Hệ thống điện thoại thông minh kiểm tra chì trong nước

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Houston đã chế tạo được một hệ thống rẻ tiền sử dụng điện thoại thông minh và ống kính được chế tạo bằng máy in phun để phát hiện chì trong nước máy với hàm lượng thường được xem là nguy hiểm.

Hệ thống này được xây dựng dựa vào công trình nghiên cứu trước đây của Wei-Chuan Shih, phó giáo sư về kỹ thuật điện và máy tính và các cộng sự, bao gồm phát hiện ra một ống kính dẻo giá rẻ có thể biến đổi điện thoại thông minh cơ bản thành kính hiển vi.

Phát hiện mới được mô tả trên tạp chí Analytical Chemistry, kết hợp phép đo màu nano với kính hiển vi trường tối, được tích hợp vào nền tảng kính hiển vi của điện thoại thông minh để phát hiện hàm lượng chì thấp hơn ngưỡng an toàn do Cơ quan Bảo vệ môi trường (EPA) quy định.

"Phép đo màu nano trên điện thoại thông minh được thực hiện nhanh chóng với chi phí thấp và cho phép mọi người kiểm tra hàm lượng chì trong nước uống trong bất kỳ môi trường nào", các nhà nghiên cứu viết.

Ngay cả một lượng nhỏ chì cũng có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho trẻ nhỏ, đặc biệt khả năng dễ bị tổn thương thần kinh. Các tiêu chuẩn của EPA yêu cầu hàm lượng chì trong nước uống thấp hơn 15 phần tỷ và PGS. Shih cho biết bộ xét nghiệm thông dụng hiện nay không đủ nhạy để phát hiện chính xác hàm lượng chì ở mức đó.

Bằng cách sử dụng điện thoại thông minh rẻ tiền được trang bị ống kính in phun và sử dụng chế độ chụp ảnh tối, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra một hệ thống vừa di động vừa dễ hoạt động với khả năng phát hiện nồng độ chì dưới mức 5 phần tỷ trong nước máy. Độ nhạy đạt 1,37 phần tỷ trong nước khử ion.

Năm ngoái, nhóm nghiên cứu đã công bố một bộ dữ liệu mã nguồn mở trên tạp chí Biomedical Optics Express, giải thích cách chuyển đổi điện thoại thông minh được trang bị ống kính dẻo thành kính hiển vi có chức năng của kính hiển vi huỳnh quang.

Các ứng dụng mới nhất kết hợp phân tích màu sắc để phát hiện các hạt chì có kích thước nano. Ngoài PGS. Shih, các nhà nghiên cứu trong dự án bao gồm các tác giả Hoàng Nguyễn và Yulung Sung, Kelly O'Shaughnessy và Xiaonan Shan đều công tác tại Khoa Kỹ thuật Điện & Máy tính tại Đại học Houston.

Sử dụng bộ dữ liệu được công bố vào năm 2017, các nhà nghiên cứu đã chế tạo được kính hiển vi trên điện thoại thông minh độc lập có thể hoạt động ở cả chế độ chụp ảnh huỳnh quang và trường tối và ghép nối với điện thoại thông minh Lumina 640 rẻ tiền với máy ảnh 8 megapixel. Nhóm nghiên cứu đã tăng khối lượng nước máy với số lượng chì khác nhau, dao động từ 1,37 phần tỷ đến 175 phần tỷ. Sau đó, họ bổ sung ion cromat để phản ứng với chì tạo thành các hạt nano cromat chì; các hạt nano có thể được phát hiện bằng cách kết hợp phân tích phép đo màu và kính hiển vi.

Phân tích đã đo lường cả tốc độ phát hiện các hạt nano có tương quan với nồng độ chì và xác minh rằng phản ứng được thúc đẩy bởi sự có mặt của chì. Hỗn hợp được chuyển đến một tấm polydimethylsiloxan gắn vào một phiến kính; sau khi khô, nước khử ion được sử dụng để rửa sạch hợp chất cromat và trầm tích còn lại được chụp để phân tích. Khả năng chụp hình của kính hiển vi đã được chứng minh rất cần thiết vì số lượng trầm tích quá nhỏ nên không thể chụp hình bằng camera của điện thoại thông minh không được hỗ trợ. Vì thế, việc phát hiện chì ở mức tương đối thấp trở nên khó khăn.