Đái tháo đường đã và đang trở thành gánh nặng toàn cầu khi số người mắc bệnh tiếp tục tăng nhanh mỗi năm. Việc kiểm soát đường huyết luôn được xem là yếu tố sống còn trong điều trị, nhưng điều khiến nhiều bệnh nhân mệt mỏi nhất không phải thuốc men, mà chính là những lần chích kim lấy máu đầu ngón tay lặp đi lặp lại ngày này qua ngày khác. Dù chỉ là một giọt máu nhỏ, cảm giác đau và khó chịu tích lũy theo thời gian khiến đa số bệnh nhân có xu hướng sợ đo đường huyết hoặc giảm tần suất đo, từ đó dẫn đến kiểm soát bệnh không hiệu quả và tăng nguy cơ biến chứng nghiêm trọng.
Trong bối cảnh đó, nhu cầu về một thiết bị đo đường huyết không xâm lấn — nghĩa là không cần kim, không cần lấy máu và không gây đau — trở thành mong mỏi của hàng trăm triệu bệnh nhân trên toàn thế giới. Hàng loạt công ty công nghệ lớn đã theo đuổi mục tiêu này trong nhiều năm, từ Google đến Apple, Samsung và rất nhiều startup trong lĩnh vực thiết bị y sinh. Tuy nhiên, bất chấp nguồn lực khổng lồ, không một sản phẩm thương mại nào thực sự đạt được độ chính xác cần thiết để được cấp phép y tế.
Mới đây, một nhóm nghiên cứu của MIT đã phát triển một phương pháp mới sử dụng ánh sáng gần hồng ngoại kết hợp với phân tích tán xạ Raman để đo nồng độ glucose thông qua việc quét da. Công nghệ này hứa hẹn mở ra con đường thực tế hơn cho việc đo đường huyết không xâm lấn, thay thế hoàn toàn các phương pháp chích kim truyền thống. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về công nghệ mới, cơ chế hoạt động, kết quả thử nghiệm, các ưu điểm – hạn chế, cũng như tiềm năng ứng dụng trong tương lai.
1. Vì sao đo đường huyết không xâm lấn lại quan trọng đến vậy?
Trong điều trị đái tháo đường, theo dõi đường huyết thường xuyên là chìa khóa để quản lý bệnh hiệu quả. Người bệnh phải kiểm tra trước khi ăn, sau khi ăn, lúc tập luyện, trước khi ngủ, khi cảm thấy mệt, hoặc bất cứ lúc nào nghi ngờ đường huyết biến động. Mỗi lần đo đều đòi hỏi một mũi kim xuyên qua da, gây đau dù rất nhỏ, nhưng cảm giác này lặp đi lặp lại 5–10 lần mỗi ngày khiến nhiều người trở nên căng thẳng tâm lý, ngại đo hoặc trì hoãn đo. Sự tránh né này dẫn đến kiểm soát đường huyết kém ổn định, gây ra hàng loạt biến chứng như suy thận, tổn thương thần kinh, đột quỵ, mù lòa hoặc hoại tử chi.
Ngoài ra, sự bất tiện về chi phí cũng là vấn đề lớn. Một bệnh nhân tiểu đường có thể phải chi hàng chục triệu đồng mỗi năm cho que thử và kim chích. Trong khi đó, các thiết bị theo dõi đường huyết liên tục (CGM) như Dexcom hay Freestyle Libre tuy giảm số lần chích kim nhưng vẫn yêu cầu cắm cảm biến kim nhỏ vào dưới da, không hoàn toàn thoải mái và chi phí thay cảm biến định kỳ khá cao. Những hạn chế này khiến giải pháp không xâm lấn trở thành “chén thánh” mà cả cộng đồng khoa học và người bệnh đều mong đợi.
2. Công nghệ đo glucose bằng ánh sáng – bước tiến từ Raman spectroscopy
Trong số nhiều phương pháp được nghiên cứu, quang phổ Raman được đánh giá là một hướng đi đầy hứa hẹn vì khả năng nhận dạng phân tử đặc thù dựa trên tín hiệu tán xạ của ánh sáng. Raman spectroscopy hoạt động dựa trên nguyên lý rằng khi ánh sáng đơn sắc chiếu lên một phân tử, phần lớn ánh sáng bị tán xạ đàn hồi, nhưng một phần nhỏ bị tán xạ không đàn hồi do tương tác với dao động của phân tử. Tín hiệu tán xạ này mang theo một “chữ ký riêng” của phân tử đó, giống như dấu vân tay.
