Các hướng phát triển của đo đường huyết không xâm lấn

Đo đường huyết không xâm lấn hướng tới việc ước tính nồng độ glucose mà không cần phá vỡ hàng rào da. Thách thức nằm ở chỗ glucose hiện diện với tín hiệu tương đối yếu trong một môi trường sinh học phức tạp. Da, nước, protein, mạch máu, nhiệt độ và nhiều thành phần mô khác có thể làm nhiễu phép đo.

Một vấn đề quan trọng khác là vị trí đo không nhất thiết phản ánh trực tiếp glucose trong máu. Nhiều phương pháp quang học hoặc cảm biến đeo tay thực chất cố gắng phát hiện glucose trong mô hoặc dịch kẽ, sau đó suy ra mức glucose máu. Sự khác biệt về nồng độ và động học giữa các khoang này có thể làm giảm độ chính xác.

Vì vậy, hướng phát triển hiện nay không chỉ là tạo ra một cảm biến nhạy hơn. Các nghiên cứu đồng thời tập trung vào chọn vùng phổ phù hợp, tăng khả năng chọn lọc tín hiệu, kiểm soát nhiễu sinh lý, thu nhận dữ liệu liên tục và dùng thuật toán để hiệu chỉnh sai số. Một hội thảo chuyên môn về công nghệ này năm 2024 cũng tập trung vào các hướng NIR, hồng ngoại giữa, quang âm và Raman như những nhóm công nghệ trọng tâm.

Quang phổ là hướng phát triển quan trọng nhất của đo đường huyết không xâm lấn

Quang phổ tận dụng cách glucose hấp thụ hoặc tán xạ ánh sáng để tìm dấu hiệu liên quan đến nồng độ glucose trong mô. Ba hướng nổi bật là cận hồng ngoại, hồng ngoại giữa và Raman.

Cận hồng ngoại — NIR sử dụng vùng bước sóng có khả năng đi sâu hơn vào mô. Tín hiệu thu được thường là tổng hợp của nhiều thành phần nên thuật toán xử lý tín hiệu và mô hình dự đoán đóng vai trò lớn. Các nghiên cứu NIR còn kết hợp với tín hiệu quang thể tích như PPG để tìm mối quan hệ giữa đặc điểm quang học và glucose.

Hồng ngoại giữa — MIR có lợi thế là vùng phổ chứa các dấu vân tay phân tử rõ hơn của glucose. Tuy nhiên, ánh sáng MIR bị hấp thụ mạnh bởi mô và nước, khiến độ sâu xuyên vào da bị hạn chế. Đây là lý do các nghiên cứu phải đồng thời giải quyết bài toán độ sâu lấy mẫu và nhiễu từ các thành phần khác.

Quang phổ Raman khai thác sự tán xạ không đàn hồi của ánh sáng để tạo ra dấu hiệu phân tử đặc trưng. Raman có tiềm năng tăng tính đặc hiệu vì cung cấp thông tin liên quan trực tiếp hơn đến cấu trúc phân tử, nhưng tín hiệu thường yếu và cần hệ quang học, xử lý dữ liệu cùng kỹ thuật loại nhiễu phù hợp. Các vị trí như móng, ngón tay và cẳng tay đã được nghiên cứu cho đo Raman xuyên da.

Điểm chung của các hướng quang phổ là cần vượt qua một ranh giới quan trọng: tương quan tốt trong thí nghiệm chưa đồng nghĩa với một hệ thống có thể thay thế thiết bị đo glucose được xác nhận lâm sàng. Biến thiên giữa người với người, đặc tính da và điều kiện môi trường vẫn là những trở ngại lớn đối với độ tin cậy.

Quang âm đang được phát triển để chọn lọc độ sâu và tăng chất lượng tín hiệu

Quang âm kết hợp ánh sáng với việc phát hiện sóng âm tạo ra sau khi mô hấp thụ năng lượng quang học. Với glucose, cách tiếp cận này đặc biệt được quan tâm ở vùng hồng ngoại giữa vì glucose có dấu hiệu phổ đặc trưng hơn.

