You are more transparent than you think - Sajan Saini

Translator: Ngoc Tran Reviewer: Tân Trần

It’s an increasingly common sight in hospitals around the world:

Một cảnh tượng ngày càng phổ biến ở các bệnh viện trên khắp thế giới:

a nurse measures our height, weight, blood pressure,

y tá đo chiều cao, cân nặng và huyết áp

and attaches a glowing plastic clip to our finger.

rồi gắn một cái kẹp nhựa phát quang vào ngón tay ta.

Suddenly, a digital screen reads out the oxygen level in our bloodstream.

Ngay lập tức, trên màn hình hiển thị lượng oxi trong máu.

Vậy nó hoạt động ra sao?

How did that happen?

How can a plastic clip learn something about our blood…

Làm thế nào một cái kẹp nhựa lại biết được thông tin về máu của ta...

without a blood sample?

mà không cần mẫu máu?

Here’s the trick:

Đây là cách thức:

our bodies are translucent,

Cơ thể chúng ta cho phép ánh sáng xuyên qua

meaning they don’t completely block and reflect light.

nghĩa là chúng không hoàn toàn chặn và phản xạ ánh sáng.

Rather, they allow some light to actually pass through our skin,

Thay vào đó, chúng cho phép ánh sáng đi xuyên qua da ở một mức độ nào đó,

muscles, and blood vessels.

cơ và mạch máu.

Don’t believe it?

Không tin ư?

Hold a flashlight to your thumb.

Hãy rọi đèn qua ngón cái của bạn.

Light, it turns out, can help probe the insides of our bodies.

Ánh sáng giúp ta thấy được những gì bên trong cơ thể.

Consider that medical fingerclip—

Quay trở lại dụng cụ kẹp ngón tay ban nãy.

it’s called a pulse oximeter.

Nó được gọi là máy đo nồng độ oxi trong máu.

When you inhale, your lungs transfer oxygen into hemoglobin molecules,

Khi bạn hít vào, phổi của bạn chuyển đổi oxi thành các phân tử huyết sắc tố.

and the pulse oximeter measures the ratio of oxygenated to oxygen-free hemoglobin.

Và máy này đo tỷ lệ huyết sắc tố oxi hóa trên huyết sắc tố không chứa oxi

It does this by using a tiny red LED light on one side of the fingerclip,

bằng cách sử dụng một đèn LED nhỏ màu đỏ nằm ở một bên kẹp,

and a small light detector on the other.

và một cảm biến ánh sáng nhỏ ở mặt còn lại.

When the LED shines into your finger,

Khi đèn LED chiếu vào ngón tay,

oxygen-free hemoglobin in your blood vessels absorbs the red light

huyết sắc tố không có oxi trong mạch máu sẽ hấp thụ ánh sáng đỏ

more strongly than its oxygenated counterpart.

mạnh hơn nhiều so với huyết sắc tố oxi hóa.

So the amount of light that makes it out the other side

Lượng ánh sáng lọt qua phía bên kia của ngón tay,

depends on the concentration ratio of the two types of hemoglobin.

tùy thuộc vào tỷ lệ tập trung của hai loại huyết sắc tố.

But any two patients will have different-sized blood vessels in their fingers.

Nhưng kích thước mạch máu trong ngón tay mỗi người khác nhau.

For one patient, a saturation reading of ninety-five percent

Với bệnh nhân này, chỉ số bão hòa ở mức chín mươi lăm phần trăm

corresponds to a healthy oxygen level,

tương ứng với một mức oxi khỏe mạnh.

but for another with smaller arteries,

Nhưng với bệnh nhân có động mạch nhỏ hơn,

the same reading could dangerously misrepresent the actual oxygen level.

chỉ số đó có thể không thể hiện đúng lượng oxi thực tế.

Đó là lí do ta cần đến

This can be accounted for with a second infrared wavelength LED.

đèn LED hồng ngoại thứ hai.

Light comes in a vast spectrum of wavelengths,

Ánh sáng nằm trong vùng quang phổ bước sóng rộng,

and infrared light lies just beyond the visible colors.

và ánh sáng hồng ngoại nằm ngay bên ngoài những màu sắc có thể nhìn thấy được.

All molecules, including hemoglobin,

Mọi phân tử, kể cả huyết sắc tố,

absorb light at different efficiencies across this spectrum.

hấp thụ ánh sáng ở mức độ khác nhau trên vùng quang phổ này.

So contrasting the absorbance of red to infrared light

Như vậy, khi so sánh sự hấp thụ ánh sáng từ đỏ đến hồng ngoại,

provides a chemical fingerprint to eliminate the blood vessel size effect.

ta có được một loại vân tay hóa học

có thể loại trừ ảnh hưởng của kích thước mạch máu.

Today, an emerging medical sensor industry is exploring all-new degrees

Ngày nay, lĩnh vực cảm biến y tế mới nổi đang khám phá

tất cả các cấp độ chính xác của vân tay hóa học,

of precision chemical fingerprinting,

using tiny light-manipulating devices no larger than a tenth of a millimeter.

sử dụng các thiết bị điều khiển ánh sáng có kích cỡ không quá 0,1 milimét.

