Các nhà khoa học ngày càng nhận ra rằng đường tiêu hóa (GI) đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe tổng thể. Ngoài chức năng chính là tiêu hóa, GI còn tham gia vào quá trình sản xuất hormone, tế bào miễn dịch và cả các chất dẫn truyền thần kinh có thể ảnh hưởng đến tâm trạng và chức năng não bộ. Vì vậy, đường tiêu hóa chứa nhiều dấu ấn sinh học có giá trị trong việc phát hiện, theo dõi và điều trị bệnh; từ axit béo chuỗi ngắn liên quan đến hội chứng chuyển hóa đến các cytokine là dấu hiệu của viêm.

Tuy nhiên, hiện chưa có công nghệ nào cho phép đánh giá dễ dàng và trực tiếp các chỉ số chuyển hóa và phân tử trong đường tiêu hóa. Các phương pháp truyền thống như xét nghiệm phân hoặc sinh thiết đều xâm lấn, tốn kém và không thể cung cấp thông tin theo thời gian thực trong suốt đường tiêu hóa.

Mới đây, một nhóm kỹ sư tại Viện Công nghệ California (Caltech) đã phát triển một viên nang thông minh có tên PillTrek, có khả năng đo độ pH, nhiệt độ và nhiều dấu ấn sinh học khác nhau. Thiết bị tích hợp các cảm biến đơn giản, chi phí thấp trong một hệ thống điện hóa không dây thu nhỏ, sử dụng linh kiện điện tử tiêu thụ năng lượng thấp. PillTrek chỉ dài 25mm và rộng 7mm, nhỏ hơn cả các viên nang nội soi thương mại hiện nay nhưng lại có thể thực hiện nhiều phép đo điện hóa khác nhau.

Giáo sư Wei Gao chia sẻ: “Chúng tôi thiết kế viên thuốc này như một nền tảng rất linh hoạt. Từ góc độ cảm biến điện hóa, nó có rất nhiều ưu điểm. Nó có thể đo các chất chuyển hóa, ion, hormone như serotonin và dopamine, thậm chí có thể là protein; tất cả ngay trong môi trường phức tạp của ruột”.

Viên nang PillTrek được mô tả chi tiết trong một công trình nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Nature Electronics. Hai tác giả chính là Jihong Min-nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Caltech, và Hyunah Ahn-sinh viên cao học tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST), hiện đang làm việc tại Caltech.

Để minh chứng khả năng hoạt động, PillTrek đã được sử dụng trong nghiên cứu trên động vật để đo độ pH, nhiệt độ, nồng độ glucose và chất dẫn truyền thần kinh serotonin.

Giáo sư Wei Gao cho biết, hệ thống điện hóa trong viên nang có thể được cấu hình lại dễ dàng, cho phép thay đổi loại cảm biến để đo các chỉ số khác nhau trong ruột. Trước đó, nhóm nghiên cứu của ông đã phát triển kỹ thuật in 3D cảm biến giá rẻ trên tấm nhựa mỏng; phương pháp này có thể được sử dụng để sản xuất hàng loạt cảm biến cho PillTrek.

Trong bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu đang phối hợp với đồng tác giả Azita Emami-Giáo sư Kỹ thuật Điện và Y sinh tại Caltech, để nghiên cứu công nghệ truyền năng lượng không dây và thu nhỏ hơn nữa các linh kiện điện tử, nhằm làm cho PillTrek nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng hơn.

Đ.T.V (NASTIS), theo https://medicalxpress.com/, 7/2025