Trong bối cảnh ô nhiễm nhựa đang trở thành một trong những thách thức môi trường nghiêm trọng nhất thế kỷ 21, việc phát hiện và đo lường các hạt nhựa siêu nhỏ – đặc biệt là nhựa nano và vi nhựa – đang thu hút sự quan tâm lớn từ cộng đồng khoa học quốc tế. Tuy nhiên, việc phát hiện những hạt có kích thước siêu nhỏ này trong môi trường tự nhiên vẫn là một bài toán nan giải.

Mới đây, một nhóm nghiên cứu tại Đại học McGill, Canada, dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Parisa Ariya, đã công bố một công nghệ tiên tiến có khả năng giải quyết vấn đề này một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Nền tảng công nghệ có tên HoLDI-MS (phương pháp khối phổ ion hóa/khử hấp phụ laser rỗng) đã mở ra một hướng đi hoàn toàn mới trong việc phát hiện và định lượng nhựa nano và vi nhựa trong môi trường với độ chính xác cao, chi phí thấp và quy trình đơn giản.

Nhựa nano và vi nhựa – Kẻ thù vô hình của môi trường và sức khỏe

Trong hơn một thập kỷ trở lại đây, vi nhựa và nhựa nano đã trở thành vấn đề toàn cầu do mức độ lan truyền rộng khắp và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh thái và sức khỏe con người. Vi nhựa là các mảnh nhựa có kích thước nhỏ hơn 5 mm, còn nhựa nano có kích thước dưới 1 micromet, thường không thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Những hạt nhựa này được tìm thấy ở khắp nơi – từ đại dương, sông ngòi, đất đai cho tới không khí và thậm chí là trong nội tạng người. Các nghiên cứu gần đây còn phát hiện vi nhựa trong nhau thai, máu và phổi của con người, đặt ra mối lo ngại lớn về tác động tiềm ẩn đến sức khỏe.

Tuy nhiên, điểm khó khăn nhất là làm thế nào để phát hiện chính xác chúng trong môi trường phức tạp, khi mà các hạt nhựa nhỏ bé này thường bị lẫn lộn với vô số tạp chất tự nhiên và nhân tạo khác.

HoLDI-MS – Phá vỡ giới hạn của công nghệ hiện tại

Để giải quyết bài toán này, nhóm nghiên cứu tại Đại học McGill đã phát triển nền tảng thử nghiệm HoLDI-MS, viết tắt của Hollow Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry. Đây là một công cụ phân tích khối phổ được tích hợp công nghệ khắc laser rỗng kết hợp in 3D, cho phép phân tích trực tiếp mẫu mà không cần qua khâu chuẩn bị mẫu phức tạp.

Điểm đặc biệt của HoLDI-MS là nó không chỉ phát hiện được vi nhựa mà còn xác định được nhựa nano ở quy mô siêu nhỏ, điều mà nhiều phương pháp hiện tại còn chưa làm được. Việc không cần chuẩn bị mẫu giúp tiết kiệm thời gian, giảm thiểu sai số, đồng thời hạn chế việc làm biến đổi mẫu vật, giữ nguyên được trạng thái tự nhiên của các hạt nhựa.

Theo GS. Parisa Ariya, “Với HoLDI, chúng tôi cung cấp một phương pháp định lượng hiệu quả, có độ chính xác cao với chi phí vừa phải, để các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới có thể tiếp cận được. Phương pháp này cần ít năng lượng, có thể tái chế và chỉ tốn vài đô la cho mỗi mẫu”.

So với các công nghệ truyền thống như quang phổ Raman, FTIR hay sắc ký khí kết hợp khối phổ, thì HoLDI-MS mang lại một bước tiến vượt bậc: vừa đơn giản hóa thao tác, vừa tăng cường khả năng định danh nhựa trong môi trường phức tạp, lại giảm đáng kể chi phí và yêu cầu kỹ thuật.

Khả năng ứng dụng cao trong thực tiễn

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của HoLDI-MS là khả năng phát hiện các hạt nhựa trong nước – bao gồm nước ngọt và nước biển. Điều này có ý nghĩa cực kỳ quan trọng, vì nước là môi trường chính mà vi nhựa và nhựa nano được tìm thấy.

Không dừng lại ở nước, công nghệ này còn được thử nghiệm trên không khí và cho kết quả vượt kỳ vọng. Trong quá trình nghiên cứu, nhóm tác giả đã xác định được sự hiện diện của polyethylene – loại nhựa phổ biến nhất trong công nghiệp – và polydimethylsiloxane – thường thấy trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân – trong không khí trong nhà. Họ cũng phát hiện hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) trong không khí ngoài trời, vốn là sản phẩm phụ từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch.

Những kết quả này chứng minh rằng HoLDI-MS có thể áp dụng rộng rãi cho nhiều loại môi trường khác nhau, từ không khí, nước đến các mẫu vật đất và sinh học, giúp mở rộng khả năng nghiên cứu và giám sát ô nhiễm nhựa trên phạm vi toàn cầu.

