Khẩu trang thông minh theo dõi sức khoẻ qua hơi thở

Các nhà khoa học tại CalTech vừa phát triển một loại khẩu trang thông minh có thể phân tích hơi thở thời gian thực để đưa ra những cảnh báo về sức khoẻ cho người dùng.

Phân tích hơi thở mang lại những thông tin quan trọng về sức khoẻ

Phân tích hơi thở là một phương pháp nhanh chóng, tiện lợi, và không xâm lấn để theo dõi sức khỏe.. Hơi thở chứa các hợp chất nhất định có thể dùng làm các chỉ dấu sinh học để chuẩn đoán sớm bệnh tật hay đưa ra thông tin về tình trạng sức khoẻ. Một số loại bệnh có thể được xác định thông qua hình thức này là ung thư phổi, tiểu đường, hen suyễn và các bệnh đường hô hấp khác. Ví dụ với tiểu đường, hình thức này có thể cung cấp thông tin về thành phần acetone để xác định lượng glucose trong máu mà không cần xét nghiệm máu.

Các vận động viên, như marathon, cũng có thể sử dụng phân tích hơi thở để theo dõi tình trạng cơ thể, ví dụ như mức độ mất nước, giúp điều chỉnh việc tập luyện.

Giới hạn của các thiết bị hiện tại

Hiện tại, đã có những thiết bị thương mại hay tự chế tạo để lấy hơi thở và phân tích. Ngoài ra, gần đây cảnh sát giao thông cũng đã sử dụng các thiết bị đo nồng độ cồn bằng việc lấy hơi thở của các tài xế. Tuy nhiên, các thiết bị phân tích hơi thở hiện nay thường cồng kềnh và không thân thiện với người dùng. Chúng chủ yếu được sử dụng trong môi trường bệnh viện, khiến việc theo dõi sức khỏe không được liên tục. Điều này dẫn đến việc thiếu khả năng giám sát thời gian thực, vốn là một hạn chế lớn. Giới hạn này đã được nhóm nghiên cứu tại đại học công nghệ California (CalTec) nghiên cứu và tìm tòi để tạo ra mặt nạ EBCare.

Hệ thống TurboDECCS được dùng để lấy hơi thở bệnh nhân. Nguồn: CalTech

Cấu trúc mặt nạ EBCare

Mặt nạ mà nhóm nghiên cứu thực hiện bao gồm mặt nạ được gắn một hệ thống nhỏ bao gồm các thành phần sau đây để thực hiện việc lấy và phân tích hơi thở:

Lớp ngưng tụ (condensation layer): Lớp này có vai trò làm ngưng đọng hơi thở dạng khí thành giọt. Điều này cũng giống như khi bạn đi đến các vùng lạnh, hơi thở của bạn dễ dàng ngưng tụ thành giọt. Các giọt này được gọi tên là EBC (exhaled breath condensate), chứa các thông tin quan trọng về sức khoẻ của bạn.

Lớp vi lưu (microfluidic): Có vai trò trong việc dẫn các giọt lỏng này vào khu vực phân tích. Nó được thiết kế để tránh bị tác động bên ngoài làm ảnh hưởng tới chất lượng giọt thở mà người đeo cung cấp.

Hệ thống cảm biến sinh học: Được tạo ra bằng cách in lên lớp màng PET (polyethylene Terephthalate) thông qua công nghệ in phun mực. Mỗi cảm biến được thiết kế để xác định một loại chất cụ thể, như độ pH, độ viêm nhiễm thông qua ammonia (NH4+), nitric oxide liên liên tới viêm phổi (NO) hay nồng độ cồn. Các cảm biến này được có khả năng kết nối Bluetooth để gửi dữ liệu phân tích qua thiết bị thông minh cho bệnh nhân/bác sĩ truy cập.

Quá trình tạo các cảm biến sinh học. Nguồn: CalTech

Máy in 3D được sử dụng để tạo khuôn chứa các thành phần của hệ thống. Nguồn: CalTech

Các thành phần được kết hợp lại tạo thành EBCare. Nguồn: CalTech

Thành phần chống ánh sáng mặt trời: Để đảm bảo độ bền và tính chính xác của hệ thống, nhất là khi người bệnh đeo mặt nạ ngoài trời. Một thành phần chống ánh sáng mặt trời được tích hợp vào để đảm bảo ánh nắng mặt trời không làm tác động lên hệ thống hay kết quả phân tích dữ liệu.

Đột phá của CalTech với EBCare

Công nghệ của Caltech mang đến khả năng theo dõi sức khỏe thời gian thực ngay tại nhà. Mặt nạ EBCare không chỉ phân tích hơi thở mà còn đưa ra các cảnh báo y học cần thiết ngay khi cần. Sự kết hợp giữa hydrogen và lớp chống nắng giúp tạo môi trường lý tưởng trong mặt nạ, đảm bảo hơi thở dễ cô đọng và cung cấp thông tin sinh học chính xác.

Mặt trước và mặt sau của mặt nạ thông minh. Nguồn: CalTech

Hiện tại, thiết bị được thử nghiệm với rất nhiều bệnh nhân bị bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính hay hen suyễn hay các bệnh nhân hậu covid. Mục đích thử nghiệm nhằm đảm bảo rằng mặt nạ mang lại sự thoải mái cho người đeo, ngoài ra có khả năng hoạt động hiệu quả khi nó xác định được các chỉ số sinh học cần thiết trong các hoạt động hằng ngày: công việc - thể thao.

Nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục phát triển các cảm biến để xác định các loại bệnh khác. Đồng thời, việc thương mại hoá sản phẩm cũng đang được thúc đẩy để mang đến các bệnh nhân khác cơ hội phát hiện sớm bệnh liên quan đến đường hô hấp để có cách chữa trị phù hợp.

Nguồn: [1][2][3]