Một hướng đáng chú ý là chọn lọc theo độ sâu của tín hiệu. Thay vì lấy tín hiệu tổng hợp từ toàn bộ lớp mô ngay dưới bề mặt, hệ thống có thể cố gắng xác định tín hiệu đến từ vùng giàu máu hơn hoặc vùng có ý nghĩa hơn đối với phép ước tính glucose. Nghiên cứu về cảm biến DIROS năm 2024 cho thấy cách time-gating tín hiệu quang âm hồng ngoại giữa có thể giảm ảnh hưởng của lớp sừng và các lớp mô nông; kết quả được cải thiện đã được quan sát trên mô hình chuột.

Đây là một hướng phát triển quan trọng vì nó chuyển bài toán từ “cảm biến phải nhạy hơn” sang “cảm biến phải lấy đúng thông tin”. Tuy nhiên, bằng chứng tiền lâm sàng như trên chưa thể được xem là bằng chứng cho hiệu quả lâm sàng ở người. Các nghiên cứu về quang âm vẫn phải giải quyết độ xuyên nông của MIR và ảnh hưởng của các chất gây nhiễu trong mô.

Cảm biến sóng điện từ và vi ba tìm cách đo glucose mà không cần ánh sáng

Một hướng khác là dùng trường điện từ hoặc sóng vi ba để phát hiện thay đổi các đặc tính điện môi của mô khi nồng độ glucose thay đổi. Khác với Raman hay hồng ngoại, nhóm công nghệ này không dựa chủ yếu vào dấu vân tay quang học của phân tử glucose mà khai thác thay đổi về trở kháng hoặc đáp ứng điện từ.

Ưu điểm được nghiên cứu là khả năng thiết kế cảm biến nhỏ, phản hồi nhanh và hướng tới tích hợp vào thiết bị đeo. Một số kiến trúc cộng hưởng vi ba, chẳng hạn các cấu trúc resonator, được nghiên cứu để tăng độ nhạy đối với biến thiên điện môi liên quan đến glucose.

Tuy vậy, mô người là môi trường điện từ phức tạp. Những thay đổi về thành phần mô, nhiệt độ, độ ẩm và đặc tính sinh lý có thể làm thay đổi tín hiệu mà cảm biến thu được. Vì vậy, bài toán hiện tại không chỉ là tăng độ nhạy mà còn phải chứng minh tính ổn định, khả năng chống nhiễu và khả năng thu nhỏ để tích hợp vào thiết bị đeo thực tế.

Cảm biến dịch cơ thể đang mở rộng đo glucose sang mồ hôi, nước mắt và nước bọt

Thay vì cố xuyên qua da để đọc glucose trực tiếp trong mô, một hướng khác là phân tích các dịch cơ thể có thể tiếp cận mà không cần lấy máu. Các nghiên cứu wearable hiện tập trung vào mồ hôi, nước mắt, nước bọt và các loại dịch sinh học khác.

Mồ hôi có ưu điểm dễ tiếp cận và phù hợp với thiết bị đeo liên tục. Cảm biến điện hóa có thể được tích hợp vào miếng dán hoặc cấu trúc thu mồ hôi để phân tích glucose cùng những chỉ dấu khác. Tuy nhiên, glucose trong mồ hôi thường thấp hơn nhiều so với máu, đồng thời pH, tốc độ tiết mồ hôi, bay hơi và điều kiện da có thể ảnh hưởng đến tín hiệu. Một nghiên cứu gần đây còn chỉ ra rằng mối quan hệ giữa glucose máu và glucose mồ hôi có độ trễ và biến thiên lớn giữa cá thể, vì vậy glucose mồ hôi không nên được coi là chất thay thế trực tiếp cho glucose máu trong mọi tình huống.

Nước mắt mở ra khả năng kết hợp cảm biến với kính áp tròng thông minh. Các hệ thống đang nghiên cứu có thể dùng vật liệu nano và phương thức truyền dữ liệu không dây để theo dõi glucose trong nước mắt. Tuy nhiên, nồng độ glucose trong nước mắt và mối liên hệ với glucose máu chịu ảnh hưởng bởi cách lấy mẫu và sinh lý của nước mắt, nên đây vẫn là hướng cần được xác nhận thêm.

Nước bọt cũng được xem là một mẫu sinh học không xâm lấn. Một tổng quan phạm vi năm 2025 ghi nhận nhiều nghiên cứu cho thấy tương quan dương giữa glucose nước bọt và glucose máu, nhưng độ nhạy, độ đặc hiệu và quy trình lấy mẫu còn thay đổi đáng kể.

