ThS. Ngô Đức Hoàng, Trung tâm nghiên cứu và đào tạo
thiết kế vi mạch (ICDREC), Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh vừa cho biết, việc
nghiên cứu chế tạo thành công linh kiện QCM làm cảm biến sinh học đã giúp nhóm
nghiên cứu của trung tâm thật sự làm chủ được quy trình chế tạo linh kiện vi
cân tinh thể thạch anh (quartz crystal microbalance - QCM) và quy trình gắn kết
các tác nhân sinh học trên bề mặt điện cực của QCM sử dụng các protein A. Kết
quả này đạt được thông qua việc nghiên cứu đề tài khoa học “Chế tạo bộ KIT từ
linh kiện cảm biến vi cân tinh thể thạch anh kiểm tra vi khuẩn E. coli trong
nước” do ThS. Ngô Đức Hoàng và TS. Dương Minh Tâm làm chủ nhiệm, vừa được Sở
Khoa học và Công nghệ TP. Hồ Chí Minh nghiệm thu.
- Phát hiện nhanh một loại vi khuẩn có
thể giết chết bệnh nhân
Sự
bùng nổ dân số cùng với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng tạo ra một sức ép lớn tới
môi trường sống, nguồn nước sinh hoạt ngày càng trở nên thiếu hụt và ô nhiễm.
Bên cạnh đó, nhu cầu sử dụng nước uống đóng chai, đóng bình hay còn gọi là nước
tinh khiết, ngày càng phổ biến. Tuy nhiên, điều đáng lo ngại là có một số cơ sở
sản xuất chưa thực hiện nghiêm túc việc bảo đảm vệ sinh an toàn thực phẩm. Các
nhà y học đã khuyến cáo, những mẫu nước và thực phẩm chứa vi khuẩn E. coli
O157:H7 gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và có thể dẫn đến tử vong cho
người tiêu dùng. Do đó, làm sao để xác định được vi khuẩn E. coli trong một
khoảng thời gian ngắn, có độ chính xác cao và thao tác thực hiện đơn giản là
nhiệm vụ lớn đặt ra cho các nhà khoa học và công nghệ.
ThS.
Ngô Ðức Hoàng cho biết, có nhiều phương pháp chuẩn trong phòng thí nghiệm đang
được sử dụng, nhưng thời gian kiểm tra khá lâu, sử dụng nhiều hóa chất đắt
tiền, người kỹ thuật viên đòi hỏi có trình độ tay nghề... Cảm biến sinh học dựa
trên linh kiện QCM là một giải pháp hữu hiệu trong việc thay thế các phương
pháp truyền thống, do có độ nhạy khối lượng cao và thời gian phát hiện nhanh.
Nguyên lý cơ bản của cảm biến sinh học QCM là việc suy giảm tần số cộng hưởng
của linh kiện QCM khi có sự gắn kết của các tác nhân sinh học. Ðiểm chính của
nghiên cứu này là chế tạo thành công KIT QCM 5 MHz và ứng dụng để kiểm tra vi
khuẩn E. coli O157:H7. Ðây là dự án bao gồm 3 phần: thiết kế, chế tạo và ứng
dụng. ThS. Ngô Ðức Hoàng nói: “Chúng tôi đã hoàn thành việc thiết kế mạch và
phương pháp hoạt động cho bộ KIT dựa trên linh kiện QCM 5MHz với các tiêu chuẩn
của KIT như: một bộ KIT cầm tay, KIT có thể hoạt động dựa trên linh kiện QCM
với tần số dao động 5 MHz, màn hình LCD có kích thước 2 x 16 ký tự và đồng thời
có thể kết nối máy tính để xử lý dữ liệu. Kết quả kiểm tra hoạt động của bộ KIT
này là tương đương với hệ máy chuẩn QCM200 của hãng SRS – Hoa kỳ”.
- Làm chủ nhiều công nghệ mới
Việc
nghiên cứu chế tạo các hệ cảm biến sinh học dựa trên linh kiện QCM ứng dụng
trong môi trường và y tế hầu như chưa được nghiên cứu và triển khai trong nước.
Vì vậy, đa số các cơ sở nghiên cứu và triển khai ứng dụng vẫn phải sử dụng các
hệ cảm biến được thiết kế và chế tạo ở nước ngoài.
ThS.
Ngô Ðức Hoàng nhận xét: “Việc nghiên cứu chế tạo thành công linh kiện QCM làm
cảm biến sinh học, tuy kết quả chỉ trong quy mô phòng thí nghiệm, nhưng các
thành viên trong nhóm nghiên cứu thật sự đã làm chủ được quy trình chế tạo linh
kiện QCM và quy trình gắn kết các tác nhân sinh học trên bề mặt điện cực của
QCM sử dụng các protein A. Ðây chính là một điều kiện thuận lợi cho nhóm nghiên
cứu của chúng tôi, trong nước chưa có nhóm nghiên cứu nào thật sự thực hiện chế
tạo hệ KIT sử dụng linh kiện QCM. Do vậy nhóm chúng tôi nghĩ rằng hướng nghiên
cứu này trong thời điểm hiện tại là một lựa chọn đúng đắn và có tính đột phá
trong nghiên cứu, có tính ứng dụng thực tiễn cao”.
Ðiểm
mới trong nghiên cứu này là phương pháp xác định các thành phần sinh học có mặt
trong môi trường đo, do sự thay đổi của tần số dao động của linh kiện QCM khi
có thay đổi về khối lượng bám dính trên bề mặt của linh kiện, thông qua tương
tác hoặc tạo liên kết giữa tác nhân sinh học trong môi trường đo với chất hoạt
tính được gắn trên bề mặt của linh kiện QCM. Theo đánh giá của ThS. Ngô Ðức
Hoàng thì: “Trên thế giới, hướng nghiên cứu này vẫn còn đang khá mới mẻ và còn
khá nhiều vấn đề tồn đọng chưa được giải quyết trước khi trở thành sản phẩm
thương mại. Ở trong nước, hướng nghiên cứu này chưa được triển khai. Hơn nữa,
nhóm nghiên cứu còn áp dụng được cả công nghệ chế tạo màng mỏng đơn lớp nguyên
tử theo cơ chế tự lắp ghép (self-assembled monolayers - SAM)”.
Trong
những năm gần đây, công nghệ SAM trở nên vô cùng quan trọng do khả năng ứng
dụng của nó trong lĩnh vực cảm biến sinh học, công nghệ nano và điện tử y sinh.
Màng mỏng đơn lớp tự sắp xếp là màng mỏng nano đơn lớp được hình thành bằng
cách tự lắp ghép có quy luật trên bề mặt của thể rắn.
ThS.
Ngô Ðức Hoàng khẳng định: “Các kết quả nghiên cứu của đề tài có khả năng ứng
dụng rất lớn trong kiểm tra chất lượng vi sinh trong nước và thực phẩm tại các
bênh viện, trung tâm, cơ sở y tế, giúp giảm thiểu được chi phí cũng như nâng
cao chất lượng chẩn đoán so với việc sử dụng một số phương pháp cổ điển”.
Nguồn: NASATI, ngày 9/7/2015.