Cảm biến phân hủy sinh học theo dõi nồng độ thuốc trừ sâu trên trái cây và rau quả

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học São Paulo (USP) và Đại học Liên bang Viçosa (UFV) ở Braxin đã chế tạo thành công cảm biến bền vững có thể đặt trực tiếp trên bề mặt rau quả hoặc trái cây để phát hiện sự hiện diện của thuốc trừ sâu. Cảm biến được làm từ xenlulo acetat, vật liệu có nguồn gốc từ bột gỗ, có triển vọng đảm bảo an toàn thực phẩm trong một thế giới ngày càng thiếu lương thực, cũng như phải đối mặt với các vấn đề về môi trường và sức khỏe do sử dụng quá nhiều hóa chất nông nghiệp. Kết quả nghiên cứu đã dược công bố trên tạp chí Biomaterials Advances.

Thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi để tăng năng suất cây trồng, nhưng chỉ có 50% lượng thuốc đáp ứng mục tiêu này. Phần còn lại tồn dư trong đất, nước ngầm, nước mặt, nước uống thô, nước thải và các sản phẩm thực phẩm. Do đó, cần theo dõi nồng độ thuốc trừ sâu trong nước, đất và thực phẩm để ngăn chặn các chất độc hại tiếp xúc với cộng đồng thông qua da, phổi hoặc hệ tiêu hóa.

Các công cụ phân tích phổ biến dùng cho mục đích này là kỹ thuật sắc ký, tuy hiệu quả nhưng có những hạn chế như đòi hỏi xử lý mẫu trước, cần có thiết bị đắt tiền và chuyên gia phòng thí nghiệm, ngoài ra còn mất nhiều thời gian để hoàn thành phân tích và thiếu tính di động.

Tuy nhiên, cảm biến điện hóa mới có giá cả phải chăng, nhỏ gọn, quy mô sản xuất lớn, dễ sử dụng và khả năng phát hiện nhanh thuốc trừ sâu tại chỗ với mức độ chọn lọc cao. Ngoài ra, thay vì sử dụng những vật liệu thông dụng không bền vững với môi trường và mất nhiều thời gian phân hủy như gốm sứ hay nhựa polime từ dầu mỏ, cảm biến được làm từ xenlulo acetat có nguồn gốc từ thực vật, ít tác động đến môi trường và phân hủy hoàn toàn trong vòng 340 ngày hoặc ít hơn tùy theo điều kiện tại địa phương.

Chất nền xenlulo acetat có khả năng phân hủy sinh học, được sản xuất bằng phương pháp đúc, trong đó vật liệu được đặt trong không gian có hình dạng theo yêu cầu và hệ thống điện hóa với ba điện cực được lắng đọng bằng cách in lụa.

Tại phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thử nghiệm phun dung dịch chứa carbendazim (thuốc diệt nấm) và paraquat (thuốc diệt cỏ) lên rau diếp và cà chua trong mô phỏng thế giới thực. Sau đó, cảm biến được gắn trực tiếp vào rau diếp và cà chua. Số liệu đo đạc cho thấy mức độ phát hiện thuốc trừ sâu tương thích với kết quả thu được khi sử dụng polyetylen terephthalate, vật liệu cảm biến thông dụng. Paraquat đã bị Liên minh châu Âu cấm vào năm 2003 do gây hại đến sức khỏe con người nhưng lại vẫn được sử dụng ở Braxin

Ngoài ra, các nhà khoa học cũng đã tiến hành rửa và ngâm rau quả trong một lít nước trong vòng hai giờ để xem xét hiệu quả loại bỏ dư lượng thuốc trừ sâu. Kết quả đã khử được 40% carbendazim và 60% paraquat khỏi rau diếp và từ cà chua tỷ lệ này đều là 64%. Như vậy, việc rửa và ngâm rõ ràng không đủ để loại bỏ dư lượng thuốc trừ sâu. Ít nhất 10% vẫn còn trong lá hoặc vỏ.

Công nghệ mới hữu ích cho các cơ quan kiểm tra vệ sinh thực phẩm trên thế gới, cũng như những người bán sản phẩm hữu cơ chứng minh sản phẩm của họ không chứa thuốc trừ sâu. Nông dân có thể sử dụng cảm biến thường xuyên để theo dõi nồng độ thuốc trừ sâu trên đồng ruộng và đảm bảo chỉ bón liều lượng phù hợp cho từng loại cây trồng. Do đó, việc sử dụng thuốc trừ sâu có thể giảm nhưng năng suất cây trồng vẫn tăng, dẫn đến giá tiêu dùng thấp hơn.

N.P.D (NASATI) theo Physorg, 2/2024