Sẽ ra sao nếu những người mắc bệnh tiểu đường có thể theo dõi lượng đường huyết hàng ngày bằng một cảm biến mồ hôi thay vì phải chọc ngón tay để lấy và phân tích máu?

Đó là ý tưởng của một nghiên cứu mới đây từ Đại học Binghamton, có thể cách mạng hóa việc kiểm soát lượng đường huyết trong máu với việc loại bỏ những phương thức xét nghiệm phiền toái và đau đớn.

Ứng dụng kiến thức về pin sinh học mà Phòng thí nghiệm Điện tử sinh học và Hệ thống vi mô của Giáo sư Seokheun "Sean" Choi đã đạt được trong 15 năm qua, hệ thống cảm biến sinh học trên giấy này sử dụng bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis nảy mầm để phản ứng với glucose trong chất dịch lỏng cơ thể giàu kali, chẳng hạn như mồ hôi. Lượng điện năng được tạo ra sẽ xác định mức glucose.

Hệ thống cảm biến sinh học trên giấy này sử dụng bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis nảy mầm để phản ứng với glucose trong mồ hôi

Choi, Trợ lý Giáo sư Anwar Elhadad, Tiến sĩ và nghiên cứu sinh Yang "Lexi" Gao từ Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính của Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Thomas J. Watson gần đây đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Microsystems & Nanoengineering.

Hệ thống theo dõi glucose hiện tại dựa vào phản ứng enzyme đối với các giọt máu, nhưng các phương pháp đó khó bảo quản khi vận chuyển hay lưu trữ.

"Vấn đề khi sử dụng enzyme là chúng bị biến tính và mất hoạt tính," Choi nói. "Bạn cần bảo quản nó trong tủ lạnh, nhưng ngay cả như vậy, hiệu lực của chúng cũng giảm theo thời gian. Hệ thống dựa trên bào tử của chúng tôi có thể chịu được môi trường khắc nghiệt và chỉ kích hoạt khi đáp ứng được các điều kiện phù hợp".

Đối với Gao, bài báo mới đánh dấu ấn phẩm thứ chín của cô kể từ khi cô đến Binghamton từ Trung Quốc vào mùa thu năm 2021, giữa đại dịch COVID-19.

Với tấm bằng cử nhân và thạc sĩ về hóa học biển, Gao từng thực hiện một dự án dùng giấy làm nền tảng để tạo các máy dò ion chì trong nước biển, vì vậy nghiên cứu của Choi về "điện tử giấy" phù hợp với nền tảng của cô.

"Tôi muốn nghiên cứu để làm cho thế giới tốt hơn - đó là một tầm nhìn lớn," cô nói. "Tôi biết khủng hoảng năng lượng là một vấn đề lớn hiện nay, vì vậy thật hấp dẫn khi chúng ta có thể sử dụng vi khuẩn để tạo ra năng lượng. Nó sạch và bền vững, và vì nó được làm từ giấy và dùng một lần, nên nó rất dễ dàng và rất rẻ. Nền tảng hóa học của tôi giúp chúng tôi thực hiện nhiều sửa đổi đối với các thiết bị này, và điều đó thực sự làm tôi phấn khích."

Xây dựng thiết bị theo dõi glucose đã mang đến cho Gao cơ hội tìm hiểu thêm về kỹ thuật điện khi làm việc với Giáo sư Anwar Elhadad.

"Giáo sư Anwar cho tôi tham gia xây dựng các mạch đó để giải thích từng thành phần, chúng làm gì, hoạt động như thế nào và cách chúng liên kết với nhau," cô nói. "Tôi cũng đang tham gia các khóa học trực tuyến để làm quen với thiết kế mạch để có thể tự xây dựng chúng, vì tôi không thể lúc nào cũng dựa vào người khác".

Sau khi bài báo được xuất bản, nhóm Binghamton cho biết sẽ tiếp tục cải thiện quá trình phát hiện đường huyết của thiết bị này.

"Mọi người đều có nồng độ kali khác nhau trong mồ hôi, và tôi không biết nồng độ này ảnh hưởng đến glucose như thế nào," Choi nói. "Độ nhạy cũng thấp hơn so với cảm biến sinh học enzyme thông thường. Nhưng từ công việc này, chúng tôi đã tạo ra một cơ chế cảm biến mới để phát hiện glucose. Chưa ai làm được điều đó".