Thuốc trừ sâu và cuộc cách mạng cảm biến nano

 Thuốc trừ sâu và cuộc cách mạng cảm biến nano

Sự phổ biến của glyphosate trong nông nghiệp hiện đại đã và đang trở thành con dao hai lưỡi

Mặc dù thuốc diệt cỏ Roundup được nông dân đánh giá cao vì tính hiệu quả nhưng sản phẩm này vẫn được cân nhắc kỹ lưỡng do liên quan tới suy thoái môi trường và các nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe con người. Các nhà khoa học đã làm nổi bật mối liên hệ của hoạt chất này với bệnh ung thư, làm dấy lên mối lo ngại toàn cầu và dẫn tới việc kinh doanh sản phẩm bị giới hạn hoặc cấm hoàn toàn ở một số quốc gia như Canada.

Các chấm lượng tử carbon đang cách mạng hóa việc phân tích glyphosate như thế nào

 

Trước những lo ngại này, các nhà khoa học đang nghiên cứu một cách phân tích mới. Họ đang hoàn thiện một kỹ thuật nhằm xác định sự hiện diện của glyphosate trong nhiều môi trường khác nhau. Vũ khí bí mật của họ là gì? Các chấm lượng tử carbon.

 

Những hạt huỳnh quang cực nhỏ này, có kích thước khoảng 10 đến 15 nanomet, hoạt động hiệu quả trong điều kiện ưa nước. Cụ thể, trong nước, chúng phát ra huỳnh quang màu đỏ và màu xanh. Đặc tính này đã được khai thác như một xét nghiệm tự tham chiếu tỷ lệ chuyên biệt, cho phép các nhà khoa học xác định nồng độ glyphosate dựa trên sự biến đổi của huỳnh quang màu đỏ trong khi huỳnh quang màu xanh lam đóng vai trò như một chất tham chiếu cố định. Khi nồng độ glyphosate trong mẫu tăng, huỳnh quang màu đỏ sẽ giảm đáng kể. Đây là một hiện tượng do sự tương tác của thuốc diệt cỏ với các chấm lượng tử carbon.

Adryanne Clermont-Paquette là tác giả chính của nghiên cứu đã giải thích: “Hệ thống này khác với các hệ thống khác bởi vì chúng tôi đang đo khoảng cách giữa hai điểm nhận diện là hai màu huỳnh quang trên quang phổ khả kiến.” Phương pháp này nhấn mạnh đến mức độ tương quan của glyphosate và các chấm lượng tử carbon không bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố bên ngoài kể cả nhiệt độ.

 

Khi thế giới đang tập trung chú ý vào những tác động của glyphosate tới môi trường và sức khỏe thì một phương pháp đột phá đã được phát triển từ phòng nghiên cứu của trường Đại học Concordia. Nhà nghiên cứu giám sát Rafik Naccache nhận thấy có nhiều ứng dụng tiềm năng cho kỹ thuật này.  Triển vọng này bắt nguồn từ kiến thức chuyên sâu về chấm lượng tử carbon - những hạt phát huỳnh quang rất nhỏ với các đặc tính quang học điển hình. Một đặc điểm nổi bật trong phương pháp cải tiến này là khả năng phát hiện glyphosate với độ nhạy cao, ở nồng độ rất thấp chỉ 0,03 phần triệu. Naccache đã nỗ lực khuếch đại độ nhạy và độ chọn lọc để vượt qua các giới hạn ban đầu. Những bước tiến trong phát hiện và tìm kiếm các giải pháp thay thế an toàn đang trở nên ngày càng quan trọng khi ngành nông nghiệp trải qua những thay đổi đáng kể.

Theo báo cáo của GlobeNewswire, giá trị thị trường thuốc trừ sâu hữu cơ dự kiến sẽ đạt 8.318,6 triệu USD vào năm 2027, phát triển với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 8,4%. Điều này phản ánh sự thúc đẩy toàn cầu hướng đến thực hành nông nghiệp an toàn hơn và ý thức về môi trường. 

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều những thách thức trong tương lai. Việc chuyển đổi từ điều kiện kiểm soát trong phòng thí nghiệm sang ứng dụng thực tế rộng rãi cần được nghiên cứu thêm. Theo Clermont-Paquette, xác định mối tương quan giữa glyphosate và các chấm lượng tử carbon mới chỉ là bước khởi đầu nhưng đã thu hút rất nhiều chú ý từ các doanh nghiệp. Các khởi nghiệp sáng tạo nhận thấy tiềm năng này và từ đó tạo ra các dấu ấn trong ngành công nghiệp. Các công ty như CENmat đang tận dụng công nghệ nano để mở đường cho một tương lai xanh, trong đó nông nghiệp là một trong những lĩnh vực trọng tâm. Công ty tự khẳng định sự tiên phong về điện phân nước trong thời đại quan tâm đến nhiều vấn đề khí hậu. Các giải pháp đột phá này tạo điều kiện thuận lợi trong sản xuất nguồn hydro xanh, mang lại hiệu quả kinh tế và được gọi là “Bước tiến điện phân”. CENmat cũng đang nỗ lực để phát triển và giới thiệu công nghệ chuyển đổi điện phân, định hình lại hoạt động kinh doanh máy điện phân. Với tầm nhìn kiến tạo các hệ thống thân thiện môi trường, dễ mở rộng, hiệu quả cao và giá cả phải chăng, đây là một phần trong các nỗ lực tạo nên một tương lai xanh và trung hòa carbon.

Kết luận

Trong thời đại quan tâm tới các vấn nạn về ô nhiễm môi trường, những rủi ro tiềm ẩn của glyphosate cũng như cải tiến đột phá trong kiểm nghiệm nhằm giảm thiểu các tác hại của hợp chất này cho thấy định hướng phát triển của nông nghiệp và khoa học. Với các đơn vị nghiên cứu tiên phong như trường đại học Concordia và CENmat, có thể thấy ngành công nghiệp này đang sẵn sàng cho bước cải tiến mới. Những nỗ lực này không chỉ giải quyết những mối quan tâm hiện tại mà còn đưa ra tầm nhìn về một tương lai xanh và bền vững hơn.
 

Phan Lê Trâm Anh - Hcmbiotech, theo nano-magazine