Ứng dụng công nghệ cảm biến điện hóa, nhóm sinh viên Đại học Công nghệ (ĐHQGHN) phát triển thiết bị có thể xác định dư lượng kháng sinh trong sữa, thịt, hải sản… ở nồng độ thấp.
Từ tháng 8/2022, Trần Văn Đình và Nguyễn Văn Khánh, sinh viên K65 Đại học Công nghệ, bắt đầu nghiên cứu quy trình xác định dư lượng thuốc kháng sinh Chloramphenicol (CAP) trong thực phẩm dựa trên kỹ thuật phân tích điện hoá.
Trần Văn Đình, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, vật liệu được nhóm sử dụng trong nghiên cứu là các hạt nano siêu thuận từ Fe3O4, dùng để biến tính điện cực của cảm biến điện hóa, từ đó nâng cao hiệu suất và tăng cường tín hiệu phát hiện dư lượng thuốc kháng sinh CAP trong thực phẩm ở nồng độ thấp.
Các hạt nano siêu thuận từ Fe3O4 được lựa chọn bởi tính chất dẫn điện cao, độ ổn định hóa học và hiệu suất điện hoá vượt trội. Đặc biệt, hạt Fe3O4 có tương thích sinh học tốt, khả năng hấp phụ cao các chất hữu cơ như CAP trong thực phẩm và chi phí sản xuất thấp.
Biểu thị đường CV dùng để do độ nhạy và tín hiệu của cảm biến khi thiết bị điện hóa kết nối với máy tính. Ảnh: NVCC
Dưới sự hướng dẫn của các giảng viên, trong 7 tháng, nhóm nghiên cứu thiết kế thiết bị với công nghệ cảm biến 3 điện cực với ba chức năng (làm việc, so sánh và tham chiếu). Thiết bị được xây dựng trên nguyên tắc cảm biến điện hóa tương tác với kháng sinh. Sự thay đổi trong tương tác này sẽ được ghi nhận trên hệ đo điện hoá.
Cụ thể, các hạt nano siêu thuận từ Fe3O4 trên điện cực làm việc của thiết bị cảm biến sẽ tương tác với thuốc kháng sinh CAP có trong mẫu thực phẩm. Ngay khi xảy ra tương tác, các thông số điện hóa và điện trở của cảm biến sẽ thay đổi. Sự thay đổi này được ghi nhận rồi đưa vào hệ thống đo và điều khiển.
Thông qua các thiết bị đo và phương pháp phân tích tín hiệu, giá trị đo qua cảm biến được xử lý và phân tích, từ đó xác định dư lượng thuốc kháng sinh CAP trong mẫu thực phẩm. Thời gian cho một phép phân tích thường kéo dài từ 3-5 phút.
Để sử dụng, mẫu thực phẩm như thịt, hải sản… được chuẩn bị và xử lý sàng lọc. Tiếp đó, mẫu thực phẩm được đưa vào cảm biến điện hoá có kết nối với hệ đo điện hóa, để ghi nhận và xử lý tín hiệu.
Kết quả, thiết bị phát hiện được 5μm dư lượng CAP trong mẫu sữa và 25μm trong mẫu thịt, cùng một số mẫu thực phẩm khác như tôm, cá, các nguồn nước… Dư lượng kháng sinh cho phép tồn đọng trong hầu hết các loại thực phẩm thông thường ở mức 0,3 μm.
Đình cho biết thêm, để ứng dụng thiết bị công nghệ cảm biến điện hóa này cần thực hiện một số quy trình chuẩn bị mẫu. Các bước này thực hiện trong phòng thí nghiệm.
Nhóm nghiên cứu mong muốn trong tương lai với sự phát triển của công nghệ và các nghiên cứu tiếp theo, sản phẩm được cải tiến thành thiết bị nhỏ gọn hoặc que test. Từ đó, người dân có thể tự kiểm tra dư lượng thuốc kháng sinh trong thực phẩm tại nhà mà không cần phải đến phòng thí nghiệm hay có kiến thức chuyên môn đặc biệt. Khi sản phẩm được thương mại hoá sẽ góp phần kiểm soát chất lượng thực phẩm và bảo vệ sức khỏe của người dân.
TS Nguyễn Thị Minh Hồng, Giảng viên Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ Nano, Đại học Công nghệ đánh giá, hiện nay việc phân tích và xác định dư lượng chất kháng sinh độc hại thường được tiến hành bằng một số phương pháp như sắc ký lớp mỏng, điện mao di quản, xét nghiệm chất hấp thụ miễn dịch, cảm biến sinh học quang học… Mặc dù có hiệu suất, độ nhạy cao và nhiều ưu điểm khác, hầu hết các phương pháp này không thể áp dụng trực tiếp để phát hiện chất kháng sinh, vì nó yêu cầu quy trình thao tác và thực hiện phức tạp, chi phí cao, tốn thời gian, đòi hỏi nhiều điều kiện trong quá trình chuẩn bị mẫu.
TS Hồng cho rằng, kỹ thuật phân tích điện hoá không đánh dấu dựa trên các cảm biến điện hoá được đánh giá là giải pháp tiềm năng nhờ quá trình phân tích đơn giản, đáp ứng nhanh, độ nhạy và độ chọn lọc cao, chi phí phân tích thấp. Kết quả nghiên cứu của nhóm rất khả quan, đạt được các mục tiêu đề ra, có khả năng ứng dụng tốt trong thực tế và có thể tiếp tục phát triển.
Bà gợi ý, đề tài nghiên cứu của nhóm sinh viên có thể giúp các đơn vị, cơ quan chức năng và doanh nghiệp ứng dụng trong việc truy vết và kiểm soát chất lượng thực phẩm.
Hiện nay nhóm nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu thêm, phát triển vật liệu nano từ để biến tính điện cực, tối ưu hóa quy trình chế tạo và nâng cao các tính chất của cảm biến điện hóa. “Vật liệu dùng để biến tính sẽ được thử nghiệm bằng các vật liệu nano chế tạo bằng các phương pháp khác nhau, thay đổi các điều kiện công nghệ nhằm nâng cao hiệu suất điện hóa, độ nhạy, độ chọn lọc để phát hiện đa dạng các chất kháng sinh và chất độc hại”, TS Hồng nói.
Các nghiên cứu cho thấy, việc lạm dụng kháng sinh CAP trong chăn nuôi và trồng trọt không kiểm soát đã dẫn đến tình trạng thực phẩm còn chứa dư lượng kháng sinh. Sử dụng thực phẩm tồn đọng kháng sinh trong thời gian dài hoặc sử dụng liên tục có thể gây nhiễm độc cơ thể, gây bất sản tuỷ dẫn đến thiếu máu, bệnh bạch cầu và hội chứng xám (Grey-syndrome) gây tím tái, trụy mạch và có thể gây tử vong, thường gặp ở trẻ sơ sinh nhất là trẻ đẻ non…
Bích Thảo
