Mới đây, nhóm sinh viên Khoa Vật lý Kỹ thuật và Công nghệ Nano, Trường ĐH Công nghệ, ĐHQGHN do Trần Văn Đình làm trưởng nhóm đã nghiên cứu thành công đề tài “Nghiên cứu khảo sát tính chất của cảm biến điện hóa được biến tính bằng vật liệu Fe₃O₄ phát hiện dư lượng thuốc kháng sinh Chloramphenicol (CAP) trong thực phẩm”. Đề tài đã giành giải Nhất cấp khoa, giải Nhì cấp trường và đặc biệt được nhiều doanh nghiệp đánh giá cao tính ứng dụng thực tiễn tại Hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học năm 2023 được tổ chức vào cuối tháng 4 vừa qua.

Sinh viên Trần Văn Đình (thứ 4, từ bên phải sang) thay mặt nhóm sinh viên nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu khảo sát tính chất của cảm biến điện hóa được biến tính bằng vật liệu Fe₃O₄ phát hiện dư lượng thuốc kháng sinh Chloramphenicol (CAP) trong thực phẩm” nhận giải Nhì cấp trường

“Nghiên cứu khảo sát tính chất của cảm biến điện hóa được biến tính bằng vật liệu Fe₃O₄ phát hiện dư lượng thuốc kháng sinh Chloramphenicol (CAP) trong thực phẩm” đây là một đề tài nghiên cứu khoa học có tính ứng dụng cao trong y sinh và an toàn thực phẩm.

Cơ duyên đến với đề tài….

Khi được hỏi đến vì sao nhóm lại lựa chọn đề tài này để làm nghiên cứu, đại diện nhóm Trần Văn Đình cho biết: có lẽ đây là cơ duyên, bởi nhóm sau quá trình tìm hiểu thông tin và nhận thấy sự nguy hại của kháng sinh đối với sức khỏe của con người.

Chloramphenicol (CAP) là một loại thuốc kháng sinh có hoạt tính diệt khuẩn phổ rộng đã được sử dụng để chống lại các bệnh nhiễm trùng ở người và động vật do hiệu quả chữa bệnh cao, sẵn có và chi phí thấp. Tuy nhiên, 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. Sự tồn đọng các chất kháng sinh trong thực phẩm có thể gây hại đến sức khỏe của con người, đặc biệt là khi tiêu thụ trong thời gian dài hoặc sử dụng liên tục bởi các tác dụng phụ của nó, cụ thể là nhiễm độc cơ thể, gây bất sản tuỷ dẫn đến thiếu máu, bệnh bạch cầu và hội chứng xám (Grey-syndrome) gây tím tái, truỵ mạch và có thể gây tử vong, thường gặp ở trẻ sơ sinh nhất là trẻ đẻ non…Do đó vấn đề đảm bảo an toàn thực phẩm đang trở thành một vấn đề rất quan trọng trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khoẻ con người. Trong đó, việc kiểm tra dư lượng thuốc kháng sinh CAP trong thực phẩm là một vấn đề đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.

Đề tài do TS. Nguyễn Thị Minh Hồng (bên trái ảnh) – Giảng viên Khoa Vật lý Kỹ thuật và Công nghệ Nano hướng dẫn

Để giải quyết bài toán phát hiện và kiểm soát được dư lượng thuốc kháng sinh CAP trong thực phẩm, đề tài tập trung vào việc chế tạo các hạt nano siêu thuận từ Fe₃O₄ dùng để biến tính điện cực làm việc của cảm biến điện hóa nhằm nâng cao hiệu suất điện hoá và tăng cường tín hiệu phát hiện dư lượng thuốc kháng sinh CAP trong thực phẩm.

Các hạt nano siêu thuận từ Fe₃O₄có tính chất truyền dẫn điện tửcao (khả năng hút và giải phóng các ion như Fe²⁺ và Fe³⁺), 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 các chất hữu cơ như thuốc kháng sinh Chloramphenicol (CAP) trong thực phẩm và chi phí sản xuất thấp. Do đó, hạt nano siêu thuận từ Fe₃O₄ được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong lĩnh vực cảm biến điện hóa, được biết đến là vật liệu tiềm năng biến tính cho các điện cực làm việc của cảm biến điện hoá.

Nội dung nghiên cứu trong đề tài này bao gồm: (1) Hoàn thiện quy trình tổng hợp chế tạo vật liệu nano siêu thuận từ Fe₃O₄, (2) Khảo sát tính chất của vật liệu được chế tạo. (3) Biến tính điện cực làm việc của cảm biến điện hoá bằng vật liệu Fe₃O₄. (4) Nghiên cứu tính chất của cảm biến điện hóa có điện cực làm việc được biến tính bằng vật liệu Fe₃O₄, từ đó xác định tính chọn lọc, độ nhạy, độ phân giải, độ bền của cảm biến trong việc xác định dư lượng thuốc kháng sinh CAP trong các mẫu thực phẩm.

