Phát triển cảm biến mang trên người để theo dõi các mức oxy qua da
Các nhà nghiên cứu đã kết hợp một màng mỏng cảm biến oxy mới vói học máy để tạo ra một cảm biến có thể mang trên người và có năng lực đo đạc các mức nạp oxy qua da. Thiết bị này có thể được sử dụng để giám sát mức oxy cá nhân theo một mức liên tục cho các ứng dụng trong y tế và thể thao.
Rất dễ dàng vận hành và kết nối thiết bị không dây này, điều đó khiến cho nó phù hợp với việc theo dõi các mức oxy bên ngoài các cơ sở y tế. “Thiết bị này được hướng đến hỗ trợ con người trong bất kỳ kịch bản nào, khi có nguy cơ dẫn đến việc ảnh hưởng đến lưu lượng máu và thiếu oxy đến các chi và các mô”, Conor Evans – nhà nghiên cứu chính của dự án, cho biết. “Công nghệ này rất hiệu quả cho các tình huống y tế, nơi các công cụ bão hòa lượng oxy trong máu truyền thống không thể cung cấp thông tin một cách đầy đủ. Các ứng dụng của thiết bị theo doiix lượng oxy không dây có thể mang theo người này có thể trên phạm vi rộng, từ các chấn thương nặng như tai nạn xe hơi, bị thương trên chiến trường đến theo dõi hậu phẫu và chăm sóc vết thương”.
Juan Pedro Cascales và Conor L. Evans của Bệnh viện Massachusetts và trường Y Harvard sẽ trình bày nghiên cứu này tại Hội thảo Hình ảnh OSA, Quang ứng dụng và Cảm biến quang từ ngày 19 đến 23/7.
Thiết bị này, có thể đeo như một chiếc đồng hồ đeo tay, bao gồm một lớp vỏ được làm bằng công nghệ in 3D, một đầ cảm biến nhỏ và màng mỏng cảm biến oxy kết dính. Các thành phần điện tử xử lý dữ liệu từ cảm biến và cho phép thiết bị này gửi các bản ghi dữ liệu qua kênh Bluetooth hoặc Wi-Fi.
Cảm biến này hoạt động bằng việc dò thời gian tồn tại của lân quang và cường độ của màng mỏng cảm biến oxy acrylic. Hai đèn LED trong đầu cảm biến kích thích màng cảm biến oxy bằng tia cực tím. Một photodiode dò pha ánh sáng phát xạ bằng màng mỏng cảm biến oxy phản hồi. So sánh pha ánh sáng phát xạ bằng LED với pha ánh sáng phát xạ bawnhg mang cảm biến oxy cung cấp phép đo lượng oxy trong mô dưới lớp màng này.
“Lần đầu tiên, chúng ta có một thiết bị theo dõi lượng oxy qua da không xâm lấn, Juan Pedro Cascales, tác giả dẫn dắt dự án này, nói. “Sự đơn giản, chính xác, kích cỡ nhỏ và đễ dàng sử dụng của thiết bị này có ý nghĩa là nó có thể được mang đi bất cứ nơi nào và được các bác sĩ, y tá cũng như bệnh nhân sử dụng tại nhà”.
Để hiệu chỉnh cảm biến, các nha nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị ở nhiều mức nhiệt độ khác nhau bên trong một buồng chứa nitrogen, không khí khác và điều chỉnh nó cho đến các pha phù hợp với cảm biến thương mại.
Các nhà nghiên cứu còn thử nghiệm thiết bị này bằng việc đính nó vào chi trước một con lợn Yorkshire. Khi một garo được buộc vào chỗ khớp chân, cảm biến đã dò ngay dược sự suy giảm đột ngột lượng oxygen, phản ánh lưu lượng máu thấp. Các đo đạc cũng phù hợp với phép đo từ một cảm biến thương mại và không bị các mức nhiệt độ, độ ẩm và các điều kiện môi trường khác nhau ảnh hưởng. Điều này khiến cho việc sử dụng nó ngoài phòng thí nghiệm trở nên thuận lợi.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụn một cách tiếp cận bằng học máy để huấn luyện cho hệ này có thể đo đạc một cách chính xác các mức oxy trong những điều kiện khác biệt. Cách tiếp cận này cũng cho phép các nhà nghiên cứu tính toán cho tẩy màu huỳnh quang, xu hướng các vật liệu kích thích ánh sáng dần dần mất đi khả năng phát xạ ánh sáng. Tẩy màu huỳnh quang là giới hạn chung của các thiết bị trên cơ sở đo đạc cường độ ánh sáng.
“Hiện tại chúng tôi đang đem nó thử nghiệm lâm sàng trên người lần đầu tiên, và sẽ chia sẻ sớm kết quả”, Evans nói. “Chúng tôi đang thiết kế những phiên bản nhỏ hơn , tối ưu hơn để có thể kết nối nó với bất kỳ đồng hồ thông minh, điện thoại thông minh, máy tính bảng hay máy tính nào”, Cascales bổ sung.
Dự án dầy tính đổi mới sáng tạo này đã nhận được tài trợ của Bộ Quốc phòng Mỹ thông qua Chương trinh Quang tử quân y cũng như Chương trình Các công nghệ chuyển đổi quân sự.
Thanh Phương tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2021-06-wearable-sensor-oxygen-skin.html
https://www.photonics.com/Articles/Wearable_Sensor_Measures_Light_Emission_on_Skin/a67147
