Tiểu đường là loại bệnh phổ biến gây phiền toái ảnh hưởng đến 10% dân số nước Mỹ. Theo tổ chức y tế thế giới, hiện nay có tới khoảng 422 triệu người mắc bệnh tiểu đường trên toàn thế giới. Để theo dõi diễn tiến bệnh, người bệnh phải thường xuyên đo đường huyết bằng cách chích máu, và việc này thường có thể gây đau đối với người được lấy máu.
Vài năm gần đây, những thiết bị đeo, không xâm lấn dùng để đo đường huyết đã chiếm lĩnh thị trường rất nhiều, nhưng chúng có giá rất đắt và vẫn phụ thuộc vào việc lấy mẫu máu trực tiếp. Tuy nhiên, đối với thiết bị mũi điện tử mới thiết kế này thì có thể đo lượng đường trong máu dựa trên hơi thở của người được đo. Giải pháp này giúp tiết kiệm chi phí và không gây xâm lấn đối với người mắc tiểu đường.
Mũi điện tử là thiết bị phát hiện và phân tích các chất hóa học có trong không khí theo thời gian thực, xác định bản chất của hợp chất ngay lập tức. Thiết bị này được thiết kế với nhiều tác vụ khác nhau, bao gồm cả xác định mùi vị của rượu whiskey chuẩn hay không và ngay cả hỗ trợ phát hiện ung thư phổi.
Giáo sư Qiliang Li tại Khoa Kĩ thuật điện và Máy tính tại Đại học George Mason cũng có chung mối quan tâm đến việc phát triển công nghệ đo đường huyết dựa trên hơi thở. Mặc dù đường glucose không có trong hơi thở ra nhưng nồng độ axeton và ketone có trong đó liên quan đến nhiều tình trạng bệnh, bao gồm cả tiểu đường.
“Để giảm đau và sợ sệt cho người bệnh khi lấy máu, chúng tôi tạo ra mũi điện tử với giá thành phải chăng, không gây đau đớn có thể dùng để thường xuyên kiểm tra đường huyết.” Giáo sư Li nói. “Mũi điện tử được thiết kế để xác định ‘mùi’ khi thở ra, khi có chứa một mức nồng độ nhất định các chất axeton và ketone. Do đó, mùi vị cũng được coi là chất chỉ thị mức độ đường trong máu.”
Mũi điện tử được thiết kế bởi nhóm nghiên cứu của giáo sư Li gồm 12 cảm biến hóa học và vi xử lí khác nhau. Khi mũi điện tử đánh hơi được hơi thở ra, các cảm biến hóa học sẽ gửi các tín hiệu điện phản hồi về vi xử lí, và số hóa tín hiệu này. “Mũi điện tử sẽ phân tích thông tin đã được số hóa dựa trên cơ sở dữ liệu có sẵn và trả về mức độ đường huyết chính xác.” Tiến sĩ Zhou, giáo sư tại Khoa Phổi – Đại học y Nam Kinh, Trung Quốc, cũng là một thành viên trong dự án nghiên cứu cho hay.
Trong dự án này, các nhà nghiên cứu thu thập các mẫu hơi thở từ 41 tình nguyện viên với các mức độ đường huyết khác nhau. Dữ liệu này sẽ được dùng để huấn luyện cho mũi điện tử thông qua các thuật toán học máy cho đến khi thiết kế được mô hình máy học hoàn chỉnh có thể xác định đường huyết với độ chính xác lên tới 90.4% và sai số trung bình vào khoảng 0.69 milimol/Lít.
Giáo sư Li cũng đưa ra lưu ý rằng, mặc dù hệ thống không trực tiếp đo nồng độ glucose qua máu, phương pháp đã luôn được coi là tiêu chuẩn nhưng giải pháp họ mang đến cũng có một vài ưu thế. Giáo sư tiếp tục nhấn mạnh về việc mũi điện tử chỉ tốn một chi phí nhỏ, không gây xâm lấn, đau đớn cho người được đo. Ngoài ra thiết bị cũng hướng đến việc theo dõi liên tục lượng đường trong máu của các bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường, đặc biệt là những người mắc tiểu đường tuýp 1, cần phải thường xuyên tiêm insulin.
Hiện nhóm nghiên cứu cũng đang phát triển một con chip mới cho cảm biến hóa học để cải thiện hơn nữa độ chính xác của mũi điện tử. Giáo sư Li cho biết, hiện họ đang có kế hoạch tuyển các bệnh nhân với các chỉ số BMI, lối sống và chế độ ăn khác nhau để kiểm thử và xây dựng bộ cơ sở dữ liệu về hơi thở và lượng đường huyết phong phú hơn nữa.
Kháng Lê (theo IEEE SPECTRUM)