Các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Singapore (NUS) vừa phát triển thành công nguyên mẫu miếng dán da không dùng pin có khả năng theo dõi huyết áp liên tục.

Khác với các máy đo huyết áp truyền thống sử dụng băng quấn cồng kềnh, thiết bị mới cho phép theo dõi các chỉ số sinh tồn liên tục trong sinh hoạt hằng ngày mà không cần người dùng ngồi yên hay phải sạc pin định kỳ.

Theo ông Selman Kurt, nhà nghiên cứu thuộc Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính của NUS, việc theo dõi huyết áp liên tục đặc biệt quan trọng trong giai đoạn ngủ sâu và thời điểm thức dậy bởi đây là những khoảng thời gian mà huyết áp thường ít được ghi nhận.

Ông cho biết, tình trạng huyết áp tăng vọt vào buổi sáng hoặc không giảm đáng kể trong khi ngủ đã được chứng minh là những dấu hiệu dự báo mạnh mẽ nguy cơ đột quỵ và các bệnh lý tim mạch.

“Huyết áp đạt đỉnh trong lúc tập thể dục cũng có ý nghĩa lâm sàng quan trọng”, ông Kurt, người dẫn dắt một nhóm gồm bốn nhà nghiên cứu và giáo sư trong dự án tại NUS, cho biết.

“Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự lệch khỏi phạm vi bình thường, cho dù mức đỉnh cao hay thấp một cách bất thường, đều liên quan đến nguy cơ mắc bệnh tim mạch, đột quỵ và tử vong sớm cao hơn trong dài hạn”.

Hiện nay, các máy đo huyết áp sử dụng băng quấn vẫn được xem là tiêu chuẩn vàng nhờ độ chính xác cao. Tuy nhiên, do yêu cầu người dùng phải giữ nguyên tư thế trong quá trình đo, các thiết bị này chỉ cung cấp dữ liệu tại một thời điểm nhất định và không phản ánh được những biến động huyết áp trong các hoạt động thường ngày.

Trong khi đó, các thiết bị đeo ở cổ tay có ưu thế về sự tiện lợi và khả năng theo dõi liên tục, nhưng thường phải đánh đổi bằng độ chính xác thấp hơn và phụ thuộc vào nguồn pin cần sạc thường xuyên.

Dự án nghiên cứu miếng dán da được khởi động từ năm 2021 tại Nhóm Điện tử sinh học không dây của NUS, với sự tham gia của các nhà khoa học từ Đại học Arizona và Đại học Thanh Hoa.

Nguyên mẫu gồm hai cảm biến hoạt động đồng thời. Cảm biến đầu tiên được đặt gần tim để ghi nhận các tín hiệu điện phát sinh khi tim co bóp và bơm máu đi khắp cơ thể. Cảm biến thứ hai được đặt ở cổ tay nhằm đo những thay đổi về thể tích máu.

Theo nhóm nghiên cứu, thời gian máu di chuyển từ tim đến cổ tay chỉ kéo dài vài mili giây nhưng có mối liên hệ chặt chẽ với huyết áp. Huyết áp càng thấp thì thời gian di chuyển của máu càng dài và ngược lại.

Để bảo đảm độ chính xác của phép đo, các nhà khoa học phải loại bỏ hoàn toàn những bộ phận cồng kềnh như pin. Những thành phần này có thể rung lắc khi người dùng vận động, gây nhiễu tín hiệu và làm sai lệch kết quả đo.

Thay vào đó, nhóm nghiên cứu đã thiết kế hệ thống cảm biến lấy năng lượng trực tiếp từ điện thoại thông minh đặt trên bắp tay người dùng. Năng lượng được truyền thông qua lớp vải dẫn điện được may vào một chiếc áo dài tay thông thường. Hai cảm biến được kết nối ở hai đầu của dải vải dẫn điện làm từ hợp kim đồng – niken.

Công nghệ dệt may nền tảng này hiện đã được NUS đăng ký bằng sáng chế thông qua bộ phận chuyển giao công nghệ và đổi mới của trường.

Nguồn năng lượng được truyền từ điện thoại thông minh đến cảm biến thông qua công nghệ giao tiếp trường gần (NFC), tương tự công nghệ đang được sử dụng trong các giao dịch thanh toán không tiếp xúc. Một cuộn dây trong điện thoại tạo ra từ trường, trong khi cuộn dây thu bên trong cảm biến sẽ chuyển đổi từ trường này thành dòng điện để vận hành thiết bị.

Khi hoạt động, dữ liệu từ các cảm biến được truyền ngược trở lại điện thoại thông minh thông qua kết nối Bluetooth. Theo ông Kurt, hệ thống này về cơ bản tạo nên một “mạng không dây” bao quanh cơ thể người dùng để trao đổi dữ liệu và năng lượng giữa các cảm biến với điện thoại.

Kết quả thử nghiệm ban đầu trên năm tình nguyện viên đã được công bố trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí khoa học uy tín Nature Electronics.

Một cảm biến được kết nối với hai điện cực bạch kim khô. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế các cảm biến này để lấy năng lượng từ một chiếc điện thoại thông minh được đặt trên bắp tay của người dùng.

Điều đáng chú ý là ý tưởng phát triển công nghệ này không chỉ xuất phát từ nhu cầu nghiên cứu khoa học mà còn từ trải nghiệm của chính bản thân ông.

Ông Kurt cho biết, cha mình mắc hội chứng “áo choàng trắng”, hiện tượng huyết áp tăng tạm thời do căng thẳng khi đến cơ sở y tế. Để theo dõi chính xác tình trạng sức khỏe, cha ông từng được chỉ định sử dụng máy đo huyết áp lưu động hoạt động suốt 24 giờ, tự động đo mỗi 30 phút. Tuy nhiên, việc băng quấn liên tục siết chặt cánh tay, đặc biệt trong lúc ngủ, đã gây ra không ít khó chịu.

Nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu thương mại hóa công nghệ trong tương lai nhằm hỗ trợ những người có nguy cơ tăng huyết áp hoặc mắc bệnh tim mạch. Tuy nhiên, ưu tiên hiện nay là tiếp tục hoàn thiện thiết bị để nâng cao trải nghiệm người dùng.

Các hướng cải tiến đang được triển khai bao gồm phát triển ứng dụng điện thoại cho phép hiển thị huyết áp theo thời gian thực, đồng thời nâng cấp vật liệu dẫn điện nhằm tăng độ bền của sản phẩm.

“Chúng tôi cũng đang nỗ lực cải thiện độ bền của vải dẫn điện, loại vải hiện tại có thể chịu được khoảng 10 chu kỳ giặt trước khi khả năng truyền dữ liệu và năng lượng bắt đầu suy giảm”, ông Kurt cho biết.