Tương lai của y học có thể là việc cá nhân hóa dịch vụ chăm sóc sức khỏe - biết chính xác được nhu cầu của từng cá nhân và sau đó cung cấp các chất dinh dưỡng, chất chuyển hóa và thuốc phù hợp cần thiết để ổn định và cải thiện tình trạng sức khỏe cho họ. Để thực hiện được điều này, trước tiên các bác sĩ cần có phương pháp có thể đo lường và theo dõi xuyên suốt một số chỉ dấu sinh học về sức khỏe ở các cá nhân.

Miếng dán đeo không dây tích hợp đầy đủ kỹ thuật để theo dõi COVID trong thời gian dài. Thang tỷ lệ hiển thị là 1 cm. Nguồn: Caltech

Nhóm kỹ sư của Caltech đã phát triển một kỹ thuật in phun các mảng hạt nano đặc biệt, cho phép sản xuất hàng loạt các cảm biến mồ hôi có thể đeo được và có độ bền cao. Các cảm biến này có thể dùng để theo dõi nhiều loại chỉ điểm sinh học, chẳng hạn như vitamin, hormone, chất chuyển hóa và thuốc theo thời gian thực, giúp bệnh nhân và bác sĩ có khả năng liên tục theo dõi những thay đổi về nồng độ của các phân tử đó.

Các cảm biến sinh học đeo được kết hợp các hạt nano mới đã được sử dụng thành công để theo dõi các chất chuyển hóa ở những bệnh nhân mắc COVID kéo dài và nồng độ thuốc hóa trị ở bệnh nhân ung thư tại City of Hope ở Duarte, California. "Đây chỉ là hai ví dụ về những điều có thể thực hiện được", Wei Gao, giáo sư kỹ thuật y học tại Khoa Kỹ thuật Y học Andrew và Peggy Cherng thuộc Viện Công nghệ California, cho biết. Gao, tác giả bài báo mô tả kỹ thuật mới này trên tạp chí Nature Materials, cho biết: "Có nhiều tình trạng bệnh mãn tính và các chỉ dấu sinh học của chúng cho phép các cảm biến này cung cấp cho chúng ta khả năng theo dõi liên tục và không xâm lấn".

Gao và nhóm của ông mô tả các hạt nano này là các hạt nano có cấu trúc lõi-vỏ hình lập phương. Các khối lập phương này được hình thành trong dung dịch chứa phân tử mà các nhà nghiên cứu muốn theo dõi như vitamin C. Do các monome tự lắp ráp để tạo thành polyme, phân tử mục tiêu, vitamin C, sẽ bị giữ lại bên trong các hạt nano khối lập phương.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu sử dụng một loại dung môi để loại bỏ các phân tử vitamin C, để lại một lớp vỏ polyme in dấu phân tử có các lỗ có hình dạng hoàn toàn giống với hình dạng của các phân tử vitamin C-tương tự như các kháng thể nhân tạo có khả năng nhận dạng có chọn lọc hình dạng của chỉ loại phân tử cụ thể.

Điều quan trọng là, trong nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu kết hợp các polyme được hình thành đặc biệt này với lõi hạt nano làm từ niken hexacyanoferrat (NiHCF). Vật liệu này có thể bị oxy hóa hoặc bị khử khi tiếp xúc với mồ hôi của người hoặc các chất dịch khác của cơ thể dưới tác động của điện áp.

Quay trở lại ví dụ về vitamin C, chất lỏng sẽ tiếp xúc với lõi NiHCF miễn là các lỗ hình vitamin C không bị chiếm chỗ và điều này sẽ tạo ra tín hiệu điện. Tuy nhiên, khi các phân tử vitamin C tiếp xúc với polyme, chúng sẽ lấp vào các lỗ đó, do đó ngăn không cho mồ hôi hoặc các chất dịch khác của cơ thể tiếp xúc với lõi này. Điều này làm suy yếu tín hiệu điện. Do đó, cường độ tín hiệu điện sẽ cho biết lượng vitamin C có trong cơ thể. "Lõi này rất quan trọng bởi lõi niken hexacyanoferrate có độ ổn định cao, ngay cả trong chất lỏng sinh học, làm cho các cảm biến này trở nên lý tưởng để đo lường trong thời gian dài", Gao, cũng là nhà nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Y học Di sản và là học giả Ronald và JoAnne Willens, cho biết. Các hạt nano lõi-vỏ mới có tính linh hoạt cao và được sử dụng trong các mảng cảm biến in để đo lường nồng độ của nhiều loại axit amin, chất chuyển hóa, hormone hoặc thuốc trong mồ hôi hoặc chất dịch của cơ thể.

Trong nghiên cứu được mô tả trong bài báo, các nhà nghiên cứu đã in được các hạt nano liên kết với vitamin C cùng với các hạt nano khác liên kết với axit amin tryptophan và creatinine, một chỉ điểm sinh học thường được đo để xem chức năng thận hoạt động tốt như thế nào.

Tất cả các hạt nano được kết hợp thành một cảm biến sau đó được sản xuất hàng loạt. Ba phân tử này được quan tâm trong các nghiên cứu về bệnh nhân mắc COVID kéo dài. Tương tự như vậy, các nhà nghiên cứu đã in các cảm biến đeo được dựa trên các hạt nano, đặc hiệu cho ba loại thuốc chống khối u khác nhau trên từng cảm biến, sau đó được thử nghiệm trên bệnh nhân ung thư tại City of Hope. Gao cho biết: "Bằng cách chứng minh tiềm năng của công nghệ này, chúng tôi có thể theo dõi từ xa lượng thuốc điều trị ung thư trong cơ thể tại bất cứ thời điểm khác nhau. Điều này cho thấy mục tiêu điều trị cá nhân hóa liều lượng không chỉ cho bệnh ung thư mà còn cho nhiều tình trạng bệnh khác nữa".

Trong bài báo, nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các hạt nano có thể được sử dụng để in các cảm biến có thể được cấy ghép ngay dưới da cho phép theo dõi chính xác nồng độ thuốc trong cơ thể.

P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news, 3/2/2025