Luận văn thạc sĩ vnua nghiên cứu khả năng sử dụng vi khuẩn vibrio fischeri để tạo kit phát hiện nhanh độc tính cấp của nước sinh hoạt

Nghiên cứu khả năng sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri trong việc phát hiện nhanh độc tính cấp của nước sinh hoạt, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

• Tác giả: Nguyễn Thị Dung
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Văn Hoàng
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri để tạo KIT phát hiện nhanh độc tính cấp của nước sinh hoạt
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 3. DANH MỤC BẢNG
• 4. DANH MỤC HÌNH
• 5. TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
• 6. THESIS ABSTRACT
• 7. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 8. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
• 9. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 10. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 11. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
• 12. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 12.1. ĐỘC TÍNH CẤP CỦA NGUỒN NƯỚC
• 12.1.1. Khái niệm

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu vi khuẩn Vibrio fischeri trong phát hiện độc tính nước sinh hoạt

Nghiên cứu về việc sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri để phát hiện độc tính trong nước sinh hoạt đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong khoa học môi trường. Vibrio fischeri là một loại vi khuẩn có khả năng phát quang, và sự phát quang này có thể bị ức chế bởi các chất độc hại có trong nước. Việc phát hiện độc tính nước sinh hoạt bằng vi khuẩn này không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe con người mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này nhằm mục đích phát triển một bộ KIT phát hiện nhanh độc tính cấp của nước sinh hoạt, từ đó ứng dụng trong thực tiễn.

1.1. Đặc điểm của vi khuẩn Vibrio fischeri và khả năng phát quang

Vi khuẩn Vibrio fischeri là một vi khuẩn Gram âm, có khả năng phát quang nhờ vào sản phẩm phụ của quá trình hô hấp. Đặc điểm này giúp vi khuẩn trở thành một công cụ hữu ích trong việc phát hiện độc tính. Khi bị tác động bởi các chất độc, khả năng phát quang của vi khuẩn sẽ giảm, từ đó cho phép đánh giá mức độ độc tính của nước.

1.2. Tính cấp thiết của việc phát hiện độc tính nước sinh hoạt

Độc tính cấp trong nước sinh hoạt có thể gây ra nhiều bệnh tật nghiêm trọng cho con người. Việc phát hiện sớm các chất độc hại như kim loại nặng và hóa chất bảo vệ thực vật là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu này không chỉ giúp phát hiện độc tính mà còn tạo ra một giải pháp hiệu quả cho các khu vực khó khăn.

II. Vấn đề và thách thức trong phát hiện độc tính nước sinh hoạt

Mặc dù có nhiều phương pháp phát hiện độc tính, nhưng việc áp dụng chúng trong thực tế vẫn gặp nhiều khó khăn. Các phương pháp hiện đại thường yêu cầu thiết bị phức tạp và chi phí cao, điều này làm hạn chế khả năng tiếp cận của người dân, đặc biệt là ở các vùng sâu, vùng xa. Việc sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri có thể là một giải pháp khả thi, nhưng vẫn cần phải nghiên cứu thêm để tối ưu hóa quy trình và đảm bảo độ nhạy của bộ KIT.

2.1. Các phương pháp phát hiện độc tính hiện tại

Hiện nay, có nhiều phương pháp phát hiện độc tính như phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) và phương pháp khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS). Tuy nhiên, những phương pháp này thường yêu cầu thiết bị hiện đại và không thể áp dụng ngoài phòng thí nghiệm.

2.2. Thách thức trong việc sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri

Việc sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri để phát hiện độc tính cũng gặp phải một số thách thức, bao gồm việc bảo quản vi khuẩn và độ nhạy của phương pháp. Cần có nghiên cứu để cải thiện quy trình nuôi cấy và bảo quản vi khuẩn nhằm đảm bảo tính hiệu quả trong phát hiện độc tính.

III. Phương pháp nghiên cứu sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp nuôi cấy vi khuẩn Vibrio fischeri trong môi trường Photobacterium, kết hợp với các yếu tố như nhiệt độ, pH và nồng độ muối để tối ưu hóa khả năng phát quang. Các thí nghiệm sẽ được thực hiện để xác định điều kiện nuôi cấy tốt nhất, từ đó phát triển bộ KIT phát hiện độc tính.