Như vậy, lợi thế của nhóm cảm biến dịch cơ thể là tính thân thiện và khả năng tích hợp vào thiết bị đeo. Giới hạn cốt lõi lại nằm ở sinh lý: một chỉ dấu trong dịch cơ thể không tự động trở thành phép đo thay thế cho glucose máu.

AI, cảm biến đeo và xử lý đa tín hiệu đang trở thành lớp công nghệ bổ trợ

Khi tín hiệu glucose yếu và bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, xử lý tín hiệu trở thành một phần không thể tách rời của hệ thống. Các mô hình hồi quy đa biến và machine learning được sử dụng để tìm mối quan hệ giữa tín hiệu cảm biến với glucose, đồng thời bù trừ một phần biến thiên do mô, da và môi trường.

Hướng phát triển tiếp theo là đa cảm biến. Thay vì chỉ đo một tín hiệu liên quan đến glucose, thiết bị có thể kết hợp glucose với pH, nhiệt độ, điện giải, chuyển động hoặc các tín hiệu sinh lý khác. Mục tiêu là giúp thuật toán phân biệt thay đổi thực sự của glucose với thay đổi do môi trường hoặc trạng thái cơ thể. Các nghiên cứu về wearable biosensor hiện cũng đang hướng tới theo dõi đa chỉ dấu trong nhiều loại dịch cơ thể.

Điều này làm thay đổi cách nhìn về đo đường huyết không xâm lấn. Một thiết bị thành công trong tương lai có thể không chỉ là “cảm biến glucose”, mà là một hệ thống gồm phần tử cảm biến, quang học hoặc điện từ, thuật toán hiệu chỉnh, kết nối không dây và nền tảng wearable.

Dù vậy, AI không thể tự giải quyết một tín hiệu đầu vào vốn thiếu thông tin. Mô hình có thể cải thiện khả năng dự đoán trong tập dữ liệu nhất định, nhưng vẫn cần đánh giá trên nhiều cá thể, nhiều điều kiện sinh lý và những thay đổi glucose động để chứng minh khả năng khái quát hóa. Đây là một trong những lý do các công nghệ không xâm lấn vẫn cần thêm xác nhận trước khi có thể thay thế phương pháp đo glucose đã được kiểm chứng.

Hướng phát triển tiếp theo là từ “đo được” sang “đo đủ chính xác để dùng”

Các nhóm công nghệ hiện nay có thể quy về vài hướng chính: quang phổ NIR, MIR và Raman; quang âm; cảm biến điện từ và vi ba; cảm biến dịch cơ thể; cùng với AI và nền tảng thiết bị đeo. Đây không phải những con đường hoàn toàn tách biệt mà ngày càng có xu hướng kết hợp với nhau.

Điểm nghẽn lớn nhất không còn đơn thuần là chứng minh rằng glucose có thể được phát hiện không xâm lấn. Vấn đề khó hơn là tạo ra phép đo ổn định trước khác biệt giữa từng người, biến động của da và mô, nhiễu môi trường, độ trễ sinh lý và các thay đổi glucose nhanh.

Bởi vậy, hướng phát triển có triển vọng nhất là sự kết hợp giữa cảm biến có tính chọn lọc cao, lấy tín hiệu đúng vị trí hoặc đúng độ sâu, thiết bị đeo có khả năng đo liên tục và thuật toán hiệu chỉnh dựa trên nhiều tín hiệu. Mục tiêu cuối cùng không chỉ là loại bỏ kim mà còn phải đạt độ tin cậy đủ cao để kết quả có ý nghĩa trong chăm sóc sức khỏe.

Đến tháng 8–9 năm 2026, các cơ sở dữ liệu FDA vẫn chủ yếu ghi nhận các hệ thống CGM được cấp phép thuộc nhóm cảm biến CGM hiện hành, trong khi lĩnh vực đo glucose thực sự không xâm lấn vẫn đang được phát triển ở nhiều hướng nghiên cứu khác nhau.

Đo đường huyết không xâm lấn vì thế đang tiến theo hướng hội tụ: vật lý cảm biến, vật liệu, thiết bị đeo và AI cùng được tối ưu để giải quyết một bài toán chung — thu được tín hiệu glucose đáng tin cậy mà không cần xuyên qua da.