This microscopic technology,

Công nghệ vi mô này,

called integrated photonics,

còn được gọi là mạch tích hợp quang tử,

is made from wires of silicon that guide light—

được tạo ra từ các mạch nối silicon truyền dẫn ánh sáng

like water in a pipe—

như nước trong ống dẫn

to redirect, reshape, even temporarily trap it.

có thể chuyển hướng, định hình, thậm chí, được lưu giữ tạm thời.

A ring resonator device, which is a circular wire of silicon,

Một thiết bị cộng hưởng dạng vòng, vốn là một đoạn dây dẫn silicon tròn

is a light trapper that enhances chemical fingerprinting.

là vật lưu trữ ánh sáng để tăng cường tính hiệu quả của vân tay hóa học.

When placed close to a silicon wire,

Khi đặt gần một mạch nối silicon,

a ring siphons off and temporarily stores only certain waves of light—

nó sẽ thu nhận và tạm thời lưu trữ một số sóng ánh sáng nhất định

those whose periodic wavelength fits a whole number of times

có chu kỳ bước sóng bằng với bội số nguyên dương

along the ring’s circumference.

dọc theo chu vi mạch tròn.

It’s the same effect at work when we pluck guitar strings.

Giống như khi ta gảy dây đàn ghi ta.

Only certain vibrating patterns dominate a string of a particular length,

Chỉ có một số kiểu rung nhất định chi phối một đoạn nhạc cụ thể,

to give a fundamental note and its overtones.

tạo ra nốt gốc và âm bội của nó.

Ring resonators were originally designed

Mạch vòng cộng hưởng ban đầu được thiết kế

to efficiently route different wavelengths of light—

để định tuyến một cách hiệu quả các bước sóng ánh sáng khác nhau

each a channel of digital data—

như mỗi kênh dữ liệu số

in fiber optics communication networks.

trong mạng cáp quang.

But some day this kind of data traffic routing

Nhưng một ngày nào đó, loại định tuyến dữ liệu này

may be adapted for miniature chemical fingerprinting labs,

có thể được áp dụng

trong các phòng thí nghiệm vân tay hóa học cỡ nhỏ,

on chips the size of a penny.

trên những con chip có kích cỡ bằng đồng xu.

These future labs-on-a-chip may easily, rapidly,

Những phòng thí nghiệm kiểu này có thể dễ dàng, nhanh chóng

and non-invasively detect a host of illnesses,

phát hiện tác nhân gây bệnh mà không cần xâm lấn cơ thể,

by analyzing human saliva or sweat in a doctor’s office

bằng cách phân tích nước bọt hay mồ hôi trong phòng khám

or the convenience of our homes.

hoặc ngay tại nhà.

Human saliva in particular

Nước bọt của chúng ta nói riêng

mirrors the composition of our bodies’ proteins and hormones,

phản ánh thành phần protein và hoóc-môn trong cơ thể,

and can give early-warning signals for certain cancers

và có thể đưa ra tín hiệu cảnh báo sớm cho một số loại ung thư,

and infectious and autoimmune diseases.

các bệnh truyền nhiễm hay tự miễn dịch.

To accurately identify an illness,

Để xác định chính xác một căn bệnh,

labs-on-a-chip may rely on several methods,

phòng thí nghiệm trên chíp dựa vào một số phương pháp,

including chemical fingerprinting,

bao gồm xác minh vân tay hóa học,

to sift through the large mix of trace substances in a sample of spit.

để sàng lọc một hỗn hợp lớn các chất có trong mẫu nước bọt.

Various biomolecules in saliva absorb light at the same wavelength—

Các phân tử sinh học khác nhau trong nước bọt

hấp thụ ánh sáng có cùng bước sóng,

but each has a distinct chemical fingerprint.

nhưng mỗi phân tử lại có một vân tay hóa học khác nhau.

In a lab-on-a-chip, after the light passes through a saliva sample,

Trong phòng thí nghiệm trên chíp, sau khi ánh sáng chiếu qua mẫu nước bọt,

a host of fine-tuned rings

một loạt các vòng điều chỉnh

may each siphon off a slightly different wavelength of light

có thể hấp thụ ánh sáng có bước sóng hơi khác nhau

and send it to a partner light detector.

và gửi cho máy dò ánh sáng.

Together, this bank of detectors will resolve

Chuỗi máy dò này cùng nhau phân tích

the cumulative chemical fingerprint of the sample.

dấu vân tay hóa học của mẫu.

From this information, a tiny on-chip computer,

Từ thông tin này, một con chíp nhỏ trong máy tính,

containing a library of chemical fingerprints for different molecules,

chứa một thư viện các vân tay hóa học của các phân tử khác nhau,

may figure out their relative concentrations,

có thể tìm ra những điểm tương đồng

and help diagnose a specific illness.

và giúp chuẩn đoán một căn bệnh cụ thể.

From globe-trotting communications to labs-on-a-chip,

Từ kết nối quy mô toàn cầu đến phòng thí nghiệm trên chíp,

humankind has repurposed light to both carry and extract information.

con người đã ứng dụng ánh sáng vào việc mang và trích xuất thông tin.

Its ability to illuminate continues to astonish us with new discoveries.

Tiềm năng của nó sẽ tiếp tục khiến ta ngạc nhiên

cùng với những khám phá mới.