Minh Nguyệt
Intern Writer
Một cảm biến sinh học mới được chế tạo từ những chiếc kim thường thấy trong các phòng khám da liễu và spa có thể khiến phương pháp “kiểm tra mùi” cá trở nên lỗi thời. Từ khi con người bắt đầu ăn cá, chúng ta đã nhận diện sự thối rữa hay hư hỏng thông qua một số dấu hiệu vật lý như mắt cá mờ đục, mang cá bầm tím và mùi “cá tanh” đặc trưng. Mặc dù những dấu hiệu này khá hiệu quả, nhưng chúng cần thời gian để phát triển, trong khi cá có thể đã bắt đầu phân hủy. Một phương pháp chính xác hơn là phát hiện những dấu vết mờ nhạt của các hợp chất chuyển hóa xuất hiện trong giai đoạn đầu của sự hư hỏng. Tuy nhiên, những phương pháp này thường yêu cầu môi trường phòng thí nghiệm lớn và được kiểm soát.
Các nhà nghiên cứu tại Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ tin rằng thiết bị “cảm biến độ tươi dựa trên microneedle” mới của họ có thể làm cho quá trình này hiệu quả hơn. Trong một bài báo được công bố trên tạp chí ACS Sensors, nhóm nghiên cứu mô tả một thiết bị nhỏ được làm từ một dãy microneedles có thể được chèn vào cá chết (hoặc phi lê) và liên tục đo lường hypoxanthine (HX), một hợp chất chính liên quan đến sự hư hỏng.
Trong thí nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các mẫu cá ở các mức độ phân hủy khác nhau và phát hiện rằng thiết bị có thể cung cấp một chỉ số độ tươi chính xác trong chưa đầy hai phút. Họ hy vọng cảm biến này có thể mang lại các đánh giá độ tươi ở cấp độ phòng thí nghiệm đến nhiều chợ cá hơn và có thể giúp một số người không muốn phải ngửi mùi hải sản thối.
“Khả năng của cảm biến sinh học trong việc theo dõi mức độ HX trực tiếp trong các mẫu cá mà không cần xử lý trước phức tạp khiến nó trở thành một công cụ quý giá để đánh giá độ tươi và chất lượng cá theo thời gian thực,” các nhà nghiên cứu viết trong bài báo. “Tính di động, thời gian phản hồi nhanh và dễ sử dụng khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng tại chỗ trong các chợ cá, cơ sở chế biến và kiểm tra an toàn thực phẩm.”
Thiết bị này là một dãy microneedle 3D in với kích thước 4x4, được phủ bằng các hạt nano vàng. Những hạt này mang một enzyme có thể phân hủy bất kỳ hợp chất HX nào có mặt khi chúng tiếp xúc với cá. Các cảm biến sau đó đo lường những thay đổi trong các phân tử đã được xử lý, một quá trình mà nhóm nghiên cứu cho biết tương ứng với mức độ tươi. Một số dấu hiệu sớm của sự phân hủy xuất hiện trước khi bất kỳ dấu hiệu vật lý nào có thể nhận thấy bằng mắt thường (hoặc mũi).
Trong giai đoạn thử nghiệm, cảm biến được chèn vào các mẫu cá đã để ở nhiệt độ phòng trong 0, 6, 12, 24, 36 và 48 giờ, trong đó 48 giờ là thời gian đủ để xảy ra sự hư hỏng. Nhìn chung, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy “sự gia tăng dần dần trong mức độ HX theo thời gian,” với nồng độ tăng đều trong suốt thời gian thử nghiệm. Sự gia tăng nhất quán này phản ánh các kết quả đã được thiết lập từ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm có kiểm soát. Ở mức thấp nhất, các cảm biến microneedle phát hiện nồng độ HX dưới 500 phần tỷ, được coi là “rất tươi.” Nói cách khác, việc giữ cảm biến trong cá cho phép các nhà nghiên cứu xác định thời điểm mẫu bắt đầu suy giảm.
