏi, nơi nào trên thế giới mà trẻ sơ sinh khóc nhiều nhất? Chỉ có một câu trả lời duy nhất, đó chính là phòng tiêm của khoa nhi bệnh viện.

Dù là kim truyền hay ống tiêm, chỉ cần vật sáng này lộ ra chắc chắn sẽ khiến đứa trẻ nào cũng phải khóc. Suy cho cùng, trong hàng triệu năm tiến hóa của loài người, chúng ta có thể ngay lập tức cảm thấy nguy hiểm khi nhìn thấy kim tiêm và những vật sắc nhọn, vì vậy nỗi sợ kim tiêm có thể nói đã khắc sâu vào gen của con người. Nhưng có một ngoại lệ.

Khi một chiếc “kim” đâm vào da, bạn không cảm thấy gì, thậm chí còn cảm thấy hơi ngứa. Vâng, đó là con muỗi bạn ghét nhất.

Sau khi muỗi hút máu, nó khiến bạn gần như không thấy đau đớn gì ngoại trừ để lại vết loét cực kỳ ngứa ngáy. Cùng một chiếc “kim” đâm vào da, làm sao muỗi hút máu mà không đau đớn? Để trả lời câu hỏi này, nhiều nhà khoa học đang nghiên cứu loài muỗi và cố gắng phát triển những chiếc kim trông giống miệng muỗi. Xin chào mọi người, tôi là một người đánh giá tồi. Hôm nay tôi sẽ nói với bạn về việc loài muỗi mà bạn cực kỳ ghét sử dụng những phương pháp hút máu tinh vi để khiến bạn chảy máu mà không đau đớn.

# Làm thế nào muỗi hút máu mà không đau? Nếu bạn bắt được một con muỗi sống, bạn sẽ thấy kim của nó mềm đến mức dù bạn có cố gắng thế nào cũng không thể đâm xuyên qua da. Vì muỗi không trực tiếp đâm vào da bằng kim ở miệng nên chúng có kỹ thuật hút máu đặc biệt. Cấu trúc phần miệng của muỗi Đây là muỗi Culex, loài muỗi đốt bạn thường xuyên nhất.

Nhìn từ bên ngoài, phần miệng của muỗi trông giống như một chiếc kim, nhưng cấu trúc thực tế rất phức tạp và trông giống một chiếc máy tạo lá chắn hơn. Những gì chúng ta có thể nhìn thấy là môi dưới của con muỗi, trông giống như một cái bao kiếm và chứa sáu chiếc kim.

Một cặp hàm trên, một cặp hàm dưới, môi trên và một cái lưỡi. Phần trước của hàm dưới của muỗi có răng cưa, bên trong mềm và bên ngoài cứng. Càng gần đầu thì độ cứng bề mặt càng cao. Nó có nhiệm vụ đâm và cưa da, trong khi hàm trên rất sắc và có nhiệm vụ cắt da. Lưỡi có nhiệm vụ bơm nước bọt, môi trên có nhiệm vụ hút máu, còn “bao kiếm” là môi dưới có nhiệm vụ định vị và mở vết thương.

Vì vậy, muỗi không đốt bạn bằng kim mà sử dụng cấu hình "6+1" để hút máu bạn. Muỗi hút máu bằng cách nào? Hôm nay, con muỗi Culex này lại dừng lại trên cơ thể bạn và quyết định hút một ít máu, nhưng quá trình này không hề dễ dàng.

Đầu tiên, muỗi sẽ siết chặt phần miệng và tác động mạnh lên da của bạn. Lúc này, "Lục Mạch Thần Kiếm" quấn dưới môi dưới của nó sẽ cùng nhau rút ra khỏi vỏ, hàm trên sẽ bị tấn công trước. Cây kim này có đầu nhọn nhất, giống như một thanh kiếm lá xuyên qua da bạn, rồi đến hàm dưới có đầu răng cưa, có nhiệm vụ cưa xuyên qua da, giúp phần miệng tiếp tục đâm sâu hơn.

Lúc này, nhìn từ bên ngoài da, môi dưới của muỗi cong thành hình vòng cung, phần dưới sát vào da bạn. Trong khi mở vết thương, nó hướng dẫn các phần miệng khác tìm mạch máu, giống như tay trái cầm một chiếc đinh, hướng dẫn tay phải nơi búa sẽ rơi.

Nhưng muỗi không thể tìm thấy mạch máu 100% nên hàm trên và hàm dưới của nó giống như một con dao của quân đội Thụy Sĩ, sử dụng tần số 10-15hz để liên tục đâm và cắt, lang thang giữa da và thịt của bạn, tìm kiếm các mao mạch thích hợp. Quá trình cắn này thậm chí có thể kéo dài vài phút. Cuối cùng, con muỗi đã tìm thấy mạch máu mục tiêu và hai ống ở giữa phần miệng là môi trên và lưỡi bắt đầu hoạt động.