Điều làm Raman đặc biệt phù hợp trong đo glucose là mỗi phân tử glucose có tín hiệu dao động rất đặc trưng, vì thế nếu thiết bị đủ nhạy để thu nhận, ta có thể xác định nồng độ glucose mà không cần bất kỳ sự xâm lấn nào. Ánh sáng được sử dụng là ánh sáng gần hồng ngoại (NIR), loại ánh sáng có thể xuyên qua da tốt hơn ánh sáng khả kiến và không gây tổn thương mô. Tuy nhiên, “nút thắt cổ chai” của công nghệ Raman từ trước đến nay là tín hiệu của glucose quá yếu, bị lẫn trong hàng loạt tín hiệu mạnh hơn từ nước, mỡ, protein và các thành phần khác trong da.
Ở điểm này, nhóm MIT đã có một cải tiến quan trọng: thay vì đo toàn bộ phổ Raman vốn phức tạp và khó xử lý, họ xác định chỉ cần ba dải tần đặc trưng nhất của glucose, qua đó giảm đáng kể kích thước thiết bị, tăng tốc độ phân tích và giúp máy dễ dàng trở nên gọn nhẹ hơn, phù hợp hướng tới thiết kế đeo được.
3. Quy trình đo đường huyết bằng ánh sáng được thực hiện như thế nào?
Khi thiết bị đo được đặt lên da, nguồn laser NIR sẽ chiếu xuyên qua các lớp tế bào biểu bì và trung bì. Ánh sáng giao thoa với các phân tử glucose có trong dịch mô — nơi glucose phân bố tương đối tỷ lệ với nồng độ glucose trong máu. Sau đó, tín hiệu tán xạ Raman phản hồi lại sẽ được cảm biến thu nhận. Máy sẽ phân tích sự dịch chuyển tần số của ánh sáng để nhận ra “chữ ký Raman” của glucose và từ đó tính toán nồng độ glucose tương ứng.
Điểm đáng chú ý là laser được sử dụng có công suất rất thấp, đảm bảo không gây nóng hoặc bất kỳ tổn thương mô nào. Thiết bị cũng không cần tiếp xúc trực tiếp với máu hoặc chất dịch cơ thể, do đó hoàn toàn không gây đau hay nguy cơ nhiễm trùng. Các thuật toán lọc tín hiệu giúp loại bỏ nhiễu từ melanin, collagen, nước và các phân tử hữu cơ khác, vốn từng là lý do khiến các công nghệ quang học trước đây thất bại.
4. Kết quả thử nghiệm lâm sàng ban đầu — những tín hiệu rất khả quan
Trong thử nghiệm ban đầu, nhóm nghiên cứu MIT đã tiến hành đo đường huyết trên một người tình nguyện khỏe mạnh. Dù chỉ là nghiên cứu trên quy mô nhỏ, kết quả cho thấy thiết bị có thể theo dõi biến động đường huyết liên tục trong bốn giờ và ghi nhận rõ ràng sự gia tăng glucose sau khi người tham gia uống đồ uống chứa đường. Đáng chú ý hơn, kết quả đo từ thiết bị Raman gần trùng khớp với hai thiết bị đo đường huyết thương mại xâm lấn mà người tình nguyện sử dụng song song.
Điều này chứng minh rằng hệ thống quang học và thuật toán phân tích đã đạt đến độ nhạy và độ chính xác đáng kể — một bước quan trọng để tiến đến thử nghiệm trên nhóm người lớn hơn, đặc biệt là bệnh nhân tiểu đường thực sự. Nhiều phương pháp không xâm lấn trong quá khứ từng thất bại trong việc bắt được các dao động glucose theo thời gian thực hoặc gặp vấn đề nghiêm trọng về độ chính xác. Việc công nghệ mới vượt qua được trở ngại này là một tín hiệu vô cùng đáng mừng.