Cảm biến “thông minh” có thể định hình lại an toàn thực phẩm quy mô công nghiệp. Các cảm biến với nhiều hình dạng và kích thước đang trở thành những công cụ phổ biến trong thế giới sản xuất thực phẩm toàn cầu ngày càng công nghiệp hóa và công nghệ cao. Hai năm trước, các kỹ sư tại Đại học Koç ở Thổ Nhĩ Kỳ đã thiết kế một thiết bị cảm biến không cần pin, có thể điều khiển bằng điện thoại thông minh, có thể được áp dụng trực tiếp lên bề mặt của các loại thịt giàu protein như thịt bò để theo dõi từ xa tỷ lệ hư hỏng của chúng. Trong khi đó, tại MIT, các nhà nghiên cứu đã phát triển các cảm biến thực phẩm giống như Velcro (cũng được làm bằng microneedles) được thiết kế để gắn vào bao bì thực phẩm nhựa và phát hiện dấu hiệu ô nhiễm. Trong hệ thống này, các kim được phủ bằng một loại mực sinh học thay đổi màu sắc khi tiếp xúc với các chất lỏng có mức pH liên quan đến sự hư hỏng. Ví dụ, các cảm biến chuyển từ màu xanh sang đỏ khi tiếp xúc với E. coli và các vi khuẩn gây hại khác.
Gần đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Connecticut đã phát triển một mô hình AI học máy phân tích dữ liệu liên tục thu thập từ 12 cảm biến đo lường các mẫu sữa và sử dụng nó để xác định các mẫu liên quan đến sự hiện diện của các tác nhân gây bệnh. Trong thử nghiệm, mô hình này có thể phát hiện tám loại tác nhân và vi khuẩn khác nhau gây hư hỏng trong sữa trong chưa đầy hai giờ, với độ chính xác 98%.
Về cảm biến cá, các nhà hóa học và kỹ sư phát triển thiết bị này hy vọng nó có thể tạo ra tác động thực tế trong ngành hải sản, mặc dù nó vẫn chưa sẵn sàng cho việc thương mại hóa. Hiện tại, nó cũng chủ yếu giới hạn trong việc đo lường cá, vì các ngưỡng hư hỏng HX là cốt lõi của phương pháp phát hiện của nó có thể thay đổi đáng kể giữa các loài động vật. Cho đến khi đó, có vẻ như kiểm tra mùi vẫn là một phương pháp không dễ chịu nhưng cần thiết cho hầu hết các đầu bếp tại nhà.
Nguồn: Popsci
Các nhà nghiên cứu tại Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ tin rằng thiết bị “cảm biến độ tươi dựa trên microneedle” mới của họ có thể làm cho quá trình này hiệu quả hơn. Trong một bài báo được công bố trên tạp chí ACS Sensors, nhóm nghiên cứu mô tả một thiết bị nhỏ được làm từ một dãy microneedles có thể được chèn vào cá chết (hoặc phi lê) và liên tục đo lường hypoxanthine (HX), một hợp chất chính liên quan đến sự hư hỏng.
Trong thí nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các mẫu cá ở các mức độ phân hủy khác nhau và phát hiện rằng thiết bị có thể cung cấp một chỉ số độ tươi chính xác trong chưa đầy hai phút. Họ hy vọng cảm biến này có thể mang lại các đánh giá độ tươi ở cấp độ phòng thí nghiệm đến nhiều chợ cá hơn và có thể giúp một số người không muốn phải ngửi mùi hải sản thối.
“Khả năng của cảm biến sinh học trong việc theo dõi mức độ HX trực tiếp trong các mẫu cá mà không cần xử lý trước phức tạp khiến nó trở thành một công cụ quý giá để đánh giá độ tươi và chất lượng cá theo thời gian thực,” các nhà nghiên cứu viết trong bài báo. “Tính di động, thời gian phản hồi nhanh và dễ sử dụng khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng tại chỗ trong các chợ cá, cơ sở chế biến và kiểm tra an toàn thực phẩm.”
