Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ California (Caltech) vừa phát triển một viên nang cảm biến thông minh mang tên PillTrek giúp theo dõi sức khỏe đường tiêu hóa một cách dễ dàng, chính xác và không xâm lấn.

Ngoài chức năng tiêu hóa, đường tiêu hóa (GI) còn đóng vai trò trung tâm trong hệ thống miễn dịch, sản xuất hormone và điều hòa các chất dẫn truyền thần kinh ảnh hưởng đến tâm trạng và chức năng não. Vì thế, GI chứa nhiều dấu ấn sinh học giá trị giúp phát hiện sớm và theo dõi các bệnh lý từ hội chứng chuyển hóa đến các dấu hiệu viêm nhiễm.

Tuy nhiên cho đến nay, các phương pháp đánh giá hoạt động của hệ tiêu hóa vẫn còn nhiều hạn chế. Việc xét nghiệm phân và sinh thiết thường gây khó chịu, xâm lấn, chi phí cao và không cung cấp được dữ liệu theo thời gian thực trong toàn bộ đường tiêu hóa.

Để giải quyết thách thức này, nhóm kỹ sư tại Caltech do Giáo sư Wei Gao dẫn đầu đã phát triển viên nang PillTrek, một thiết bị điện hóa không dây thu nhỏ, có thể đo đồng thời nhiều thông số như độ pH, nhiệt độ, nồng độ glucose và cả các chất dẫn truyền thần kinh như serotonin. Viên nang này dài chỉ 25 mm, đường kính 7 mm – nhỏ hơn cả các viên nang nội soi thương mại hiện nay – nhưng được tích hợp loạt cảm biến điện hóa linh hoạt, chi phí thấp, tiêu thụ năng lượng cực thấp.

“Chúng tôi thiết kế PillTrek như một nền tảng cảm biến đa năng. Nó có thể đo được các chất chuyển hóa, ion, hormone như dopamine hay serotonin, thậm chí cả protein, ngay trong môi trường phức tạp của ruột”, giáo sư Wei Gao cho biết.

PillTrek đã được thử nghiệm thành công trên động vật cho thấy khả năng hoạt động ổn định trong môi trường ruột và đo được chính xác các chỉ số quan trọng. Nghiên cứu về viên nang này vừa được công bố trên tạp chí Nature Electronics, với hai tác giả chính là Jihong Min – nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Caltech, và Hyunah Ahn – nghiên cứu sinh tại KAIST, hiện đang làm việc cùng nhóm tại Caltech.

Điểm đặc biệt của PillTrek là khả năng tùy chỉnh cấu hình cảm biến theo từng nhu cầu theo dõi khác nhau. Trước đó, nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển công nghệ in 3D cảm biến giá rẻ trên tấm nhựa mỏng để sản xuất hàng loạt thiết bị này.

Bước tiếp theo, nhóm đang phối hợp cùng Giáo sư Azita Emami, chuyên gia hàng đầu về kỹ thuật điện và y sinh tại Caltech, nhằm nghiên cứu công nghệ truyền năng lượng không dây và tiếp tục thu nhỏ các linh kiện điện tử, giúp PillTrek ngày càng nhỏ gọn, hiệu quả và dễ tiếp cận hơn cho ứng dụng trong y học cá nhân hóa.