Vải nano - tương lai của chẩn đoán y học thông minh

Khi được áp dụng cho một bộ phận cơ thể như một miếng dán, nó có thể theo dõi nhiều chức năng khác nhau - từ nhịp thở đến chuyển động cơ bắp và nhịp tim. Miếng dán thông minh cho phép bác sĩ nhanh chóng chẩn đoán bất kỳ vấn đề sức khỏe nào bệnh nhân gặp phải và khắc phục nhanh chóng. Nhưng đây không phải là điều mà những chiếc đồng hồ thông minh đã và đang làm sao? Thiết bị theo dõi thể dục đeo được và đồng hồ thông minh cung cấp cho bạn ý tưởng về sức khỏe của mình. Tuy nhiên, thông tin mà các thiết bị này cung cấp là không đủ cho bác sĩ chẩn đoán đầy đủ để điều trị bất kỳ tình trạng nào.

Chẳng hạn, đồng hồ thông minh của Apple (Dòng 4) chỉ có hai cảm biến điện cực đo hoạt động điện tim, nhưng Điện tâm đồ 12 đầu cấp y tế có 10 điện cực. Gregory Marcus, giáo sư tại Đại học California, San Francisco, giải thích: “Điện tâm đồ này cho thấy những gì đang xảy ra điện trong tim từ 12 điểm khác nhau hoặc 12 hướng khác nhau; trong khi Apple Watch cung cấp cho bạn hoạt động điện tương tự, nhưng thực sự chỉ theo một hướng”. Tuy nhiên, loại thiết bị cấp y tế như vậy rất cồng kềnh và yêu cầu bộ pin lớn. Miếng dán thông minh được đề xuất, chỉ có kích thước bằng hai con tem có thể thay thế thiết bị cồng kềnh giúp việc chẩn đoán y tế trở nên dễ dàng, dễ tiếp cận và giá cả phải chăng. Một ngày nào đó, nó có thể hỗ trợ bác sĩ lâm sàng đánh giá chấn thương cơ và hỗ trợ bệnh nhân hồi phục.

Bản vá thông minh hoạt động như thế nào?

Loại vải này bao gồm sợi tráng bạc được khâu trên miếng cao su chứa đầy nam châm nano. Nó nhạy cảm với mọi chuyển động của cơ thể đến mức ngay cả một dao động nhỏ trong lượng lực cơ học mà nó trải qua cũng có thể thay đổi sự liên kết của từ trường bên trong nó. Cơ chế hoạt động của bản vá dựa trên hai khái niệm - hiệu ứng nam châm (khi ứng suất từ làm thay đổi tính chất từ của vật liệu) và cảm ứng điện từ (khi sự thay đổi trong từ trường làm phát sinh dòng điện). Giả sử có một người bị tai nạn nhỏ khi đạp xe và bị thương ở cơ chân. Lực cơ học do chấn thương sẽ làm biến dạng từ trường bên trong miếng dán trên chân anh ta. Sự thay đổi này sẽ tạo ra loạt tín hiệu điện chứa thông tin về tổn thương của cơ thể. Tất cả thông tin này sẽ nhanh chóng có sẵn trên một ứng dụng di động giúp cho bác sĩ sẽ điều trị cho người bị thương.

Jun Chen, trợ lý giáo sư kỹ thuật sinh học tại UCLA, cho biết: “Thiết bị chuyển đổi mọi hoạt động cơ bắp thành tín hiệu điện có độ chính xác cao, có thể định lượng được và gửi không dây đến ứng dụng điện thoại. Điều này cho thấy tiềm năng của liệu pháp vật lý được cá nhân hóa và cải thiện khả năng phục hồi chấn thương cơ”. Sử dụng miếng dán, bác sĩ biết được người bị thương có thể gập chân an toàn ở mức độ nào hay chân chịu được lực bao nhiêu trong giai đoạn phục hồi.

Sử dụng bản vá trong điều kiện thực tế

Nhóm nhà nghiên cứu thử nghiệm miếng dán trên các bộ phận cơ thể khác nhau. Họ đo mạch, chuyển động cơ bắp, hoạt động tim mạch và những thông số sức khỏe khác trong khi các đối tượng thực hiện một số hoạt động hàng ngày như đi bộ, tập thể dục và uống nước. Thiết bị này chính xác và nhạy đến mức nhóm nhà nghiên cứu thậm chí dễ dàng xác định nhóm cơ bị ảnh hưởng (tập hợp các cơ nằm gần nhau trong một bộ phận cơ thể cụ thể) trong những chuyển động cơ thể khác nhau. Nó hoạt động tốt trong 100.000 chu kỳ trong nhiều điều kiện khác nhau như mưa to, mồ hôi cơ thể, áp lực cơ học cao và ngay cả khi bị kéo căng gấp 3,5 lần chiều dài ban đầu. Ngoài ra, ngoài khả năng co giãn, bền và không thấm nước, miếng dán còn có giá siêu phải chăng. Nhóm nhà nghiên cứu tuyên bố một miếng vá duy nhất được làm từ vải dệt thông minh của họ sẽ có giá dưới 3 USD.

Chen bình luận: “Một điểm nổi bật khác của thiết bị là đặc tính tự cung cấp năng lượng. Khả năng chuyển đổi lực cơ sinh học thành điện có nghĩa là thiết bị này cũng là một máy phát điện. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu về bộ pin cồng kềnh, nặng nề và cứng nhắc thường cần trong các thiết kế điện tử đeo được”. Tất cả những đặc tính này giúp cho miếng dán trở thành một sự thay thế lý tưởng cho điện tâm đồ và những công cụ chẩn đoán cấp độ y tế hạng nặng khác. Tuy nhiên, thiết bị sáng tạo này vẫn cần được tối ưu hóa hơn nữa và nhóm nhà nghiên cứu hiện đang nỗ lực làm cho thiết bị nhẹ hơn, tốt hơn và phù hợp hơn cho mục đích sử dụng của con người.