Smartwatch hiện biết nhịp tim và nhiệt độ: Wearable tương lai có thể đọc hàng chục phân tử đang trôi trong cơ thể

Một thế hệ wearable mới đang chuyển từ đo tín hiệu vật lý sang đọc hóa học cơ thể. Smart ring CHARM đã theo dõi nhiều chất trong mồ hôi cùng lúc, trong khi cảm biến aptamer và microneedle đang mở rộng danh sách mục tiêu sang hormone, thuốc và chất dẫn truyền thần kinh — nhưng “hàng chục phân tử” vẫn là mục tiêu của tương lai, chưa phải khả năng của một thiết bị thương mại hôm nay.

Tháng 9 24, 2026

Smartwatch hiện biết nhịp tim và nhiệt độ: Wearable tương lai có thể đọc hàng chục phân tử đang trôi trong cơ thể

Smartwatch hiện có thể đo nhịp tim, nhiệt độ da, SpO₂, chuyển động và nhiều chỉ số được suy ra từ chúng. Nhưng phần lớn các tín hiệu đó vẫn mô tả cơ thể từ bên ngoài: tim đập nhanh đến đâu, da nóng lên thế nào, người dùng đang ngủ hay vận động.

Thông tin hóa học bên trong cơ thể phong phú hơn nhiều. Glucose, lactate, ketone, cortisol, hormone sinh dục, chất dẫn truyền thần kinh và nồng độ thuốc đều thay đổi theo thời gian. Continuous glucose monitor (CGM) đã chứng minh rằng một phân tử duy nhất, nếu được đo liên tục, có thể tạo ra một loại dữ liệu sức khỏe hoàn toàn khác với xét nghiệm rời rạc.

Trong năm 2026, một loạt nghiên cứu bắt đầu cho thấy bước kế tiếp có thể là wearable đa phân tử. Một chiếc smart ring thử nghiệm đã đo được sáu loại chất trong mồ hôi, tối đa bốn chất cùng lúc; một wearable khác theo dõi đồng thời cortisol, urea, lactate và glucose; còn các cảm biến aptamer trên microneedle đang được dùng để đọc hormone và thuốc trong dịch kẽ dưới da.

Điều đó chưa có nghĩa chiếc đồng hồ kế tiếp sẽ hiển thị 30 biomarker. “Hàng chục phân tử” hiện nên được hiểu là quy mô của thư viện cảm biến mà công nghệ này đang hướng tới, không phải số chất mà một thiết bị đeo thương mại đã chứng minh có thể đo đồng thời trên người.

Từ smartwatch vật lý tới wearable hóa học

Các cảm biến phổ biến trên smartwatch có một lợi thế lớn: chúng đo hiện tượng vật lý. Photoplethysmography chiếu ánh sáng vào da để theo dõi biến đổi thể tích máu; điện cực ECG đo điện thế; thermistor đo nhiệt độ. Những cảm biến này không cần nhận diện một phân tử cụ thể giữa hỗn hợp hóa học phức tạp.

Đo phân tử khó hơn. Một wearable muốn biết nồng độ cortisol phải phân biệt cortisol với nhiều steroid có cấu trúc gần giống. Muốn đo thuốc, sensor phải phản ứng với đúng phân tử ở nồng độ có ý nghĩa lâm sàng, trong khi protein và các thành phần khác của dịch cơ thể liên tục bám lên bề mặt.

Glucose là ngoại lệ thành công sớm một phần vì có hệ enzyme rất thuận lợi. Phần lớn CGM dùng glucose oxidase để biến sự hiện diện của glucose thành tín hiệu điện hóa. Nhưng không phải phân tử nào cũng có một enzyme đủ đặc hiệu, ổn định và phù hợp để tích hợp vào wearable.

Đó là lý do nhiều nhóm nghiên cứu chuyển sang aptamer: những đoạn DNA hoặc RNA ngắn được chọn để gắn với một mục tiêu cụ thể. Nếu aptamer được gắn lên điện cực cùng một phân tử báo hiệu điện hóa, việc mục tiêu gắn vào có thể làm cấu trúc aptamer đổi hình và thay đổi tốc độ truyền electron. Sensor nhờ đó biến sự kiện “phân tử vừa gắn” thành tín hiệu điện.

Điểm quan trọng là aptamer có thể thay thế như một module. Cùng một kiến trúc điện cực, về nguyên tắc, có thể được đổi mục tiêu bằng cách thay probe nhận diện. Một review về nucleic-acid electrochemical sensors đã lưu ý rằng các sensor kiểu này đã được phát triển cho hàng chục mục tiêu phân tử, từ ion và chất chuyển hóa tới thuốc và protein. Nhưng review cũng nhấn mạnh phần lớn vẫn ở mức proof-of-concept và chưa được xác thực lâm sàng nghiêm ngặt.

