Những thiết bị điện tử sinh học linh hoạt theo cơ thể

Các nhà khoa học đang đẩy mạnh việc phát triển các thiết bị y tế mới dùng ngoài da hoặc cấy trực tiếp vào cơ thể. Đặc biệt, những thiết bị này không khiến bệnh nhân cảm thấy vướng víu khó chịu, bởi chúng được thiết kế mềm mại và co giãn linh hoạt theo chuyển động cơ thể.

1. Cảm biến giá rẻ theo dõi các dấu hiệu sức khỏe Paper Skin

Các thiết bị điện tử mềm dẻo có tiềm năng ứng dụng trong nhiều sản phẩm chăm sóc y tế, nhưng qui trình chế tạo chúng khá phức tạp và sử dụng vật liệu mắc tiền. Nhằm hạ giá thành những thiết bị này, nhóm sáng chế tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (Saudi Arabia) đã tận dụng những vật liệu giá rẻ dễ tìm để chế tạo ra loại cảm biến mới gọi là "Paper Skin".

Theo đó, họ dùng loại vật liệu làm giấy ghi chú để đo độ ẩm, vật liệu chế tạo xốp rửa chén và khăn lau để đo áp suất và giấy bạc để phát hiện chuyển động. Dùng bút chì tô lên giấy ghi chú sẽ giúp phát hiện nồng độ axít, trong khi giấy nhôm và mực bạc dẫn điện được dùng phát hiện các mức nhiệt khác nhau. Tất cả vật liệu trên được kết hợp với nhau tạo thành một tấm giấy cảm biến hoạt động tốt như các sản phẩm da nhân tạo hiện có. Trưởng nhóm nghiên cứu Muhammad Mustafa Hussain cho biết sắp tới, ông và cộng sự tiếp tục cải tiến Paper Skin để chế tạo các hệ thống giám sát sức khỏe theo thời gian thực, dùng đo các dấu hiệu quan trọng của cơ thể gồm nhịp tim, huyết áp, hơi thở và cử động.

2. "Hình xăm" tạm thời đo đường huyết qua da

Đầu năm 2016, các kỹ sư nano tại Đại học California (Mỹ) đã thử nghiệm thành công một "hình xăm" tạm thời thông minh có khả năng đo nồng độ glucose trong chất dẫn lưu giữa các tế bào da. Cảm biến còn có tên "tem sinh học" này chứa một mạch điện linh hoạt - bộ phận có thể được "nạp điện" qua mạng không dây và đủ độ co giãn để chuyển động theo làn da.

Trưởng nhóm phát triển John Rogers cho biết mặc dù "hình xăm" này có nhiều ứng dụng tiềm năng nhưng nhóm của ông hiện tập trung khai thác khả năng dùng nó theo dõi tình trạng của bệnh nhân trong phòng cấp cứu và phòng nghiên cứu giấc ngủ. Dự kiến, sản phẩm hoàn thiện đầu tiên sẽ ra mắt vào cuối năm 2016.

3. Cảm biến sinh hóa bám dính trên da

Loại cảm biến này khi dán lên da sẽ phân tích mồ hôi của người dùng rồi truyền các thông tin sức khỏe tới ứng dụng đi kèm trên điện thoại thông minh. Giáo sư Joseph Wang, Giám đốc Trung tâm Cảm biến đeo trên người tại Đại học California, cho biết mục tiêu phát triển các cảm biến mềm dẻo của nhóm nghiên cứu là sử dụng mồ hôi, nước bọt và nước mắt để thu thập thông tin về khả năng tập luyện và sức khỏe thể chất người dùng.

Đầu năm nay, nhóm của ông cũng đã phát triển một cảm biến đeo trong miệng dùng kiểm tra các chỉ dấu sinh học quan trọng vốn đòi hỏi phải rút máu để xét nghiệm, chẳng hạn như axít uric (dấu hiệu nhận biết sớm của bệnh tiểu đường và bệnh gút).

4. Thiết bị giám sát có thể tiêm vào não

Các thiết bị cấy ghép hiện hành mặc dù có thể theo dõi tình trạng của các bệnh nhân bị động kinh hoặc tổn thương não nhưng chúng có hạn chế là cứng và nhiều góc cạnh (có thể tổn thương mô não vốn khá mềm), do đó khó có thể áp dụng lâu dài. Để cải tiến, nhóm nghiên cứu do Giáo sư hóa học Charles Lieber ở Đại học Harvard (Mỹ) dẫn đầu đã vận dụng khoa học và công nghệ nano để phát triển các thiết bị giám sát cực nhỏ. Sản phẩm của họ nhỏ đến nỗi các bác sĩ có thể dùng kim để tiêm nó vào não. Ngay sau khi tiêm, tấm lưới điện tử có kích cỡ nano sẽ lan ra và giám sát hoạt động của não, kích thích mô não và thậm chí tương tác với các tế bào thần kinh.

5. Hệ thống truyền thuốc nhờ vật liệu nano

Phó giáo sư ngành kỹ thuật hóa-sinh Dae-Hyeong Kim và cộng sự tại Đại học Quốc gia Seoul (Hàn Quốc) đang theo đuổi mục tiêu ứng dụng công nghệ nano vào các hệ thống y sinh thế hệ mới. Hiện tại, họ hy vọng các thiết bị điện tử làm bằng vật liệu nano dùng để truyền thuốc và phục hồi mô cơ thể sẽ sớm có mặt trên thị trường.

Trước đó, nhóm nghiên cứu từng sản xuất thành công miếng dán điện tử có khả năng lưu trữ thông tin sức khỏe, công cụ chẩn đoán bệnh và thuốc dùng dành cho bệnh nhân Parkinson. Theo đó, khi phát hiện người dùng bị rung, cảm biến nhiệt và thân nhiệt trong miếng dán sẽ tự động giải phóng một lượng thuốc nhất định thông qua các phân tử nano được thiết kế đặc biệt để kiểm soát kịp thời cơn rung.

6. Thiết bị điện tử cấy ghép lâu dài

Thiết bị cấy ghép mềm dẻo do hai nhà khoa học Stephanie Lacour và Gregoire Courtine tại Đại học Bách khoa liên bang Thụy Sĩ, Lausanne (EPFL) phát triển dùng điều trị cho bệnh nhân tổn thương tủy sống. Sau khi được cấy dưới lớp màng cứng bảo vệ tủy sống, e-Dura sẽ phát ra các xung điện kích thích và hoặc giải phóng hóa chất hỗ trợ quá trình phục hồi chức năng tủy sống cho bệnh nhân. Đặc biệt, khả năng đàn hồi và tương thích sinh học của thiết bị còn giúp giảm thiểu nguy cơ gây viêm nhiễm hoặc tổn thương mô, đồng nghĩa nó có thể cấy ghép trong cơ thể trong thời gian dài.

Công bố trên tạp chí Science, nhóm chuyên gia cho biết kết quả thử nghiệm thiết bị trên những con chuột bị liệt cho thấy chúng đã phục hồi khả năng đi lại sau vài tuần tập vận động. "e-Dura đã chứng tỏ khả năng sử dụng các thiết bị cấy ghép mềm dẻo trong việc phục hồi chức năng và điều trị", bà Nanshu Lu - Phó giáo sư ngành kỹ thuật công nghệ tại Đại học Texas (Mỹ) - nhận xét.

AN NHIÊN (Theo Live Science, Daily Mail)