Học sinh Trường THPT chuyên Hùng Vương sáng chế thiết bị phát hiện vi khuẩn

“Nhiễm khuẩn từ thức ăn, nước uống khá phổ biến, có thể gây các bệnh tiêu chảy, tổn thương niêm mạc ruột, viêm màng não, thậm chí dẫn đến tử vong. Vì thế, chúng em đã nảy ra ý tưởng chế tạo một thiết bị phát hiện vi khuẩn trong nước uống, thực phẩm thông dụng để mọi người có được sự cảnh báo với phương pháp điện hóa dựa trên điện cực mở rộng EG Fet và áp dụng IoT để lưu trữ, xử lý dữ liệu không dây”-em Văn Gia Hy (lớp 11C4) chia sẻ.

Để hiện thực hóa ý tưởng này, Hy quyết định bắt tay hợp tác cùng Đỗ Hà Minh Thái (lớp 10C5B). Theo 2 nam sinh, vi khuẩn độc hại tồn tại phổ biến nhất trong thức ăn và nước uống là E.coli, Salmonella và Listeria. Chúng có thể sinh sôi và phát triển trong môi trường nước, thực phẩm, phân động vật, đất, cát... Việc phát hiện, xác định nhanh vi khuẩn độc hại là rất cần thiết nhằm cảnh báo và đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời, nhanh chóng.

Thái thông tin: “Hiện nay, các công trình khoa học đã nghiên cứu về phát hiện và đo nồng độ vi khuẩn tại Việt Nam còn khá khiêm tốn; thiết bị có giá thành cao, khó sử dụng và chủ yếu được dùng trong phòng thí nghiệm của các cơ quan chuyên môn hay viện nghiên cứu. Vì vậy, chúng em hướng đến chế tạo một thiết bị phát hiện nhanh, tiện dụng, giá thành rẻ nhằm phục vụ cho các đối tượng như đồng bào dân tộc thiểu số ở khu vực Tây Nguyên, người dân vùng bị lũ lụt, biển đảo và bếp ăn tập thể”.

Sau khi tìm hiểu một số công trình nghiên cứu tiêu biểu về phát hiện vi khuẩn hiện có, Hy và Thái quyết định lựa chọn phương pháp phát hiện vi khuẩn thông qua đo pH. Ngoài phòng thí nghiệm Vật lý của trường, Hy và Thái còn dành thời gian gần 2 tuần để hoàn thành các công đoạn nghiên cứu ở Học viện Khoa học và Công nghệ (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam).

Thiết bị sau đó được Hy và Thái tiến hành thử nghiệm dựa trên mẫu vi khuẩn E.coli từ Viện Công nghệ sinh học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam); trong mẫu nước máy sinh hoạt và thực phẩm tươi sống sử dụng hàng ngày như rau, sữa tươi…; đồng thời, đối chứng với dung dịch nước uống tinh khiết. Kết quả cho thấy, thiết bị có sự hoạt động đơn giản và hiệu quả trong xác định mẫu nước và thực phẩm có chứa vi khuẩn.

Cũng theo 2 tác giả, điểm sáng tạo của dự án là cấu hình hệ thống được thiết kế đồng thời 2 cảm biến EG-FET để đo mẫu đối chứng và mẫu cần đo, tạo ra sự bù trừ và tránh sai sót. Việc kết hợp giữa các yếu tố gồm điện cực nhạy, điện cực thế chuẩn, linh kiện EG-FET với bo mạch ESP32 tạo ra thiết bị nhỏ gọn, giá thành rẻ, hoạt động ổn định và tin cậy, có thể thay thế được cho cảm biến pH điện cực thủy tinh thông dụng trên thị trường có giá thành đắt, dễ vỡ và kích thước lớn trên thị trường.

Dự án còn tận dụng được ưu thế vượt trội của nền tảng IoT về truyền tín hiệu không dây và lưu trữ đám mây để có thể phát triển thành các ứng dụng tiên tiến khi áp dụng các thuật toán phân tích số liệu hay xây dựng cơ sở dữ liệu, mang lại hiệu quả cao hơn nữa cho những ứng dụng thực tế phát hiện nhiễm khuẩn trong nước uống và thực phẩm.

“Chúng em rất vui khi nỗ lực của mình được ghi nhận với giải nhất tại cuộc thi khoa học kỹ thuật học sinh trung học cấp tỉnh và giải nhì cấp quốc gia. Chúng em cũng mong muốn sản phẩm có thể thương mại hóa để góp phần cảnh báo môi trường nhiễm khuẩn, đảm bảo sức khỏe cho mọi người. Để làm được điều đó, chúng em sẽ tiếp tục tối ưu về kích thước, mẫu mã và sự tiện dụng của sản phẩm; xem xét khả năng phát hiện một số vi khuẩn gây bệnh khác trong nguồn nước uống và thực phẩm; khảo sát đánh giá thêm hoạt động ổn định của cảm biến và thiết bị”-Thái cho hay.

Đồng hành cùng 2 học trò trong suốt hành trình thực hiện dự án, thầy Mai Ngọc Linh-giáo viên Vật lý Trường THPT chuyên Hùng Vương không giấu được niềm vui. Thầy Linh nhận xét: “Ý tưởng của Hy và Thái khá độc đáo và nhân văn. Hy vọng thiết bị sẽ được Hy và Thái hoàn thiện về mẫu mã, kích thước và các cơ sở pháp lý để đưa vào ứng dụng trong cuộc sống”.