Một chiếc nhẫn đã bắt đầu đọc nhiều chất cùng lúc

Ví dụ gần với hình dáng wearable tiêu dùng nhất hiện nay là CHARM — Continuous Health Analysing Ring Module — do nhóm tại University of California San Diego phát triển và công bố trên Nature Communications tháng 7/2026.

Thiết bị nặng khoảng 5,1 g, đường kính ngoài 3 cm và chứa cả sensor, kênh vi lưu, pin Zn–AgO mềm, mạch đọc tín hiệu và Bluetooth. Thay vì chờ người đeo toát mồ hôi khi tập thể dục, CHARM dùng hydrogel tạo chênh lệch áp suất thẩm thấu để kéo lượng mồ hôi rất nhỏ từ vùng ngón tay vào kênh cảm biến.

Nền tảng này hỗ trợ sáu mục tiêu: glucose, beta-hydroxybutyrate hay ketone, ascorbic acid, uric acid, lactate và alcohol. Tuy nhiên, phần cứng hiện chỉ đọc tối đa bốn biomarker cùng lúc; paper cho biết giới hạn này nhằm tránh sụt áp quá mức giữa các điện cực.

Pin tích hợp cho phép bốn kênh hoạt động liên tục hơn 12 giờ. Trong các phép thử của nhóm, glucose đạt MARD khoảng 13,72%, còn một số biomarker khác có tương quan khoảng 0,85–0,90 với profile trong máu. Nhóm cũng báo cáo calibration cá nhân có thể giữ ổn định trong khoảng hai tháng.

Những con số này khiến CHARM đáng chú ý vì nó không chỉ là một miếng sensor nối dây tới thiết bị lab. Hệ thống đã tích hợp thu mẫu, điện hóa, nguồn, xử lý và truyền dữ liệu vào một vật thể có thể đeo trên ngón tay.

Nhưng nó vẫn là prototype nghiên cứu. Sáu chất được hỗ trợ cũng không đồng nghĩa thiết bị có thể chuyển đổi tùy ý giữa mọi biomarker; mỗi chất cần một chemistry nhận diện và quy trình hiệu chuẩn riêng.

Bài toán không chỉ là thêm điện cực

Nếu muốn đi từ bốn kênh lên 20 hoặc 30 kênh, cách đơn giản nhất là thêm nhiều sensor. Nhưng wearable có diện tích, điện năng và bandwidth hạn chế. Mỗi điện cực mới cần dây dẫn, mạch đọc, thuật toán hiệu chuẩn và cơ chế chống nhiễu chéo.

Đây là lý do multiplexing đang trở thành một chủ đề riêng của wearable chemistry. Một sensor có thể luân phiên đo nhiều kênh bằng analog switch thay vì sao chép toàn bộ mạch điện cho từng biomarker. CHARM đã dùng một switching matrix để chia sẻ phần lõi của potentiostat giữa bốn working electrode.

Một paper khác trên Biosensors and Bioelectronics năm 2026 tiếp tục đẩy ý tưởng này xa hơn bằng một điện cực ion-selective có thể tái cấu hình động: lúc thì đóng vai trò sensor, lúc lại làm counter electrode. Prototype đó mới theo dõi glucose, lactate và potassium trong dịch kẽ, nhưng mục tiêu kỹ thuật là giảm tốc độ phần cứng phình ra khi số analyte tăng.

Vì thế, đường tới một wearable “hàng chục phân tử” không chỉ cần hàng chục chemistry nhận diện. Nó cần một kiến trúc điện tử đủ nhỏ để đọc tất cả chúng mà không biến chiếc nhẫn thành một bo mạch đeo tay.

Mồ hôi dễ lấy, nhưng không phải lúc nào cũng đại diện cho máu

Mồ hôi hấp dẫn vì có thể thu ngoài da. Đổi lại, diễn giải tín hiệu phức tạp. Nồng độ một chất trong mồ hôi có thể phụ thuộc vào tốc độ tiết mồ hôi, vị trí cơ thể, pH, nhiệt độ và cơ chế vận chuyển qua tuyến mồ hôi. Với một số biomarker, quan hệ với nồng độ trong máu chưa đủ đơn giản để dùng một hệ số chuyển đổi duy nhất.

Đó là lý do một nhánh khác của wearable molecular sensing đi qua dịch kẽ — chất lỏng bao quanh tế bào ngay dưới da, cũng là môi trường mà CGM hiện đại tiếp cận.

Microneedle có thể đưa đầu sensor vài trăm micromet vào da để lấy tín hiệu từ dịch kẽ mà không cần rút máu. Năm 2026, một nhóm công bố wearable aptamer microneedle theo dõi bốn hormone — estradiol, progesterone, luteinizing hormone và testosterone. Hệ thống được đánh giá trên mô hình động vật, mẫu huyết thanh người và thử nghiệm on-body, trong đó có theo dõi testosterone khi vận động; nhóm báo cáo độ ổn định tín hiệu tới năm ngày.