5. Vì sao việc đo đường huyết không xâm lấn là cực kỳ khó?
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng tìm cách đo glucose chỉ từ da, nhưng đều gặp khó khăn xuất phát từ chính đặc tính sinh học và hóa học của cơ thể con người. Glucose không có đặc tính quang học nổi bật, nghĩa là nó không hấp thụ hoặc phản xạ ánh sáng mạnh, khiến tín hiệu rất khó nhận biết. Thêm vào đó, da người có cấu trúc phức tạp với nhiều yếu tố gây nhiễu như melanin, mạch máu, độ dày lớp sừng, sự thay đổi độ ẩm và nhiệt độ. Tất cả những yếu tố này khiến tín hiệu của glucose rất dễ bị “lẫn trong đám đông”.
Chưa kể, nồng độ glucose trong dịch mô mà thiết bị đo được không hoàn toàn trùng khớp với nồng độ glucose trong máu tại cùng thời điểm. Khi bạn ăn uống, glucose trong máu tăng nhanh nhưng glucose trong dịch mô tăng chậm hơn 5–15 phút. Vì vậy, thiết bị phải có khả năng hiệu chỉnh sự trễ này để đảm bảo kết quả đo có giá trị lâm sàng. Ngoài ra, mỗi người có đặc điểm da khác nhau, từ màu da, độ dày, lượng mỡ dưới da, độ đàn hồi đến cấu trúc mao mạch, khiến thiết bị phải được hiệu chuẩn để hoạt động ổn định trên mọi đối tượng.
6. MIT đã vượt qua các rào cản kỹ thuật ra sao?
Cách tiếp cận mới của MIT cho thấy sự tinh tế và khoa học trong việc giải quyết vấn đề. Thay vì cố gắng phân tích toàn bộ phổ Raman phức hợp, nhóm đã xác định các dải tần Raman đặc thù của glucose để thu hẹp phạm vi phân tích. Điều này giúp tín hiệu trở nên rõ ràng hơn và giảm yêu cầu phần cứng, từ đó làm thiết bị nhỏ gọn đáng kể. Kết hợp với các thuật toán lọc nhiễu hiện đại và khả năng học máy (machine learning), thiết bị có thể làm sạch tín hiệu một cách hiệu quả, bóc tách sự hiện diện của glucose dù tín hiệu gốc rất yếu.
Một điểm vượt trội khác là việc sử dụng ánh sáng NIR. Do ít bị hấp thụ bởi melanin, ánh sáng này phù hợp cho tất cả tông da, giúp thiết bị có thể phổ quát hơn so với những phương pháp dựa trên ánh sáng khả kiến. Điều đó rất quan trọng, bởi một thiết bị chỉ hoạt động tốt trên một nhóm da nhất định sẽ không thể được cấp phép châu Âu hay Mỹ.
7. Từ thiết bị cỡ hộp giày đến đồng hồ đeo tay – tiến trình thu nhỏ trong tương lai
Dù kết quả hiện tại rất hứa hẹn, thiết bị của MIT hiện vẫn còn khá lớn, kích cỡ tương đương một chiếc hộp giày nhỏ. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đang hướng tới mục tiêu thu nhỏ xuống mức cầm tay, giống như một chiếc smartphone, và xa hơn nữa là tích hợp vào dạng thiết bị đeo tay như smartwatch hoặc vòng đeo sức khỏe.
Tiến trình thu nhỏ này phụ thuộc vào sự phát triển của các công nghệ quang tử, cảm biến siêu nhạy và vật liệu nano, vốn đang là xu hướng mạnh của ngành công nghệ. Nếu thành công, trong tương lai người bệnh chỉ cần đeo một chiếc vòng tay nhỏ gọn là có thể giám sát đường huyết liên tục suốt cả ngày mà không hề cảm thấy đau đớn hay khó chịu.
8. Lợi ích to lớn cho người mắc đái tháo đường
Không cần chích kim là lợi ích rõ ràng nhất nhưng không phải duy nhất. Khả năng đo nhiều lần trong ngày mà không gặp trở ngại thể chất hay tâm lý sẽ giúp bệnh nhân theo dõi đường huyết sát sao hơn, từ đó giảm nguy cơ biến chứng nguy hiểm. Những bệnh nhân trẻ tuổi, đặc biệt là trẻ em mắc tiểu đường type 1, sẽ không còn phải đối mặt với nỗi sợ kim chích mỗi ngày.