Mở ra cơ hội hợp tác toàn cầu

Một trong những điểm nổi bật khác của công nghệ HoLDI-MS là tính mở và khả năng nhân rộng cao, phù hợp với điều kiện của các phòng thí nghiệm tại các quốc gia đang phát triển. Thiết bị này được thiết kế với cấu trúc đơn giản, sử dụng vật liệu phổ biến, dễ dàng nhân bản và chỉ tốn vài đô la cho mỗi mẫu.

Chính vì vậy, công nghệ này được kỳ vọng sẽ trở thành công cụ chuẩn trong các chương trình hợp tác quốc tế về môi trường. GS. Ariya chia sẻ: “Cho đến nay, chưa có phương thức chung để phát hiện nhựa nano trong môi trường phức tạp. Công nghệ này cho phép chúng tôi xác định chính xác các nguồn nhựa nano và vi nhựa chính trong môi trường. Quan trọng hơn, nó cho phép so sánh và xác thực dữ liệu từ các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới, một bước quan trọng hướng tới thúc đẩy nghiên cứu ô nhiễm nhựa trên toàn cầu”.

Điều này hoàn toàn phù hợp với lời kêu gọi của Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP) về việc cải tiến các phương pháp phát hiện vi nhựa, tiến tới xây dựng một bộ tiêu chuẩn chung toàn cầu, phục vụ giám sát, kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm nhựa.

Từ nghiên cứu đến hành động – Giải pháp cho một hành tinh xanh

Việc phát hiện chính xác các nguồn phát thải nhựa nano và vi nhựa sẽ giúp các cơ quan quản lý môi trường có cơ sở dữ liệu đáng tin cậy để đưa ra chính sách phù hợp. Ví dụ, nếu xác định được nhựa trong không khí đến từ một nhóm sản phẩm hoặc ngành công nghiệp cụ thể, chính phủ có thể siết chặt quy định sản xuất, xử lý chất thải, hoặc yêu cầu sử dụng nguyên liệu thay thế thân thiện hơn với môi trường.

Hơn nữa, khi dữ liệu được chuẩn hóa và xác thực trên quy mô quốc tế, việc so sánh mức độ ô nhiễm giữa các quốc gia, khu vực và thời điểm sẽ trở nên dễ dàng hơn. Đây là điều kiện cần thiết để đo lường tiến độ thực hiện các mục tiêu phát triển bền vững (SDGs), đặc biệt là mục tiêu số 14 – bảo vệ sự sống dưới nước và số 15 – bảo vệ hệ sinh thái trên cạn.

Về lâu dài, công nghệ như HoLDI-MS có thể tích hợp vào hệ thống giám sát môi trường tự động, cho phép cập nhật dữ liệu thời gian thực tại các khu vực có nguy cơ cao như bãi rác, nhà máy công nghiệp, hay khu vực ven biển – nơi vi nhựa đang tàn phá hệ sinh thái.

Tương lai của HoLDI-MS và sự cần thiết của đầu tư khoa học

Sự xuất hiện của HoLDI-MS đánh dấu bước chuyển mình mạnh mẽ trong công nghệ phân tích môi trường, từ chỗ phụ thuộc vào thiết bị đắt tiền và kỹ thuật viên trình độ cao, nay đã hướng tới các giải pháp rộng mở, chi phí thấp và dễ phổ cập.

Tuy nhiên, để công nghệ này thực sự phát huy hiệu quả trong thực tiễn, cần có sự đầu tư mạnh mẽ hơn từ chính phủ và các tổ chức quốc tế vào việc đào tạo nhân lực, phổ biến kỹ thuật, chuyển giao công nghệ và tích hợp vào các chương trình giám sát môi trường quốc gia.

Đối với Việt Nam – quốc gia nằm trong top đầu thế giới về lượng nhựa thải ra đại dương – thì việc sớm tiếp cận và ứng dụng những công nghệ như HoLDI-MS là cơ hội để chủ động kiểm soát nguồn ô nhiễm, góp phần cải thiện chất lượng môi trường, bảo vệ đa dạng sinh học và sức khỏe cộng đồng.

Nhựa nano và vi nhựa có thể nhỏ bé và vô hình trong mắt thường, nhưng hậu quả mà chúng gây ra đối với môi trường và con người là vô cùng lớn. Trong cuộc chiến chống ô nhiễm nhựa, công nghệ phát hiện chính xác, nhanh chóng và chi phí thấp chính là vũ khí mạnh mẽ giúp cộng đồng khoa học và các nhà hoạch định chính sách hành động hiệu quả.

Công trình nghiên cứu của Đại học McGill và công nghệ HoLDI-MS không chỉ mở ra một kỷ nguyên mới trong phân tích môi trường, mà còn mang đến niềm hy vọng cho một thế giới sạch hơn, an toàn hơn, nơi mà khoa học đóng vai trò trung tâm trong bảo vệ hành tinh chung của nhân loại.

Nguồn: Tổng hợp