Một nghiên cứu khác trên Nature Nanotechnology tích hợp microneedle với sensor aptamer và enzyme để theo dõi serotonin cùng glucose trong 12 giờ trên chuột di chuyển tự do. Điều đáng chú ý ở đây không phải số lượng hai analyte, mà là việc cùng một patch kết hợp được hai loại chemistry nhận diện khác nhau trong môi trường sống động thay vì mẫu tĩnh trong lab.

Sensor còn phải tự làm sạch

Một giới hạn ít xuất hiện trong headline là biofouling. Khi sensor nằm trong mồ hôi hoặc dịch kẽ nhiều giờ, protein và các phân tử không mong muốn có thể bám lên bề mặt. Signal từ sensor vì thế drift dần dù nồng độ mục tiêu không đổi.

Một hệ thống đăng trên Nature Biomedical Engineering tháng 5/2026 giải quyết vấn đề này bằng lớp polymer in dấu phân tử có thể tái sinh tại chỗ. Sau khi bắt mục tiêu, một điện thế được áp lên lớp polymer để đẩy phân tử đã gắn ra khỏi bề mặt và đưa sensor về trạng thái sẵn sàng cho vòng đo tiếp theo.

Thiết bị đó theo dõi đồng thời cortisol, urea, lactate và glucose trong mồ hôi, và nhóm báo cáo hoạt động đáng tin cậy tới 21 ngày trong các điều kiện ex situ và in situ. Đây là một hướng quan trọng nếu wearable hóa học muốn chuyển từ demo vài giờ sang thiết bị dùng nhiều ngày hoặc nhiều tuần.

“Hàng chục biomarker” vẫn cách xa một sản phẩm trên cổ tay

Xét riêng chemistry nhận diện, danh sách phân tử có thể đo đã dài hơn nhiều so với glucose: hormone, metabolite, electrolyte, thuốc và neurotransmitter đều đã có những prototype riêng. Nhưng ghép tất cả vào một wearable duy nhất là bài toán khác.

Mỗi analyte có dải nồng độ khác nhau. Một số ở mức millimolar, số khác chỉ nanomolar hoặc thấp hơn. Tốc độ khuếch tán qua mô khác nhau, thời gian đáp ứng khác nhau và mức độ tương quan giữa mồ hôi, dịch kẽ và máu cũng khác nhau. Một thuật toán thấy cortisol tăng và lactate tăng không tự động biết điều đó có nghĩa gì về tình trạng sức khỏe.

Thêm dữ liệu cũng tạo ra vấn đề lâm sàng: biomarker nào thực sự thay đổi quyết định điều trị? Bao nhiêu biến thiên là sinh lý bình thường? Tần suất cảnh báo thế nào để không biến người khỏe mạnh thành người liên tục lo lắng vì những dao động vô hại?

Đó là ranh giới hiện tại giữa một platform có thể đo hàng chục loại phân tử khác nhau và một thiết bị có thể hiểu hàng chục dòng dữ liệu đó đủ tốt để đưa ra thông tin hữu ích.

CGM là bằng chứng rằng một phân tử cũng có thể tạo ra một nền tảng mới

Điều làm tương lai wearable hóa học đáng chú ý không phải viễn cảnh nhồi càng nhiều biomarker càng tốt. CGM cho thấy giá trị thực tế xuất hiện khi có ba thứ cùng lúc: chemistry đủ ổn định, đường dữ liệu liên tục đủ chính xác và một câu hỏi lâm sàng rõ ràng mà dữ liệu đó giúp trả lời.

Những wearable 2026 đang bắt đầu lắp ba mảnh ghép này cho nhiều phân tử hơn. CHARM cho thấy một smart ring có thể chứa hệ thống hóa học đa kênh hoàn chỉnh. Aptamer mở rộng danh sách mục tiêu vượt xa những chất có enzyme thuận lợi. Microneedle đưa sensor đến dịch kẽ, còn cơ chế tự tái sinh giúp kéo dài thời gian hoạt động.

Nếu các hướng này hội tụ, wearable tương lai có thể khác smartwatch hiện nay về bản chất. Nó không chỉ suy ra trạng thái cơ thể từ nhịp tim hay nhiệt độ, mà trực tiếp theo dõi những phân tử đang thay đổi bên dưới da. Nhưng trước khi đạt tới một “bảng xét nghiệm liên tục” trên cổ tay, mỗi dòng dữ liệu mới vẫn phải vượt qua cùng bài kiểm tra mà glucose từng trải qua: đo đúng, đo ổn định và chứng minh rằng việc biết nó liên tục thực sự giúp ích.