Công trình “Phát triển và ứng dụng hệ cảm biến sinh học để xác định nhanh BOD và độ độc trong nước” do TS Phạm Thị Thùy Phương và các cộng sự thuộc Viện Công nghệ hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) nghiên cứu giành được giải thưởng đặc biệt đổi mới sáng tạo châu Á năm 2021 của Quỹ Hitachi Global Foundation.
Với mục tiêu tạo ra sản phẩm công nghệ có khả năng ứng dụng cao, nhóm nghiên cứu đã chọn đi một con đường riêng, không trùng lặp với những nghiên cứu về cảm biến sinh học đang được tiến hành trên thế giới.
Không chọn hướng nghiên cứu phát triển cảm biến sinh học (biosensor), vốn yêu cầu các thiết bị nghiên cứu đắt tiền cũng như phòng thí nghiệm đạt chuẩn, nhóm đã tập trung phát triển hệ thiết bị hoàn chỉnh với nguyên lý đo mới và thiết bị phản ứng sinh học (bioreactor) mới kết hợp với cảm biến DO thông thường.
Hướng tiếp cận này được kỳ vọng sẽ giúp nhóm phát triển được các cảm biến sinh học có thể được chế tạo hàng loạt với giá thành thấp và nguồn nguyên vật liệu có sẵn trong nước.
Ý tưởng về nguyên lý đo bán liên tục do KS Nguyễn Phúc Hoàng Duy đề xuất đã đem lại nhiều ưu điểm cho công nghệ BODTOX so với phương pháp đo liên tục hoặc theo mẻ như các nghiên cứu và hệ cảm biến sinh học thương mại đang phát triển: Chỉ cần sử dụng một cảm biến oxy hòa tan có thể xác định được cả oxy đầu vào và đầu ra; đồng thời có thể rút ngắn thời gian đo (so với phương pháp liên tục) và có thể xác định BOD theo thời gian thực (so với phương pháp theo mẻ).
Ngoài ra, ý tưởng về một thiết bị phản ứng sinh học nhỏ gọn, có thể được chế tạo tại nơi vận hành mà không cần người có chuyên môn cao cũng đã được hình thành với mục đích giúp cho hệ cảm biến trở nên đơn giản hơn, dễ vận hành hơn và quan trọng là có chi phí đầu tư và vận hành thấp hơn các thiết bị hiện có trên thị trường.
Tuy nhiên, phải chờ đến năm 2018, khi nhóm nghiên cứu nhận được nguồn tài trợ từ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cho đề tài độc lập cấp Viện Hàn lâm “Nghiên cứu chế tạo cảm biến sinh học ứng dụng trong phân tích nhanh và liên tục nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)”, hệ thiết bị hoàn chỉnh mới được hiện thực hóa.
Hai năm thực hiện đề tài, nhóm đã đạt được một số thành công nhất định như đã chế tạo được hệ thiết bị đơn giản, rẻ tiền cho thời gian đo chỉ 10 phút, có khả năng xác định nhanh BOD5 trong nước thải thủy sản và nước kênh rạch trong nội thành TPHCM với hệ số biến thiên lớn nhất là < 10% (với phương pháp đo BOD5 truyền thống < 20%) và không có sự khác biệt về mặt thống kê giữa hai phép đo khi sử dụng nước thải mô hình theo công thức từ Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD) làm dung dịch chuẩn.
Ưu điểm của hệ cảm biến sinh học đo BOD và độ độc do nhóm nghiên cứu chế tạo ra so với sản phẩm tương tự của một số nhà khoa học trên thế giới nằm ở 5 điểm: Không chiếm diện tích, giá thành rẻ, chỉ cần rất ít mẫu đo (khoảng 3 lít nước thải), cho kết quả “siêu nhanh” chỉ trong vòng 10 phút và tạo ra được viên nang vi sinh đặc hiệu nên cho kết quả BOD chính xác.
“Chúng tôi ước tính nếu thiết bị này lắp đặt tại các nhà máy xử lý nước hoặc hệ thống quan trắc chỉ có giá vài nghìn USD, nếu trang bị tính năng tự động hoàn toàn thì đắt hơn.
Trong khi đó, thiết bị của nước ngoài có giá đắt hơn gấp 10 lần và cồng kềnh. Thiết bị của chúng tôi có khả năng tự tạo vi sinh tại nguồn, phù hợp với thực tiễn quan trắc nguồn nước và cảnh báo kịp thời tại Việt Nam”, TS Phương cho biết.
PGS.TS Hoàng Thị Kim Dung, Viện trưởng Viện Công nghệ hóa học, cho biết, nhóm nghiên cứu của TS Phương là nhóm nghiên cứu mạnh của viện và đạt được một số thành tích đáng quan tâm, trong đó có việc sáng tạo ra hệ cảm biến sinh học đo BOD và độc tố.
“Tôi hy vọng sản phẩm của nhóm nghiên cứu nhận được nhiều sự quan tâm của sở, ban, ngành, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam để thúc đẩy nghiên cứu đi xa hơn và cho kết quả ứng dụng kịp thời đi vào thực tiễn cuộc sống” - bà Dung nói.
