Ngoài thuốc (dược phẩm) điện tử, gần đây khoa học còn nhắc đến bioelectronics, thuật ngữ đề cập về một nhóm thiết bị điện tử sinh học, đặc biệt là các loại cảm biến thông minh (sensor), dưới dạng miếng dán mang trên người có tác dụng chữa bệnh và tăng cường vẻ đẹp.
Bioelectronics là gì?
Tại Hội thảo C.E.C tổ chức tại Brussels (Bỉ) tháng 11/1991, bioelectronics được định nghĩa là “sử dụng các vật liệu và kiến trúc sinh học cho các hệ thống xử lý thông tin và thiết bị mới”. Năm 2009, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST) trực thuộc Bộ Thương mại Mỹ định nghĩa bioelectronics là “sự hội tụ của ngành sinh học và điện tử”. Viện Các kỹ sư điện và điện tử Mỹ (IEEE) mô tả bioelectronics là: “khai thác sinh học kết hợp với các thiết bị điện tử trong một bối cảnh rộng. Ví dụ, các tế bào nhiên liệu sinh học, kỹ thuật sinh học và vật liệu sinh học để xử lý, lưu trữ thông tin, linh kiện điện tử và thiết bị truyền động. Một khía cạnh quan trọng của bioelectronics là giao diện giữa vật liệu sinh học và điện tử cấp vi mô và nano”. Với các định nghĩa trên, có thể hiểu ngắn gọn bioelectronics là nghiên cứu hội tụ của hai lĩnh vực sinh học và thiết bị điện tử.
Bioelectronics là một bước tiến đầy triển vọng đối với ngành y.
Công nghệ điện tử đã được áp dụng vào sinh học và y học từ khi các máy tạo nhịp tim (pacemaker) ra đời và sự khai sinh của ngành công nghiệp hình ảnh trong lĩnh vực y tế. Tuy lĩnh vực bioelectronics còn rất mới mẻ nhưng chứa đựng nhiều tiềm năng, đặc biệt là đối với ngành y, chữa bệnh cứu người.
Ứng dụng và triển vọng của bioelectronics trong y học
Một trong những triển vọng khả thi trong lĩnh vực bioelectronics là cho ra đời các sản phẩm bioelectronics linh hoạt như các cảm biến uốn cong, tận dụng lợi thế của vật liệu sinh học và vi điện tử để tạo ra miếng dán, băng hay tem dán thông minh nhằm cải thiện sức khỏe và chăm sóc vẻ đẹp cho con người.
Được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học quốc gia (NSF), nhóm chuyên gia ĐH Harvard, ĐH Purdue, Tufts và BV Phụ sản Brigham mới đây đã cho đời loại băng thông minh để theo dõi và điều trị vết thương liên tục, như viêm loét do tiểu đường, loét vì bỏng. Theo GS y khoa Reza Abdi ở ĐH Harvard, muốn tạo ra các miếng dán để theo dõi và điều trị vết thương liên tục, đầu tiên người ta phải tạo ra các vi hạt có chứa phân tử thuốc, sau đó liên kết lại để tạo ra một miếng dán hydrogel và tiếp tục tạo ra một cơ chế kích hoạt lên phía trên các miếng dán hydrogel. Sau đó, các nhà khoa học tiến hành quan sát vết thương, chẳng hạn như nhiệt độ và độ pH bằng cách sử dụng cảm biến linh hoạt. Nếu môi trường là vết thương mở thông thường, thì gửi một xung đến thiết bị kích thích điện tử để “nhả” vi hạt thuốc trị bệnh.
Điển hình trong số này có thiết bị điện tử của GS. John Rogger, ĐH Illinois có độ mềm mại như nhựa, có thể kéo, xoắn lại mà không biến dạng, mang theo cảm biến thông minh có thể dán vào thái dương người bệnh, đo sóng não thời gian thực và truyền đi giống như các thông báo. Miếng dán Biostamp của ĐH San Diego dùng để nghiên cứu sức khỏe phụ nữ mang thai hoặc miếng dán Reebok của hãng L’Oreal dùng để xác định lực đánh vào đầu, xác định mức độ mất nước, hiện đang được áp dụng cho quân đội Mỹ.
Nguyên lý hoạt động của công nghệ miếng dán là sử dụng một dải cực điện nhỏ xíu in chìm trong màng mỏng để kiểm soát sự thay đổi điện gây nên bởi các tế bào chết. Với kỹ thuật nói trên, chúng ta có thể phát hiện thấy dấu hiệu sưng tấy của vết thương ngay từ giai đoạn đầu, giúp cho việc điều trị mang lại hiệu quả cao.
Không chỉ dùng để theo dõi và điều trị vết thương, các sản phẩm bioelectronics linh hoạt còn được dùng để theo dõi hoạt các hoạt động não bộ và cơ quan nội tạng. GS. John Rogger cho biết, nguyên mẫu của các miếng dán loại này là cung cấp hàng loạt các chức năng giám sát và kích thích, kích hoạt hàng loạt các tế bào thần kinh thông qua một giao diện máy tính. Nó thay cho chiếc mũ bảo hiểm có các điện cực và cung cấp độ chính xác tốt hơn trong việc thu thập thông tin trong thời gian dài. Bằng việc sử dụng dữ liệu được tạo ra bởi các thiết bị đeo được, nó giúp đo được sóng não liên quan tới chứng động kinh và cảnh báo trước khi cơn động kinh diễn ra hay cung cấp cái nhìn sâu hơn về chứng rối loạn giấc ngủ để có biện pháp can thiệp hiệu quả cao hơn.
Mới đây, nhóm khoa học của GS. John Rogger còn tạo ra cả các thiết bị điện tử cài vào các dây thần kinh vùng chậu để làm giảm rối loạn chức năng bàng quang, đo kiểm nhịp tim, thậm chí còn tạo ra cả thiết bị có thể hòa tan một cách an toàn bên trong cơ thể sau một khoảng thời gian để kiểm soát các thông số quan trọng của cơ thể.
Với sự ra đời của The Internet of Things (IOT), hiểu đơn giản là khi tất cả mọi thứ đều được kết nối qua mạng internet, người dùng có thể kiểm soát mọi thứ qua mạng chỉ bằng một thiết bị thông minh và trong trường hợp này các sản phẩm bioelectronics và các thiết bị cấy ghép sẽ tạo ra một thế hệ công cụ mới đầy thú vị giúp ngành y dõi, điều trị bệnh lẫn tăng cường vẻ đẹp. Tuy phải mất một thời gian ngắn nữa các sản phẩm bioelectronics mới trở nên thông dụng nhưng đây đích thực là một bước tiến đầy triển vọng, làm cho cuộc sống của con người ngày càng trở nên dễ chịu hơn.
(Theo Engadget, 10/2015)
Việt Hà