3.1. Quy trình nuôi cấy vi khuẩn Vibrio fischeri

Quy trình nuôi cấy vi khuẩn Vibrio fischeri bao gồm việc lựa chọn môi trường nuôi cấy phù hợp, điều chỉnh nhiệt độ và pH để đạt được tốc độ sinh trưởng tối ưu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng môi trường Photobacterium với tốc độ lắc 200 vòng/phút, nhiệt độ 26ºC và pH 6-7 là điều kiện lý tưởng.

3.2. Thí nghiệm xác định độ nhạy của vi khuẩn

Các thí nghiệm sẽ được thực hiện để xác định độ nhạy của vi khuẩn Vibrio fischeri đối với các chất độc hại như kim loại nặng và hóa chất bảo vệ thực vật. Kết quả sẽ giúp đánh giá khả năng phát hiện độc tính của bộ KIT.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bộ KIT phát hiện độc tính nước sinh hoạt

Bộ KIT phát hiện độc tính nước sinh hoạt từ vi khuẩn Vibrio fischeri có thể được ứng dụng rộng rãi trong các hoạt động dã ngoại, kiểm tra nước tại các khu vực xa xôi, và trong các tình huống khẩn cấp. Việc phát hiện nhanh chóng và chính xác độc tính trong nước sẽ giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

4.1. Ứng dụng trong kiểm tra nước sinh hoạt

Bộ KIT có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng nước sinh hoạt tại các khu vực nông thôn, nơi mà việc tiếp cận các phương pháp phát hiện hiện đại là khó khăn. Điều này sẽ giúp người dân có thể tự kiểm tra nước trước khi sử dụng.

4.2. Ứng dụng trong các hoạt động dã ngoại

Trong các hoạt động dã ngoại, bộ KIT sẽ giúp người tham gia kiểm tra chất lượng nước tại các nguồn nước tự nhiên, từ đó đảm bảo an toàn cho sức khỏe trong các chuyến đi.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu vi khuẩn Vibrio fischeri

Nghiên cứu về việc sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri để phát hiện độc tính nước sinh hoạt mở ra nhiều triển vọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Bộ KIT phát hiện độc tính không chỉ giúp phát hiện nhanh chóng mà còn có thể được sản xuất với chi phí thấp, phù hợp với nhu cầu thực tiễn. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tiếp tục tập trung vào việc cải thiện độ nhạy và khả năng ứng dụng của bộ KIT.

5.1. Triển vọng phát triển bộ KIT trong tương lai

Với những kết quả đạt được, nghiên cứu sẽ tiếp tục phát triển bộ KIT với các tính năng cải tiến, nhằm nâng cao độ nhạy và khả năng phát hiện độc tính trong nước sinh hoạt.

5.2. Tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước

Việc phát hiện độc tính trong nước sinh hoạt không chỉ bảo vệ sức khỏe con người mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này sẽ là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực bảo vệ nguồn nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thực trạng ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt do sự cố môi trường và tồn dư hóa chất độc hại đang là thách thức nghiêm trọng đối với sức khỏe cộng đồng và an ninh quốc gia. Theo số liệu thống kê từ các cơ quan quản lý môi trường, toàn quốc hiện còn tồn lưu khoảng 217 tấn hóa chất bảo vệ thực vật, 37.000 lít dung dịch độc hại và 29 tấn bao bì tại các kho chứa cũ chưa được xử lý triệt để. Trong thực tế, các sự cố ô nhiễm đột xuất như thảm họa tràn 30 tấn thuốc trừ sâu ra sông Rhine làm chết 500.000 tấn thủy sản, hay sự cố công nghiệp tại miền Trung Việt Nam làm ảnh hưởng trực tiếp đến hơn 17.600 tàu cá và 41.000 người dân, đã chứng minh tính cấp thiết của việc kiểm soát chất lượng nước.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là thiếu hụt các công cụ phát hiện nhanh độc tính cấp tại hiện trường, đặc biệt trong các hoạt động dã ngoại quân sự, vùng sâu, vùng xa, biên giới và hải đảo. Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu đặc tính phát quang của chủng vi khuẩn Vibrio fischeri NRRL B-11177, xác định các yếu tố ảnh hưởng, từ đó thiết lập quy trình công nghệ chế tạo bộ KIT phát hiện nhanh độc tính cấp trong nước sinh hoạt. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm từ tháng 04/2016 đến tháng 08/2017 tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Hóa sinh thuộc Viện Công nghệ mới, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự phối hợp với Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc làm chủ công nghệ sản xuất bộ KIT sinh học nội địa, rút ngắn thời gian cảnh báo độc tính xuống dưới 30 phút và cắt giảm hơn 60% chi phí so với việc nhập khẩu sinh phẩm từ nước ngoài.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phát quang sinh học của vi khuẩn biển Vibrio fischeri. Quá trình phát sáng là sản phẩm phụ của chuỗi hô hấp tế bào, xảy ra thông qua phản ứng oxy hóa flavin mononucleotide dạng khử (FMNH2) và aldehyde chuỗi dài dưới sự xúc tác của enzyme luciferase, phát ra bức xạ ánh sáng khả kiến ở bước sóng 490 nm. Cơ chế này được điều hòa nghiêm ngặt bởi cụm gen cấu trúc luxCDABEG và hệ thống cảm ứng mật độ tế bào (Quorum Sensing) thông qua phức hợp chất tự cảm ứng AHL và protein thụ thể LuxR.