Đây là một hướng nghiên cứu hấp dẫn trên thế giới, tuy nhiên lại khá mới mẻ tại Việt Nam. Việc nắm bắt kiến thức, làm chủ quy trình công nghệ chế tạo vật liệu biến tính Fe₃O₄, hoàn thiện quy trình biến tính điện cực làm việc của cảm biến điện hoá nhằm tăng cường tín hiệu và nâng cao hiệu suất điện hoá – là một thách thức, đòi hỏi nhiều công sức và thời gian.

Quá trình nghiên cứu của nhóm trong viên trong phòng thí nghiệm

Trong quá trình đo đạc và khảo sát tính chất của cảm biến, nhóm nghiên cứu đã phải thực hiện lại rất nhiều lần và để đưa ra các kết quả chính xác và tốt nhất. Các loại thực phẩm (sữa, tôm, thịt, cá…) có thành phần và tính chất khác nhau nên việc chọn lọc và chuẩn bị mẫu thực phẩm cũng là một bước quan trọng trong quá trình phát hiện và truy vết dư lượng kháng sinh CAP. Do đó yêu cầu kỹ thuật xử lý mẫu khác nhau đòi hỏi quy trình phải chuẩn và có độ chính xác cao.

Hướng nghiên cứu cơ bản định hướng ứng dụng của đề tài nằm trong mục tiêu phát triển những thế mạnh nghiên cứu của Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN. Nhóm đã bắt đầu được tham gia thực nghiệm từ năm thứ 2,được hướng dẫn, tạo điều kiện sử dụng những thiết bị công nghệ, máy móc hiện đại, tiên tiến của Khoa Vật lý Kỹ thuật &Công nghệ Nano và Phòng thí nghiệm trọng điểm Micro&Nano. Bên cạnh đó,nhóm nghiên cứu đã nhận được hỗ trợ nhiệt tình từ các các giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Minh Hồng (Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ nano, Trường đại học Công nghệ) và ThS. Nguyễn Ngọc Huyền (Viện nghiên cứu nano, Trường đại học Phenikaa). Các thầy cô đã truyền niềm say mê nghiên cứu khoa học, tư duy logic, cách giải quyết vấn đề và cách làm việc chuyên nghiệp. Các kiến thức lý thuyết cơ bản được học tại giảng đường trở nên dễ hiểu và hứng thú khi sinh viên được tham gia quá trình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm. Mô hình học tập kết hợp giữa giảng đường và phòng thí nghiệm là một mô hình hiệu quả đối với các sinh viên chúng em – Sinh viên Trần Văn Đình chia sẻ.

Sinh viên Nguyễn Văn Khánh, thành viên còn lại trong nhóm nghiên cứu

Điều mà thuận lợi nhất đối với nhóm nghiên cứu là luôn được các thầy cô hướng dẫn tìm và cung cấp tài liệu tham khảo như sách, bài báo khoa học từ thư viện, cơ sở dữ liệu trực tuyến. Từ nguồn tài liệu tham khảo phong phú và đa dạng, nhóm đã biết cách tìm kiếm và chọn lọc kiến thức, thông tin phù hợp với các vấn đề mà mình đang nghiên cứu. Ngoài ra, Nhà trường cung cấp hệ thống các thiết bị, máy móc nghiên cứu hiện đại có độ chính xác cao.Các thầy cô hướng dẫn đã hướng dẫn, kiểm tra cẩn thận, tận tình giúp nhóm có thể chủ động chế tạo mẫu, đo đạc các tính chất, phân tích số liệu, giải thích kết quả và hoàn thiện báo cáo kết quả của đề tài mình nghiên cứu. Ngoài ra, nhà trường còn hỗ trợ tài chính một phần để nhóm sử dụng mua nguyên vật liệu, hoá chất liên quan đến đề tài nghiên cứu. Nhóm hy vọng trong thời gian tới, đề tài sẽ được ĐHQGHN, Quỹ khoa học và các doanh nghiệp đồng hành cùng nhóm, hỗ trợ kinh phí để nghiên cứu đạt các kết quả tốt hơn và có tính ứng dụng cao trong thực tế.

