Một nhóm nghiên cứu đa ngành của Brazil mới đây đã phát triển một loại cảm biến sinh học giúp đo hàm lượng thuốc trừ sâu trong thực phẩm, nước và đất. Công nghệ hiện vẫn đang trong giai đoạn phát triển nhưng nếu trở thành một sản phẩm thương mại, công nghệ có thể mang lại một giải pháp di động, giá cả phải chăng để giám sát loại hóa chất độc hại này.
Cảm biến sinh học nói trên là kết quả từ quá trình nghiên cứu của sinh viên tốt nghiệp Izabela Gutierrez de Arruda tại Viện vật lý São Carlos (IFSC), bang São Paulo dưới sự trợ giúp của tiến sĩ Romildo Jerônimo Ramos đến từ đại học liên bang Mato Grosso (UFMT), tiến sĩ Nirton Vristi Silva Viera (IFSC) và giáo sư Franciso Eduardo Gontijo Guimarães (IFSC). Cơ chế hoạt động của cảm biến dựa trên phương pháp ức chế enzyme để phát hiện sự hiện diện của một loại hóa chất thuộc nhóm lân hữu cơ có tên methamidophos.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng enzyme acteylcholinesterase (AChE) – một loại enzyme hoạt hóa cao có trong các nút giao thần kinh cơ và khớp thần kinh não cholinergic của nhiều loài côn trùng, động vật như lươn, cá, động vật có vú và kể cả não người. Enzyme AChE hoạt động với chất dẫn truyền xung thần kinh acetylcholine (ACh) liên quan đến các chức năng nhận thức như suy nghĩ và ghi nhớ. Khi tiếp xúc với phân tử methamidophos, hoạt động của enzyme AChe bị ức chế khiến nó sản sinh ra ít proton hơn so với bình thường. Sự chênh lệch về lượng proton sẽ được hiển thị trên một thiết bị nhỏ được tích hợp một tấm phim siêu mỏng có chức năng phóng to tín hiệu, qua đó cho biết hàm lượng thuốc trừ sâu.
Gutierrez cho biết: “Thiết bị trông giống như dụng cụ thường dùng để đo nồng độ đường trong máu. Do có kích thước nhỏ bé, những người nông dân có thể thực hiện các phép đo và lấy kết quả ngay. Hiện tại, người ta thường dùng các phép đo ghi sắc hay đo phổ để kiểm tra hàm lượng thuốc trừ sâu nhưng các kỹ thuật này đòi hỏi tính chuyên môn và trang thiết bị đắt tiền, thêm vào đó là không thể lấy ngay kết quả đo”.
Ý tưởng phát triển cảm biến sinh học đo hàm lượng thuốc trừ sâu nảy sinh từ các vấn đề sức khỏe do methamidophos gây ra cho con người, cụ thể là tại bang Mato Grosso nơi sản xuất lúa gạo lớn nhất Brazil và cũng là quê nhà của Gutierrez. Mặc dù methamidophos đã bị cấm tại nhiều quốc gia bao gồm cả các nước EU nhưng chúng vẫn được sử dụng rộng rãi ở Mato Grosso, đe dọa trực tiếp đến nguồn nước ngầm với nguy cơ ô nhiễm hóa học.
Ngộ độc methamidophos có thể gây mất trí nhớ, lo lắng, rối loạn tâm thần và theo các nhà khoa học, nó có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh Alzheimer.
Nhóm nghiên cứu cho biết mặc dù cảm biến sinh học vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu nhưng nó có thể được điều chỉnh để đo hàm lượng nhiều loại thuốc trừ sâu khác thuộc họ lân hữu cơ và carbamate. Dự án của Gutierrez được khởi động vào năm 2011 và một bằng sáng chế về cảm biến sinh học cũng đã được đệ trình. Bước tiếp theo là tìm kiếm một công ty quan tâm đến công nghệ và sẵn sàng đưa loại cảm biến sinh học này trở thành một sản phẩm thương mại. Nhóm nghiên cứu ước tính chi phí sản xuất cảm biến sẽ vào khoảng từ 46 đến 92 USD.