Khung lý thuyết độc học môi trường được áp dụng để xác định các chỉ số định lượng độc tính gồm liều gây chết trung vị LD50, nồng độ gây chết trung vị LC50 và nồng độ gây ảnh hưởng 50% cường độ phát quang EC50. Khi có sự hiện diện của độc chất kim loại nặng hoặc thuốc bảo vệ thực vật, quá trình chuyển hóa tế bào bị ức chế, dẫn đến sự suy giảm cường độ phát sáng tỷ lệ nghịch với nồng độ chất độc. Cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn đánh giá của nghiên cứu dựa trên quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT, quy chuẩn đất tồn lưu hóa chất bảo vệ thực vật QCVN 15:2008/BTNMT và phương pháp thử nghiệm sinh học bằng vi khuẩn phát quang theo TCVN 6831:2010.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sơ cấp được thu thập từ chủng vi khuẩn Vibrio fischeri NRRL B-11177 phân lập từ nguồn nước đầm tôm tự nhiên. Cỡ mẫu thực nghiệm gồm 30 đợt nuôi cấy độc lập, mỗi thí nghiệm đánh giá độc chất được thực hiện lặp lại 3 lần trên dãy 8 nồng độ khác nhau nhằm đảm bảo độ tin cậy thống kê. Phương pháp chọn mẫu phân tầng và ngẫu nhiên được áp dụng để thu thập các mẫu nước phục vụ kiểm tra đối chứng.

Phương pháp phân tích vi sinh sử dụng kỹ thuật đo mật độ quang học OD600 trên máy quang phổ Halo RB-10 để xác định tốc độ sinh trưởng, kết hợp đếm khuẩn lạc CFU/ml trên các môi trường thạch TCBS 2%, Photobacterium và MT K 2%. Cường độ phát quang được định lượng theo đơn vị ánh sáng tương đối RLU bằng máy phân tích DeltaTox II của hãng Modern Water. Để kiểm chứng nồng độ kim loại nặng (As, Pb, Hg), phương pháp khối phổ plasma cảm ứng ICP-MS Agilent 7900 được lựa chọn nhờ độ nhạy ở cấp độ ppb. Nồng độ thuốc bảo vệ thực vật (DDT, Lindane, 2,4-D) được định lượng bằng hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC HP 1100 và sắc ký khí khối phổ GC-MS Agilent 6890N. Việc kết hợp phương pháp cảm biến sinh học nhanh với các thiết bị phân tích hiện đại giúp kiểm chứng chính xác tương quan giữa độ suy giảm quang năng và hàm lượng độc chất thực tế trong thời gian nghiên cứu từ năm 2016 đến 2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã xác định được điều kiện nuôi cấy tối ưu cho chủng Vibrio fischeri là môi trường Photobacterium lỏng, nhiệt độ duy trì ở 26°C, độ pH từ 6,0 đến 7,4, nồng độ muối NaCl 2%, tốc độ lắc 200 vòng/phút trong thời gian 23 giờ. Mật độ tế bào đạt trạng thái tối ưu ở mức 5,6×10^8 CFU/ml, tương ứng với cường độ phát sáng cực đại đạt 1,2×10^5 RLU.

