Các nhà nghiên cứu tại Đại học Boise State (Hoa Kỳ), phối hợp với công ty công nghệ Pearlhill Technologies, vừa phát triển một thiết bị di động có khả năng phát hiện các hợp chất per- và polyfluoroalkyl (PFAS) - thường được gọi là “hóa chất vĩnh cửu” - trực tiếp trong mẫu nước theo thời gian thực. Thiết bị có độ nhạy đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), đồng thời hướng tới mục tiêu giảm chi phí và thời gian phân tích so với các phương pháp truyền thống.

PFAS là nhóm gồm hàng nghìn hợp chất hóa học tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm tiêu dùng như vật liệu chống dính, bao bì thực phẩm, dệt may, mỹ phẩm và các sản phẩm công nghiệp. Nhiều nghiên cứu cho thấy một số hợp chất trong nhóm này có liên quan tới nguy cơ ung thư, suy giảm miễn dịch, rối loạn sinh sản và các vấn đề phát triển ở trẻ em. Điều đáng lo ngại là chúng rất khó phân hủy trong môi trường, có thể tồn tại lâu dài và tích tụ dần trong đất, nguồn nước cũng như cơ thể sinh vật, vì vậy thường được gọi là “hóa chất vĩnh cửu”.

Nghiên cứu bắt nguồn từ một phát hiện ngoài dự kiến tại phòng thí nghiệm của Giáo sư Kris Campbell. Trong quá trình nghiên cứu vật liệu bán dẫn, các sinh viên nhận thấy hơi thở của họ đôi khi tạo ra những kết quả đo khác nhau. Khi tìm hiểu nguyên nhân, nhóm nghiên cứu phát hiện các vật liệu bán dẫn có thể phản ứng với nhiều loại hợp chất hóa học hiện diện trong không khí thở ra.

Từ quan sát này, Giáo sư Campbell đã hợp tác với ông Bamidele Omotowa, Chủ tịch công ty Pearlhill Technologies, để phát triển thiết bị ENVIR-OGT (Environmental Optical Gate Transistor - transistor cổng quang môi trường). Thiết bị sử dụng công nghệ transistor cổng quang kết hợp với các thuật toán học máy nhằm nhận diện và phân loại các hợp chất PFAS. Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống có thể phát hiện các chất này ở nồng độ thấp tới mức phần nghìn tỷ (ppt), đáp ứng hoặc vượt các ngưỡng giám sát hiện hành của EPA. Việc kết hợp cảm biến với các mô hình học máy được thiết kế riêng cũng giúp thiết bị phân biệt được các hợp chất PFAS có cấu trúc hóa học tương tự nhau - một nhiệm vụ vốn không dễ thực hiện bằng các phương pháp phân tích nhanh thông thường.

Một trong những điểm đáng chú ý của công nghệ mới là khả năng đưa việc phát hiện PFAS từ phòng thí nghiệm ra hiện trường. Thay vì phải thu thập mẫu rồi gửi tới các cơ sở phân tích chuyên dụng, người sử dụng có thể đánh giá nhanh tình trạng ô nhiễm ngay tại địa điểm lấy mẫu. Theo ông Bamidele Omotowa, giá trị lớn nhất của công nghệ nằm ở khả năng hỗ trợ phát hiện sớm các nguồn ô nhiễm và cung cấp dữ liệu kịp thời cho công tác bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu hiện được hỗ trợ bởi chương trình tài trợ Small Business Technology Transfer (STTR) của Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH).

Dự kiến mùa xuân năm 2026, Giáo sư Campbell và PGS Sondra Miller sẽ sử dụng nguồn kinh phí từ chương trình UPWARDS để thử nghiệm thiết bị trên nước thải từ ngành sản xuất bán dẫn - một trong những nguồn phát sinh PFAS công nghiệp đáng chú ý hiện nay. Trong bối cảnh nhiều quốc gia đang tăng cường kiểm soát nhóm hóa chất này, các công nghệ giám sát hiện trường có chi phí hợp lý và khả năng triển khai rộng rãi được kỳ vọng sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong công tác quản lý môi trường và bảo vệ nguồn nước.

NPA (Theo Boise State University)