Ngoài ra, nếu công nghệ này được thương mại hóa với chi phí hợp lý, nó sẽ giúp giảm gánh nặng kinh tế dài hạn cho người bệnh. Các bệnh viện cũng có thể sử dụng để theo dõi bệnh nhân nặng hoặc người phải kiểm tra đường huyết liên tục mà không cần lấy mẫu máu nhiều lần. Điều này đặc biệt hữu ích trong chăm sóc tích cực, nơi mỗi giọt máu đều quý giá.
9. Những thách thức còn lại trước khi thiết bị có thể thương mại hóa
Dù công nghệ đang tiến triển tốt, MIT vẫn phải vượt qua nhiều thử thách trước khi sản phẩm ra mắt thị trường. Quan trọng nhất là độ chính xác phải được chứng minh qua thử nghiệm lâm sàng quy mô lớn trên nhiều nhóm bệnh nhân với các loại da, tuổi tác và tình trạng bệnh lý khác nhau. Công nghệ cũng phải cho thấy khả năng đo chính xác ở cả mức đường huyết cao lẫn thấp — hai vùng nguy hiểm nhất cần cảnh báo sớm.
Bên cạnh đó là thách thức trong việc thu nhỏ thiết bị mà vẫn đảm bảo công suất laser, độ nhạy cảm biến và khả năng xử lý dữ liệu. Chi phí sản xuất cũng cần hợp lý để có thể đại chúng hóa. Những yếu tố này sẽ quyết định liệu thiết bị có thể trở thành sản phẩm tiêu chuẩn trong điều trị tiểu đường hay không.
10. Lợi ích đối với Việt Nam và tiềm năng ứng dụng rộng rãi
Với hơn 5 triệu người mắc đái tháo đường (con số thực tế có thể cao hơn do nhiều ca chưa được phát hiện), Việt Nam sẽ hưởng lợi rất lớn từ các công nghệ theo dõi đường huyết không xâm lấn. Người dân có thể tự theo dõi sức khỏe dễ dàng hơn, giảm áp lực lên hệ thống bệnh viện. Những nhóm đặc biệt như phụ nữ mang thai, người cao tuổi, trẻ nhỏ sẽ được hưởng lợi nhất vì họ thường gặp trở ngại trong việc đo đường huyết bằng kim chích.
Nếu một thiết bị không xâm lấn có thể được sản xuất với chi phí phải chăng, nó sẽ trở thành công cụ phổ biến trong chăm sóc sức khỏe, giống như máy đo huyết áp gia đình hiện nay.
11. Khi nào thiết bị có thể ra mắt người dùng?
Dù chưa thể xác định chính xác, dựa trên tiến trình phát triển thiết bị y tế, nhiều chuyên gia dự đoán công nghệ này có thể cần 4–7 năm nữa để hoàn thiện và được cấp phép. Tuy nhiên, với tốc độ phát triển của công nghệ quang tử và trí tuệ nhân tạo, thời gian thực tế có thể ngắn hơn. Đồng thời, sự cạnh tranh giữa các công ty sẽ thúc đẩy tiến độ phát triển nhanh hơn, đặc biệt khi Apple và Samsung cũng đang tìm cách đưa tính năng đo đường huyết không xâm lấn vào smartwatch.
12. Kết luận
Công nghệ đo đường huyết không xâm lấn bằng quang phổ Raman mà MIT đang phát triển có thể là bước ngoặt lớn trong quản lý bệnh đái tháo đường. Bằng cách sử dụng ánh sáng gần hồng ngoại và phân tích tín hiệu Raman đặc trưng của glucose, thiết bị có thể đo đường huyết chính xác mà không gây đau đớn, không cần kim, không cần lấy máu. Mặc dù còn nhiều thách thức cần giải quyết, những kết quả ban đầu rất khả quan và mở ra kỳ vọng về tương lai nơi việc theo dõi đường huyết trở nên đơn giản, an toàn và thoải mái hơn bao giờ hết.
Nếu được thương mại hóa, công nghệ này sẽ không chỉ cải thiện chất lượng sống của hàng triệu bệnh nhân mà còn giúp giảm chi phí chăm sóc y tế và hỗ trợ mạnh mẽ cho xu hướng y học kỹ thuật số và điều trị cá nhân hóa. Đo đường huyết không cần chích kim có thể trở thành tiêu chuẩn mới — và nghiên cứu của MIT là một trong những bước tiến gần nhất đưa chúng ta tới tương lai đó.