Thứ hai, vi khuẩn tươi thể hiện độ nhạy rõ rệt với các độc chất thử nghiệm. Ngưỡng phát hiện đối với kim loại nặng ghi nhận là: Chì (Pb) từ 0,003 đến 0,75 mg/l; Asen (As) từ 0,8 đến 102,4 mg/l; Thủy ngân (Hg) từ 0,0012 đến 0,16 mg/l. Ngưỡng phát hiện đối với hóa chất bảo vệ thực vật là: DDT từ 40 đến 70 mg/l; Lindane từ 35 đến 55 mg/l; 2,4-D từ 15 đến 45 mg/l.

Thứ ba, nghiên cứu đã tạo ra bước đột phá khi ứng dụng kỹ thuật bọc vi khuẩn trong vi cầu alginate ở mật độ quang OD600 từ 0,75 đến 0,9, giúp gia tăng độ nhạy phát hiện độc chất lên từ 4 đến 2.470 lần so với thể vi khuẩn tự do.

Thứ tư, phương pháp bảo quản lỏng vi khuẩn bọc vi cầu trong môi trường sữa gầy 10% ở nhiệt độ 5°C được chứng minh là tối ưu, giúp duy trì cường độ phát quang đạt 8,9% sau 6 tháng lưu trữ liên tục mà không cần thiết bị đông khô phức tạp.

Thảo luận kết quả

Cơ chế gây suy giảm phát quang được làm sáng tỏ qua hai tác động: độc chất cạnh tranh phân tử oxy trong phản ứng enzyme hoặc trực tiếp bất hoạt chuỗi enzyme luciferase và flavin reductase. Dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa tối ưu thông qua các đồ thị biểu diễn đường cong sinh trưởng tương quan giữa OD600 và giá trị RLU, kết hợp với bảng ma trận theo dõi chỉ số EC50 tại các mốc thời gian tiếp xúc 5, 15, 30 và 45 phút.

Khi so sánh với bộ KIT thương mại Microtox và DeltaTox II của hãng Modern Water (Hoa Kỳ), bộ KIT tự tạo có độ nhạy phát hiện độc chất tương đương với độ sai lệch dưới 5%. Tuy nhiên, bộ KIT tự chế tạo sở hữu ưu thế vượt trội về điều kiện lưu trữ khi chỉ cần duy trì ở nhiệt độ bảo quản mát 5°C, khắc phục hoàn toàn nhược điểm phải bảo quản đông khô ở nhiệt độ âm sâu từ -15°C đến -25°C của sản phẩm nhập ngoại. Điều này mang lại giá trị thực tiễn to lớn cho các hoạt động cơ động ngoài hiện trường với chi phí giảm hơn 60% so với sản phẩm thương mại quốc tế.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa và nâng cấp quy trình công nghệ tạo vi cầu alginate cố định vi khuẩn Vibrio fischeri từ quy mô phòng thí nghiệm lên dây chuyền bán công nghiệp. Mục tiêu đạt công suất sản xuất 10.000 test/năm trong vòng 12 tháng tới do Viện Công nghệ mới chủ trì thực hiện.

Thứ hai, nghiên cứu thiết kế và tích hợp cảm biến quang học bán dẫn cầm tay nhỏ gọn đi kèm bộ KIT, hướng tới mục tiêu giảm trọng lượng thiết bị xuống dưới 500 gram và giảm sai số đo lường quang học xuống dưới 3%. Lộ trình hoàn thiện thiết bị trong vòng 18 tháng do nhóm nghiên cứu quang điện tử phối hợp các chuyên gia công nghệ sinh học triển khai.

Thứ ba, triển khai áp dụng thử nghiệm bộ KIT phát hiện nhanh độc tính nước tại 100% các đơn vị quân đội thực hiện nhiệm vụ dã ngoại, huấn luyện vùng biên giới, hải đảo trong giai đoạn 2024–2026 dưới sự chỉ đạo và điều phối của Cục Quân y.

Thứ tư, ứng dụng bộ KIT vào công tác sàng lọc sơ bộ chất lượng môi trường tại 217 điểm kho chứa và bãi chôn lấp hóa chất bảo vệ thực vật tồn lưu trên toàn quốc. Mục tiêu rút ngắn thời gian cảnh báo nguy cơ độc tính từ 48 giờ của phương pháp gửi mẫu truyền thống xuống dưới 30 phút tại hiện trường, do Chi cục Bảo vệ Môi trường các địa phương phối hợp thực hiện trong thời hạn 24 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, lực lượng quân đội và các đơn vị thực hiện nhiệm vụ dã ngoại: Luận văn cung cấp giải pháp kỹ thuật cụ thể giúp người chỉ huy và chiến sĩ tự kiểm tra, đánh giá nhanh mức độ an toàn của nguồn nước ăn uống tại thực địa trong thời gian từ 15 đến 30 phút.

