Theo đánh giá của
CNN năm 2013, kỹ sư ngành kỹ thuật y sinh chiếm vị trí số 1 trong 100 ngành nghề có sự tăng trưởng nhanh nhất của Mỹ giai đoạn 2010 - 2020. Sự tăng trưởng này trong 10 năm chiếm 61,7% với tổng cộng 15.700 việc làm. Mức lương mỗi kỹ sư được chi trả bình quân là 87.000 USD/năm. Theo
USNews năm 2019, trong khối ngành kỹ thuật có cơ hội nghề nghiệp tốt nhất ở Mỹ, ngành kỹ thuật y sinh chiếm vị trí thứ 6, mức lương trung bình là 88.000 USD/năm.
Kỹ thuật y sinh là gì? Kỹ thuật y sinh (Biomedical Engineering - BME) là một ngành học liên ngành, sinh viên theo học ngành này được trang bị kiến thức về kỹ thuật, điện tử, tin học, sinh học và y học. Ứng dụng phổ biến của BME liên quan đến việc xử lý những thách thức của y học như hình ảnh y tế, các vấn đề về cơ – xương – khớp và các tổ chức nhân tạo, vật liệu sinh học thay thế, kỹ thuật mô-phôi, kỹ thuật thần kinh...
Kỹ sư kỹ thuật y sinh được đào tạo để nghiên cứu, thiết kế, cải tiến, phân tích và khai thác những tiến bộ khoa học kỹ thuật được tích hợp trong các trang thiết bị y tế, hệ thống máy tính, hệ điện tử và/hoặc phần mềm xử lý thông tin y học. Kỹ sư kỹ thuật y sinh là những chuyên gia góp phần cải thiện/nâng cấp tính năng của các bộ phận như chân tay giả, công nghệ phân phối/dẫn thuốc có lập trình hướng đích, kỹ thuật mô-phôi và tế bào gốc, phân tích và xử lý tín hiệu y sinh, công nghệ tìm diệt mầm bệnh trong cơ thể và một loạt các công nghệ khác giúp bảo vệ và nâng cao sức khỏe con người.
Sau khi tốt nghiệp, các kỹ sư kỹ thuật y sinh không chỉ làm trong môi trường bệnh viện, các phòng khám được trang bị các thiết bị y tế công nghệ cao mà còn có thể làm việc ở các công ty, nhà máy, viện nghiên cứu có liên quan đến các thiết bị-vật liệu y sinh, xử lý thông tin y tế.
Ngành kỹ thuật y sinh được đào tạo ở đâu? Trên thế giới, rất nhiều trường đại học hàng đầu của các nước phát triển có chương trình đào tạo về kỹ thuật y sinh. Đặc biệt, phần lớn các trường Đại học lớn của Mỹ đều đào tạo ngành này.
Một số trường được xếp hạng của thế giới đào tạo kỹ thuật y sinh như: Vương quốc Anh:
University of Oxford (#1),
University of Cambridge (#2),
Imperial College London (#9), University College London (#14); Mỹ:
Stanford University (#3),
Massachusetts Institute of Technology (#4),
California Institute of Technology (#5),
Harvard University (#6):
Princeton University (#7),
Yale University (#8); Johns Hopkins University (#12); Úc:
University of Melbourne (#32); Nhật:
The University of Tokyo (#42),
Kyoto University (#65); Hàn Quốc:
Seoul National University (#63); Singapore:
National University of Singapore (#23),
Nanyang Technological University (#51); Trung Quốc:
Tsinghua University (# 22);
Peking University (#31).
Chương trình đào tạo kỹ thuật y sinh của Trường đại học Johns Hopkins được đánh giá tốt nhất năm 2019.
Tại Việt Nam, chỉ có 8 trường Đại học đón đầu xu hướng của thế giới để đào tạo về ngành kỹ thuật y sinh, trong đó miền Bắc có 3 trường và 5 trường còn lại ở Thành phố Hồ Chí Minh. Đặc biệt, một trường đại học ngoài công lập (
Trường Đại học PHENIKAA) đã mở mã ngành đào tạo về kỹ thuật y sinh với chương trình được tham khảo từ các Trường đại học hàng đầu của Mỹ, trong đó có trường Johns Hopkins.
Tùy theo mô hình đào tạo và nguồn sinh viên của mỗi trường mà chương trình đào tạo kỹ thuật y sinh được xây dựng phù hợp. Hình 1 là mô hình đào tạo ngành kỹ thuật y sinh của Trường Đại học California Davis, được đánh giá là một trong số các chương trình đào tạo tiêu biểu của Mỹ.