Lưỡi có nhiệm vụ bơm nước bọt vào mạch máu của bạn. Nước bọt của muỗi có chứa anophelin, có tác dụng ngăn ngừa đông máu và giúp máu lưu thông dễ dàng hơn. Nó cũng chứa protein gây mê, có thể làm giảm độ nhạy cảm của da khi hút máu.

Bước cuối cùng của phần miệng của muỗi là hút máu. Lúc này, cuối cùng cũng đến lượt môi trên phát huy tác dụng. Giống như hàm dưới, nó mềm ở bên ngoài và cứng ở bên trong. Càng gần đầu thì độ cứng bề mặt càng cao. Nó có nhiệm vụ đưa máu tươi vào mao mạch và vận chuyển máu tươi ra ngoài.

Khi muỗi hút quá nhiều máu, bụng của nó sẽ nở ra to hơn chính nó. Lúc này, nó sẽ tách nước trong máu và nhường chỗ để lưu trữ nhiều hồng cầu bổ dưỡng hơn. Toàn bộ quá trình hút máu mất gần 240 giây. Ngay cả trong điều kiện không bị nhiễu, vẫn có một nửa khả năng muỗi không thể hút máu.

Nhưng muỗi Culex trong nhà bạn thật may mắn. Trước khi bạn tìm thấy nó, nó đã hát một bài hát ngắn rồi bỏ đi. Nước bọt nó để lại sẽ được hệ thống miễn dịch của bạn nhận ra là "vi-rút ngoại lai" và bắt đầu một cuộc chiến miễn dịch.

Protein chức năng trong nước bọt của muỗi sẽ liên kết với các tế bào nhạy cảm dưới da và niêm mạc, khiến tế bào giải phóng histamine và các chất khác, gây đỏ da, phù nề và ngứa.

Vậy bản chất của túi chống muỗi là dị ứng. Nếu ai đó bị muỗi đốt trong thời gian dài, hệ thống miễn dịch của anh ta sẽ có thể bỏ qua protein trong nước bọt của muỗi và cuối cùng anh ta sẽ không bị muỗi đốt. Nhưng trên thực tế, hầu hết mọi người đều chưa bị muỗi đốt đủ mức nên khó có thể miễn nhiễm trước sự tấn công của muỗi. Nước bọt của muỗi không chỉ khiến bạn đầy hơi mà nếu muỗi mang theo các mầm bệnh do muỗi truyền như ký sinh trùng sốt rét, virus sốt xuất huyết, virus zika, viêm não Nhật Bản thì các mầm bệnh này cũng sẽ hòa vào cơ thể theo nước bọt lúc này.

Cho đến ngày nay, hơn 700.000 người vẫn chết vì muỗi đốt mỗi năm. #Làm thế nào để làm những chiếc kim có phần miệng như con muỗi? Sau khi quan sát quá trình hút máu của muỗi, bí ẩn về cách hút máu không đau đớn của nó đã được giải đáp: thứ nhất, nước bọt của nó có chứa thuốc gây mê, thứ hai là bộ phận miệng nhỏ xíu nhưng khác biệt và cách thâm nhập rung động. Sau đó, một số học sinh hỏi, liệu con người có thể tạo ra một chiếc kim giống như phần miệng của muỗi để mô phỏng vết muỗi đốt và khiến vết tiêm bớt đau hơn không?

Điều này phải kể đến công nghệ microneedle. Lấy cảm hứng từ khả năng "hút máu không đau" của muỗi, nhà khoa học Nhật Bản Fumio Kamiyama đã phát triển một chiếc kim tiêm cực kỳ mảnh với đường kính chỉ 60 micron. Bằng cách sắp xếp nhiều dãy kim nhỏ như vậy, có thể đạt được tốc độ phân phối thuốc nhanh chóng.

Loại microneedle này chỉ dài vài trăm micron đến vài mm. Nó có thể đi qua lớp sừng của da mà không chạm vào dây thần kinh gây đau. Nó tạo thành một kênh phân phối thuốc trên bề mặt da, cho phép thuốc đạt đến độ sâu được chỉ định của da và đi vào mạng lưới mao mạch dưới da để hấp thụ. Thuốc sẽ thẩm thấu mà không gây đau đớn hay tổn thương da. Công nghệ microneedle có thể nói là một bước nhảy vọt về công nghệ trong việc phân phối thuốc và lấy mẫu máu. Đặc biệt đối với những người mắc bệnh tiểu đường và những người cần tiêm thuốc lâu dài, họ không còn phải chịu đựng cơn đau khi tiêm nữa. Cảm giác này chỉ có thể diễn tả bằng một từ, ngầu (Shen Teng)!

Tuy nhiên, do kim siêu nhỏ nhân tạo xâm nhập trực tiếp vào da nên lực xuyên thấu lớn hơn ba bậc so với kim định hình muỗi và chúng dễ bị cong vênh, gãy trong quá trình thâm nhập. Ứng dụng lâm sàng quy mô lớn vẫn chưa đạt được.