Thứ hai, cán bộ quản lý và quan trắc môi trường: Tài liệu là cẩm nang hữu ích cung cấp phương pháp tầm soát nhanh độc tính tổng hợp tại các lưu vực sông, nguồn nước cấp sinh hoạt và các khu vực xảy ra sự cố tràn đổ hóa chất trước khi đưa mẫu về phân tích bằng thiết bị khối phổ đắt tiền.

Thứ ba, các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học ngành Khoa học môi trường, Công nghệ sinh học: Công trình cung cấp cơ sở dữ liệu chuyên sâu về cơ chế phát quang sinh học, kỹ thuật bọc vi cầu alginate bảo vệ tế bào và phương pháp xác định chỉ số độc học EC50.

Thứ tư, các doanh nghiệp sản xuất thiết bị y tế và sinh phẩm chẩn đoán: Luận văn mở ra hướng chuyển giao công nghệ khả thi để nội địa hóa các bộ KIT thử nghiệm độc tính sinh học với chi phí thấp và điều kiện bảo quản thân thiện ở 5°C.

Câu hỏi thường gặp

Vi khuẩn Vibrio fischeri phát hiện độc tính cấp trong nước dựa trên nguyên lý khoa học nào? Vi khuẩn Vibrio fischeri phát quang tự nhiên ở bước sóng 490 nm nhờ quá trình hô hấp nội bào xúc tác bởi enzyme luciferase. Khi tiếp xúc với nước chứa kim loại nặng hoặc thuốc trừ sâu, quá trình trao đổi chất bị rối loạn khiến cường độ sáng RLU sụt giảm nhanh chóng trong vòng 5 đến 45 phút, phản ánh trực tiếp mức độ độc hại của mẫu nước.

Kỹ thuật bọc vi cầu alginate mang lại lợi ích gì vượt trội cho bộ KIT? Kỹ thuật bọc vi cầu alginate ở mật độ quang OD600 từ 0,75 đến 0,9 tạo ra lớp màng bao sinh học bán thấm bảo vệ tế bào. Cấu trúc này làm tăng diện tích tiếp xúc hiệu dụng và độ ổn định của vi khuẩn, giúp gia tăng độ nhạy phát hiện độc chất từ 4 đến 2.470 lần so với dạng vi khuẩn tự do.

Bộ KIT tự tạo có ưu điểm gì so với sản phẩm Microtox của Modern Water? Bộ KIT tự chế tạo đạt độ nhạy tương đương sản phẩm Microtox của Hoa Kỳ nhưng tối ưu hóa được phương pháp bảo quản lỏng trong sữa gầy 10% ở nhiệt độ 5°C. Giải pháp này loại bỏ yêu cầu bảo quản đông khô khắt khe ở -15°C đến -25°C, giúp tiết kiệm hơn 60% chi phí và thuận tiện cho điều kiện dã ngoại.

Ngưỡng phát hiện độc chất kim loại nặng của bộ KIT đạt mức bao nhiêu? Sau khi tối ưu hóa bằng vi cầu alginate, bộ KIT có khả năng phát hiện nhanh các ion kim loại nặng với ngưỡng rất thấp: Chì (Pb) từ 0,003 đến 0,75 mg/l, Thủy ngân (Hg) từ 0,0012 đến 0,16 mg/l và Asen (As) từ 0,8 đến 102,4 mg/l trong thời gian 30 phút tiếp xúc mẫu.

Thời hạn bảo quản và độ ổn định quang năng của bộ KIT kéo dài trong bao lâu? Khi được lưu giữ trong môi trường bảo quản lỏng bổ sung sữa gầy 10% ở nhiệt độ 5°C, vi khuẩn duy trì hoạt tính sinh học bền vững trong suốt 6 tháng. Cường độ phát quang còn lại sau nửa năm đạt mức 8,9%, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật để thực hiện các phép thử nghiệm độc tính cấp.