Hình 1. Chương trình đào tạo kỹ sư kỹ thuật y sinh của Trường Đại học California Davis (#59)
Các chuyên ngành liên quan đến kỹ thuật y sinh Như đã đề cập, kỹ thuật y sinh mang tính liên ngành và có nhiều chuyên ngành khác nhau. Kỹ sư kỹ thuật y sinh là những chuyên gia có kỹ năng tổng hợp, phân tích và giải quyết vấn đề của y học một cách tổng thể nhằm đạt được mục đích cuối cùng là cải thiện và nâng cao sức khỏe con người (Hình 2).
Hình 2. Những lĩnh vực liên quan đến kỹ thuật y sinh
Một số công nghệ của ngành kỹ thuật y sinh trong tương lai Robot y học Phẫu thuật có thể gây căng thẳng cho cả bệnh nhân và e kíp bác sĩ phẫu thuật. Những ca phẫu thuật lớn và phức tạp có thể kéo dài hàng giờ có thể làm cho bác sĩ mệt mỏi và gặp phải những sai lầm không mong muốn, thậm chí khiến cho bệnh nhân gặp phải những di chứng nặng nề hoặc tử vong. Các kỹ sư kỹ thuật y sinh có thể kết hợp với các kỹ sư tự động hóa nghiên cứu chế tạo ra những robot phẫu thuật thông minh hoặc có thể hỗ trợ điều khiển robot này thực hiện các thao tác phẫu thuật theo chỉ đạo của bác sĩ. Ngoài ra, họ cũng có thể tạo ra những robot giúp người bệnh trị liệu và phục hồi chức năng; hỗ trợ người già, người khuyết tật cải thiện khả năng vận động...
Hình 3. Robot phẫu thuật
Thiết bị nhân tạo thay thế các bộ phận của con người Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, đặc biệt là trí tuệ nhân tạo (artificial intelligent) mọi bộ phận của cơ thể con người đều có thể thay thế bằng những thiết bị nhân tạo có chức năng tương đương (Hình 4). Các kỹ sư kỹ thuật y sinh có thể tạo ra những thiết bị nhân tạo thông minh giúp cho những người khiếm thính, khiếm thị hay những người tàn tật khác có cơ hội trở lại cuộc sống của người bình thường.
Hình 4. Mô phỏng và thiết kế tim nhân tạo có chức năng tương tự như tim người
In 3D tổ chức nhân tạo thay thế ở người bằng vật liệu sinh học Kỹ thuật in 3D hiện nay có tốc độ xử lý nhanh và độ chính xác cao. Kỹ thuật này có tiềm năng tạo ra những tổ chức nhân tạo thay thế ở người trong tương lai. In sinh học (Bioprinting) là một công nghệ mới mà các kỹ sư kỹ thuật y sinh đang theo đuổi để tạo ra các mô và tổ chức sống trong phòng thí nghiệm từ vật liệu sinh học nhằm giải quyết nhu cầu cấy ghép nội tạng tăng vọt của con người. Khác với những vật liệu truyền thống, vật liệu sinh học có khả năng tương thích sinh học cao và giảm thiểu nguy cơ thải ghép.
Hình 5. Mũi và tai được in 3D từ vật liệu sinh học để cấy ghép vào cơ thể người
Công nghệ chỉnh sửa gen Công nghệ chỉnh sửa gen cho phép các nhà khoa học chỉnh sửa lại gen đối với bất kỳ sinh vật nào, kể cả con người. Công nghệ này có thể giúp con người loại bỏ hoàn toàn các bệnh di truyền, tăng cường khả năng phòng chống bệnh truyền nhiễm và bệnh không lây nhiễm (tiểu đường, béo phì…) hay nâng cao hiệu suất làm việc. Các thử nghiệm đã được tiến hành trên phôi người, tuy nhiên vẫn còn tranh cãi liên quan đến vấn đề đạo đức, cũng như nguy cơ sử dụng công nghệ này vào mục đích xấu.
Hình 6. Con người có khả năng chỉnh sửa gen theo ý muốn
Nano robot và thuốc thông minh Năm 2018, các nhà khoa học của Đại học bang Arizona và Trung tâm Khoa học & Công nghệ nano quốc gia Trung Quốc đã công bố về một loại nano robot DNA trên cơ sở công nghệ DNA-origami nhằm tiêu diệt tế bào ung thư. Các nano robot được lập trình để phân phối thuốc trực tiếp vào khối u để tiêu diệt các tế bào ung thư. Trong tương lai, các loại nano robot thông minh sẽ được phát triển để chẩn đoán hay điều trị hướng đích, chúng có thể đi theo mạch máu để tìm kiếm những tế bào ung thư hoặc những tác nhân gây bệnh truyền nhiễm để tiêu diệt mà không ảnh hưởng đến tế bào lành.
Hình 7. Mô phỏng nano robot trong mạch máu chứa vật liệu sinh học ức chế khối u
TS. Trần Quang Huy
(Sưu tầm và lược dịch)