Có thể nhìn thấy một đường gân hình chữ V có chiều dài 20 ~ 25 μm ở cuối môi trên của muỗi. Cấu trúc này giúp tăng cường sức mạnh và độ cứng của môi trên, khiến nó ít bị tổn thương do uốn cong hơn. Thiết kế tự nhiên này vượt trội hơn nhiều so với tất cả các thiết kế kim và microneedle thông thường. Vì vậy, từ góc nhìn của Tạo hóa, những chiếc kim sinh học được chế tạo bằng công nghệ hiện có chỉ là sự mô phỏng kém cỏi của phần miệng muỗi.

Ngoài ra, việc thiết kế một số thiết bị y tế cũng đã học hỏi từ cấu trúc phần miệng của muỗi, chẳng hạn như kim sinh thiết. Sinh thiết là cách phổ biến nhất để chẩn đoán ung thư. Các bác sĩ sử dụng kim sinh thiết để thu thập một mảnh mô nhỏ, gọi là mẫu, từ khối u nghi ngờ. Sau đó, nhà nghiên cứu bệnh học sẽ xem xét mẫu dưới kính hiển vi để đưa ra chẩn đoán chính xác. Tuy nhiên, kim sinh thiết có thể gây tổn thương mô, biến dạng, di chuyển và các vấn đề khác trong quá trình đưa vào.

không chỉ ảnh hưởng đến độ chính xác của chẩn đoán mà còn có thể gây chấn thương cho bệnh nhân. Đặc biệt đối với mô não, ngay cả những chấn thương nhỏ cũng có thể gây tổn thương não không thể phục hồi nên giới y khoa rất mong muốn có được một cây kim sinh thiết không gây tổn thương mô. Năm 2017, bốn nhà khoa học của Đại học Temple đã phát triển một loại kim phẫu thuật sinh học mượn cấu trúc răng cưa của hàm muỗi.

Họ đã thử nghiệm trên não bò và gan bò và nhận thấy rằng chiếc kim có cấu trúc đặc biệt này hoạt động hiệu quả hơn. So với kim thông thường, kim răng cưa giảm lực cản khoảng 10-25% khi đâm vào não bò và giảm lực cản 35-45% khi đâm vào gan bò. Điều này cũng có nghĩa là kim sinh thiết này có lực cản ít hơn khi đưa vào da, ít gây biến dạng cho mô trong quá trình đưa và đùn và ít gây dịch chuyển hơn.

Tại Hội nghị Trí tuệ Nhân tạo Thế giới vào tháng trước, Phòng thí nghiệm Công nghệ Cảm biến Trọng điểm Nhà nước, Viện Vi hệ thống Thượng Hải, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã trình diễn một đầu dò thần kinh sinh học linh hoạt giống như phần miệng của muỗi. Nói một cách đơn giản, nó là một giao diện não-máy tính xâm lấn có thể được sử dụng để nghiên cứu lâm sàng, theo dõi và điều trị các bệnh về não như động kinh, trầm cảm và ALS.

Đầu dò thần kinh sinh học giống muỗi này mô phỏng cấu trúc độc đáo của hàm dưới và môi trên của muỗi - một thanh cứng bên ngoài và một ống hút dẻo ở bên trong - độ cứng của thanh bên ngoài đảm bảo việc cấy ghép, trong khi ống hút mềm có thể được giữ lại trong cơ thể để thu thập. Độ cứng của lớp vỏ bên ngoài thậm chí có thể xuyên qua màng cứng. So với các giao diện não-máy tính truyền thống đòi hỏi phải cắt mở vật liệu dura rồi cấy vào thì thuận tiện hơn và các điện cực sẽ không bị hỏng trong quá trình thâm nhập.

Mảng cảm biến xúc giác có độ nhạy cao phía sau đầu dò cũng đã học được cách muỗi sử dụng xúc giác thay vì thị giác để định vị và có thể phân biệt chính xác liệu đầu dò chạm vào mô não hay mạch máu, từ đó tránh được tổn thương mạch máu.

Con người đã nghiên cứu nguyên lý sinh học của thiết bị tạo mẫu muỗi trong hàng trăm năm. Khó khăn tiếp theo nằm ở công nghệ sản xuất micro-nano và giảm giá thành. Mặc dù tất cả chúng ta đều ghét muỗi nhưng vô số nhà khoa học đang nỗ lực bắt chước muỗi, để một ngày nào đó việc tiêm hay phẫu thuật của chúng ta sẽ không đau đớn như muỗi đốt.

Mặc dù chúng ta vẫn chưa bắt chước được thiết kế tinh tế của thiên nhiên nhưng điều này không thể ngăn cản con người hiểu và học hỏi từ nó cho đến khi chúng ta trở thành người sáng tạo ra chính mình.