Các thành viên của nhóm bày tỏ, chỉ cần các bạn có đam mê và đề xuất cùng các thầy cô, các bạn sẽ được các thầy cô tạo điều kiện tham gia nghiên cứu khoa học từ năm thứ 2 đại học. Việc tham gia nghiên cứu khi còn ngồi trên ghế giảng đường sẽ mang lại rất nhiều lợi ích cho bản thân cho công việc sau này như: học hỏi được nhiều kiến thức khoa học chuyên sâu, rèn luyện kỹ năng thực hành, tìm ra cách giải quyết vấn đề khoa học mà không được thể hiện rõ trong chương trình học lý thuyết tại giảng đường.Từ đó chúng em phát triển được thế mạnh và khả năng năng nghiên cứu của bản thân, được đào tạo và hướng dẫn cách đặt và giải quyết vấn đề, tìm phương pháp nghiên cứu phù hợp, phân tích số liệu, giải thích kết quả và viết báo cáo tổng kết… Ngoài ra, việc tham gia nghiên cứu khoa học sẽ khiến bản thân mình tự tin và trách nhiệm, cải thiện các kỹ năng giao tiếp, thích nghi với kỹ năng làm việc nhóm và làm quen với cách làm việc chuyên nghiệp của nhà khoa học, đóng góp công sức của mình cho sự phát triển của ngành và cộng đồng. Đặc biệt, khi sinh viên tham gia nghiên cứu khoa học sẽ góp phần làm giàu hồ sơ năng lực cá nhân, dễ tìm kiếm cơ hội việc làm tốt hơn cũng như đạt được nhiều chương trình học bổng tại các Trường, Viện nghiên cứu danh tiếng trong và ngoài nước.

Đề tài mang tính ứng dụng thực tiễn cao trong y sinh và an toàn thực phẩm

Việc sử dụng các hạt nano siêu thuận từ Fe₃O₄ biến tính điện cực làm việc của cảm biến điện hoá cho thấy phản ứng đo điện hoá tốt hơn, tăng cường tín hiệu và hiệu suất điện hóa cao hơn so với các điện cực chưa biến tính. Cảm biến điện hoá có khả năng đáp ứng nhanh, độ chọn lọc tốt, khả năng tái lặp cao, độ ổn định lâu dài và khả năng phát hiện nồng độ thấp CAP trong mẫu sữa hay thực phẩm.

Kết quả của đề tài nghiên cứu này có thể được áp dụng mở rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: y tế, môi trường, an toàn thực phẩm nhằm phát hiện các chất kháng sinh, độc hại khác trong thực phẩm, nguồn nước và không khí, giúp kiểm soát và cải thiện sức khoẻ cộng đồng và ô nhiễm môi trường.

Sử dụng vật liệu có tính chất tốt và sự tương thích sinh học cao: Trong đề tài này, nhóm đã nghiên cứu chế tạo sử dụng vật liệu Fe₃O₄ để biến tính điện cực làm việc của cảm biến điện hóa.Sự lựa chọn vật liệu nano siêu thuận từ Fe₃O₄ và tối ưu hóa điều kiện chế tạo cũng là một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để nâng cao hiệu suất điện hoá, đạt được kết quả phân tích chính xác, nhanh chóng và chi phí tiết kiệm hơn.

Giá thành thấp: Cảm biến điện hóa là một phương pháp phổ biến và giá thành khá thấp so với các phương pháp phân tích truyền thống. Vì vậy, việc nghiên cứu cảm biến điện hóa để phát hiện dư lượng kháng sinh trong thực phẩm sẽ giúp giảm chi phí cho các doanh nghiệp và người tiêu dùng trong việc kiểm soát an toàn thực phẩm.

Đặc biệt với đề tài này được các chuyên gia đánh giá cao về tính ứng dụng thực tiễn về sau. Công nghệ cảm biến điện hóa là một phương pháp phân tích điện hoá không đánh dấu, hiện nay được đánh giá là giải pháp tiềm năng nhờ quá trình chế tạo đơn giản, chi phí phân tích thấp, khả năng đáp ứng nhanh, độ nhạy và độ chọn lọc cao và trong tương lai cảm biến điện hoá trở thành các thiết bị phân tích hiện trường – di động có hiệu suất cao. Việc phát hiện và xác định dư lượng CAP trong thực phẩm dừa trên cơ sở công nghệ cảm biến điện hoá là rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn thực phẩm. Đề tài nghiên cứu này có thể giúp cho các đơn vị, cơ quan chức năng và doanh nghiệp truy vết và kiểm soát chất lượng thực phẩm. Do đó, đề tài này có tính ứng dụng thực tiễn cao và mang lại lợi ích lớn trong việc bảo vệ sức khoẻ cộng đồng.

Nhiều doanh nghiệp tham gia đánh giá và lựa chọn tính khả thi của đề tài cho biết: với đề tài này chỉ cần nhóm tập trung đầu tư vào tính khả thi, khai thác khả năng ứng dụng đa dạng trong các sản phẩm thực tế. Đồng thời, nhóm cần phát triển, nghiên cứu sâu hơn trong thời gian tới nhằm tối ưu hóa quy trình chế tạo và nâng cao các tính chất của cảm biến điện hoá, để các kết quả nghiên cứu khoa học hiệu quả và có tính ứng dụng cao, đa dạng hơn nữa. Đại diện doanh nghiệp cam kết sẽ cùng nhà trường đồng hành để phát triển, tối ưu đề tài để thực hiện hướng nghiên cứu này để được ứng dụng thực tế trong việc kiểm soát an toàn thực phẩm, đảm bảo sức khoẻ cho người tiêu dùng trong thời gian tới.

(UET-News)