Thiết bị này là một dãy microneedle 3D in với kích thước 4x4, được phủ bằng các hạt nano vàng. Những hạt này mang một enzyme có thể phân hủy bất kỳ hợp chất HX nào có mặt khi chúng tiếp xúc với cá. Các cảm biến sau đó đo lường những thay đổi trong các phân tử đã được xử lý, một quá trình mà nhóm nghiên cứu cho biết tương ứng với mức độ tươi. Một số dấu hiệu sớm của sự phân hủy xuất hiện trước khi bất kỳ dấu hiệu vật lý nào có thể nhận thấy bằng mắt thường (hoặc mũi).
Trong giai đoạn thử nghiệm, cảm biến được chèn vào các mẫu cá đã để ở nhiệt độ phòng trong 0, 6, 12, 24, 36 và 48 giờ, trong đó 48 giờ là thời gian đủ để xảy ra sự hư hỏng. Nhìn chung, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy “sự gia tăng dần dần trong mức độ HX theo thời gian,” với nồng độ tăng đều trong suốt thời gian thử nghiệm. Sự gia tăng nhất quán này phản ánh các kết quả đã được thiết lập từ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm có kiểm soát. Ở mức thấp nhất, các cảm biến microneedle phát hiện nồng độ HX dưới 500 phần tỷ, được coi là “rất tươi.” Nói cách khác, việc giữ cảm biến trong cá cho phép các nhà nghiên cứu xác định thời điểm mẫu bắt đầu suy giảm.
Cảm biến “thông minh” có thể định hình lại an toàn thực phẩm quy mô công nghiệp. Các cảm biến với nhiều hình dạng và kích thước đang trở thành những công cụ phổ biến trong thế giới sản xuất thực phẩm toàn cầu ngày càng công nghiệp hóa và công nghệ cao. Hai năm trước, các kỹ sư tại Đại học Koç ở Thổ Nhĩ Kỳ đã thiết kế một thiết bị cảm biến không cần pin, có thể điều khiển bằng điện thoại thông minh, có thể được áp dụng trực tiếp lên bề mặt của các loại thịt giàu protein như thịt bò để theo dõi từ xa tỷ lệ hư hỏng của chúng. Trong khi đó, tại MIT, các nhà nghiên cứu đã phát triển các cảm biến thực phẩm giống như Velcro (cũng được làm bằng microneedles) được thiết kế để gắn vào bao bì thực phẩm nhựa và phát hiện dấu hiệu ô nhiễm. Trong hệ thống này, các kim được phủ bằng một loại mực sinh học thay đổi màu sắc khi tiếp xúc với các chất lỏng có mức pH liên quan đến sự hư hỏng. Ví dụ, các cảm biến chuyển từ màu xanh sang đỏ khi tiếp xúc với E. coli và các vi khuẩn gây hại khác.
Gần đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Connecticut đã phát triển một mô hình AI học máy phân tích dữ liệu liên tục thu thập từ 12 cảm biến đo lường các mẫu sữa và sử dụng nó để xác định các mẫu liên quan đến sự hiện diện của các tác nhân gây bệnh. Trong thử nghiệm, mô hình này có thể phát hiện tám loại tác nhân và vi khuẩn khác nhau gây hư hỏng trong sữa trong chưa đầy hai giờ, với độ chính xác 98%.
Về cảm biến cá, các nhà hóa học và kỹ sư phát triển thiết bị này hy vọng nó có thể tạo ra tác động thực tế trong ngành hải sản, mặc dù nó vẫn chưa sẵn sàng cho việc thương mại hóa. Hiện tại, nó cũng chủ yếu giới hạn trong việc đo lường cá, vì các ngưỡng hư hỏng HX là cốt lõi của phương pháp phát hiện của nó có thể thay đổi đáng kể giữa các loài động vật. Cho đến khi đó, có vẻ như kiểm tra mùi vẫn là một phương pháp không dễ chịu nhưng cần thiết cho hầu hết các đầu bếp tại nhà.
Nguồn: Popsci
