Cảm biến phát hiện dư lượng thuốc kháng sinh

Sử dụng cảm biến điện hóa biến tính bằng vật liệu oxit sắt từ, nhóm sinh viên Khoa Vật lý Kỹ thuật và Công nghệ Nano, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội có thể phát hiện nhanh dư lượng thuốc kháng sinh trong thực phẩm.

Sự tồn đọng các chất kháng sinh trong thực phẩm có thể gây hại đến sức khỏe của con người 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, trụy mạch và có thể gây tử vong, thường gặp ở trẻ sơ sinh nhất là trẻ đẻ non…

Sinh viên Trần Văn Đình, trưởng nhóm cho biết, sau quá trình tìm hiểu thông tin và nhận thấy sự nguy hại của kháng sinh đối với sức khỏe con người, nhóm quyết định nghiên cứu chế tạo và khảo sát các tính chất của vật liệu nano để ứng dụng làm chất tăng cường tín hiệu trong cảm biến điện hóa để phát hiện dư lượng thuốc kháng sinh CAP tồn dư trong thực phẩm, góp phần đảm bảo an toàn và chất lượng thực phẩm cho người tiêu dùng Việt Nam.

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.

Hiện nay, công nghệ cảm biến điện hóa có khả năng phát hiện nhanh và chính xác một số chất độc hại là một trong những giải pháp tiềm năng do quá trình chế tạo đơn giản, chi phí phân tích thấp, đáp ứng nhanh, độ nhạy và độ chọn lọc cao.

Để giải quyết bài toán phát hiện và kiểm soát được dư lượng thuốc kháng sinh CAP trong thực phẩm, nhóm đã thực hiện 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”.

Nhóm tập trung nghiên cứu chế tạo và khảo sát 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 hóa và tăng cường tín hiệu phát hiện dư lượng thuốc kháng sinh CAP trong thực phẩm.

Các hạt nano siêu thuận từ Fe3O4 có tính chất truyền dẫn điện tử cao (khả năng hút và giải phóng các ion như Fe2+ và Fe3+), độ ổn định hóa học và hiệu suất điện hóa vượt trội. Đặc biệt, hạt Fe3O4 có tương thích sinh học tốt, khả năng hấp phụ các chất hữu cơ như thuốc kháng sinh 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 và được biết đến là vật liệu tiềm năng biến tính cho các điện cực làm việc của cảm biến điện hóa.

Trong quá trình đo đạc và khảo sát tính chất của cảm biến, nhóm nghiên cứu đã phải thực hiện lại rất nhiều lần 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 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 đòi hỏi quy trình có độ chính xác cao.

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm nghiên cứu nhận thấy, việc sử dụng các hạt nano siêu thuận từ Fe3O4 biến tính điện cực làm việc của cảm biến điện hóa cho thấy phản ứng đo điện hóa tốt hơn, tăng cường tín hiệu và hiệu suất điện hóa cao hơn so với các điện cực chưa biến tính.

Cảm biến điện hóa 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 như: 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, ô nhiễm môi trường.

“Trong tương lai, cảm biến điện hóa 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 dựa trên cơ sở công nghệ cảm biến điện hóa 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”, sinh viên Trần Văn Đình chia sẻ.

Thời gian tới, nhóm sẽ tiếp tục phát triển, tối ưu hóa điều kiện chế tạo điện cực và nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của điện cực như chất liệu, kích thước, hình dạng, bề mặt, cấu trúc và tính chất từ của vật liệu biến tính điện cực.

Bên cạnh đó, nhóm tiếp tục nghiên cứu, chế tạo các mẫu mới theo các công nghệ khác và điều kiện khác nhau để tạo ra điện cực có tính ổn định, giá thành thấp nhất và phát hiện thêm một số kháng sinh khác.

TS Nguyễn Thị Minh Hồng, giảng viên Khoa Vật lý Kỹ thuật và Công nghệ Nano cho biết, với hệ thống trang thiết bị, máy móc hiện đại, có độ chính xác cao, nhóm nghiên cứu đã 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 đề tài. Đây là đề tài có nhiều triển vọng ứng dụng nếu được tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu hơn trong thời gian tới.