Thiết bị cảm biến không xâm lấn có thể theo dõi mồ hôi để tìm dấu hiệu viêm có gì đặc biệt?

Chứng viêm có liên quan đến một loạt rối loạn tâm thần và thể chất, trong đó liên quan đến các bệnh như: bệnh tim thiếu máu cục bộ, đột quỵ và bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD).

Trong khi phản ứng viêm cấp tính là cách tự nhiên của cơ thể để chống nhiễm trùng và tăng tốc độ chữa lành thì tình trạng viêm mãn tính hoặc lâu dài có thể dẫn đến tổn thương mô không hồi phục. Có thể nhanh chóng và dễ dàng phát hiện tình trạng viêm là “chìa khóa” để điều trị. Việc đo nồng độ protein phản ứng C (CRP) trong máu thường được sử dụng như một dấu ấn sinh học của tình trạng viêm nhưng đòi hỏi nhân viên và thiết bị phòng thí nghiệm phức tạp để phân tích mẫu máu.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ California, Caltech đã phát triển một thiết bị cảm biến được gọi là InflaStat có thể theo dõi tình trạng viêm, thiết bị này không dây và không xâm lấn bằng cách đo mức CRP trong mồ hôi con người.

Các nhà nghiên cứu đã phải vượt qua một số trở ngại trước khi chế tạo cảm biến phân tích mồ hôi. Vấn đề chính là CRP khó phát hiện hơn các phân tử khác. Nó hiện diện trong máu với nồng độ thấp hơn nhiều so với các dấu ấn sinh học khác và các phân tử của nó lớn hơn nhiều, nghĩa là việc bài tiết chúng từ máu vào mồ hôi khó hơn.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra thiết bị cảm biến không xâm lấn có thể đeo được để theo dõi dấu hiệu sinh học của tình trạng viêm trong mồ hôi.

Wei Gao, tác giả tương ứng của nghiên cứu cho biết: “Đó là những vấn đề chính ngăn cản mọi người thực hiện cảm biến CRP có thể đeo được trước đây. Chúng tôi cần độ nhạy cao để tự động theo dõi CRP nồng độ rất thấp trên da”.

InflaStat làm từ graphene được khắc bằng laser có chứa các lỗ nhỏ li ti tạo ra diện tích bề mặt lớn. Các lỗ chân lông chứa kháng thể liên kết với CRP và các phân tử đặc biệt gọi là phân tử oxi hóa khử có khả năng tạo ra một dòng điện nhỏ trong những điều kiện nhất định. Được kết hợp vào cấu trúc của cảm biến là các hạt nano vàng, mỗi hạt mang một bộ kháng thể phát hiện CRP riêng biệt.

Khi các phân tử CRP từ mồ hôi của người đeo đi vào cảm biến, chúng sẽ gắn vào cả kháng thể của máy dò và kháng thể trong các lỗ graphene. Sau đó, các hạt nano sẽ gắn vào graphene và kích hoạt phân tử oxi hóa khử để tạo ra dòng điện được đọc bởi các thành phần điện tử gắn với cảm biến.

Bởi vì mỗi hạt nano vàng chứa nhiều kháng thể dò tìm nên tín hiệu vốn rất nhỏ được khuếch đại nhiều hơn so với tín hiệu mà một phân tử CRP đơn lẻ sẽ tạo ra.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm InflaStat trên những người khỏe mạnh, bệnh nhân mắc COPD và người tham gia đã hồi phục sau khi bị nhiễm COVID. Họ phát hiện ra rằng cảm biến rất thoải mái khi đeo và có thể thu được thông tin về dấu ấn sinh học gây viêm một cách không xâm lấn và không dây. Dữ liệu được hiển thị trên ứng dụng điện thoại thông minh tùy chỉnh trong thời gian thực. Đúng như dự đoán, nồng độ CRP ở những bệnh nhân mắc COPD và người bị nhiễm trùng sau COVID cao hơn đáng kể so với những người tham gia khỏe mạnh. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cảm biến đã phát hiện chính xác mức CRP trong mồ hôi tương quan với nồng độ trong máu.

Các nhà nghiên cứu nói rằng những phát hiện trong nghiên cứu chứng minh cảm biến của họ có thể được sử dụng để theo dõi các bệnh mãn tính tại nhà, không xâm lấn. Hơn nữa, họ cho rằng nó có thể được điều chỉnh để kiểm tra các dấu ấn sinh học liên quan đến bệnh tật và ở mức độ vết khác.

An Hạ