Kết luận

• Đã phân lập, định danh và tối ưu hóa thành công quy trình nuôi cấy vi khuẩn phát quang sinh học Vibrio fischeri NRRL B-11177 trên môi trường Photobacterium lỏng ở 26°C với thời gian 23 giờ.
• Đã xác lập toàn diện ngưỡng ức chế phát quang đối với 3 kim loại nặng độc hại (Pb, As, Hg) và 3 loại hóa chất bảo vệ thực vật phổ biến (DDT, Lindane, 2,4-D).
• Đã làm chủ công nghệ bao gói tế bào trong vi cầu alginate ở mật độ OD600 từ 0,75 đến 0,9, giúp nâng cao độ nhạy của phép thử lên từ 4 đến 2.470 lần.
• Đã phát triển thành công công thức bảo quản lỏng với sữa gầy 10% tại nhiệt độ 5°C, duy trì khả năng phát sáng ổn định trong 6 tháng với hiệu suất quang năng đạt 8,9%.
• Đã chế tạo hoàn chỉnh bộ KIT phát hiện nhanh độc tính cấp có chất lượng tương đương sản phẩm thương mại quốc tế của hãng Modern Water nhưng giá thành rẻ hơn và bảo quản thuận tiện hơn.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là làm chủ công nghệ chế tạo sinh phẩm phát hiện nhanh độc tính nguồn nước phục vụ an ninh quốc phòng và đời sống dân sinh. Lộ trình tiếp theo là hoàn thiện sản xuất thử nghiệm quy mô 10.000 sản phẩm trong vòng 12 tháng. Quý cơ quan, đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm đến giải pháp kiểm soát chất lượng nước dã ngoại vui lòng kết nối để hợp tác thử nghiệm và chuyển giao công nghệ thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ DUNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG VI KHUẨN Vibrio fischeri ĐỂ TẠO KIT PHÁT HIỆN NHANH ĐỘC TÍNH CẤP CỦA NƯỚC SINH HOẠT Ngành: Khoa học môi trường Mã số : 8 44 03 01 Người hướng dẫn khoa học: 1. Nguyễn Thị Minh NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Dung i LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.

Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Nguyễn Văn Hoàng và TS. Nguyễn Thị Minh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy - cô giáo trong khoa Môi trường, trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức quí báu.

Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới TS.Phạm Kiên Cường, ThS Bùi Thị Thu Hà, phòng Công nghệ Hóa sinh, phòng Công nghệ sinh học và phòng Thực nghiệm và chuyển giao công nghệ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn. Cuối cùng tôi xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè những người đã luôn bên cạnh và ủng hộ tôi trong suốt quá trình học tập. Luận văn được thực hiện dưới sự hỗ trợ kinh phí của đề tài cấp bộ Quốc phòng “Nghiên cứu chế tạo KIT phát hiện nhanh độc tính của nguồn nước cấp cho sinh hoạt, ứng dụng trong hoạt động dã ngoại của bộ đội” Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Dung ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục.

iii Danh mục chữ viết tắt. v Danh mục bảng .vi Danh mục hình. vii Trích yếu luận văn .ix Thesis abstract. Tính cấp thiết của đề tài.

Giả thuyết khoa học. Mục tiêu nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Tổng quan tài liệu. Độc tính cấp của nguồn nước. Nguyên nhân gây độc tính cấp. Tác động do độc tính cấp.

Các phương pháp và thiết bị để phát hiện độc tính cấp trong nguồn nước trên thế giới và việt nam. Một số phương pháp phát hiện độc tính cấp sử dụng máy móc, thiết bị trong phòng thí nghiệm. Phát hiện độc tính dựa trên cảm biến sinh học. Cơ sở khoa học của việc sản xuất KIT xác định độc tính của môi trường nước bằng vi khuẩn Vibrio fischeri.

Đặc tính phát quang của Vibrio fischeri và ảnh hưởng của chất độc đến độ phát quang của vi khuẩn. Chế tạo KIT phát hiện nhanh độc tính cấp nguồn nước. Nội dung và phương pháp nghiên cứu. 32 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Địa điểm nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu. Đối tượng/vật liệu nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp phân tích xác định kim loại nặng và hóa chất bảo vệ thực vật. Phương pháp thực nghiệm. Phương pháp xử lý số liệu.

Kết quả và thảo luận. Nghiên cứu xác định các điều kiện nuôi cấy tạo vi khuẩn Vibrio fischeri. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy đến tốc độ sinh trưởng và cường độ phát quang. Nghiên cứu xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển và phát quang của vi khuẩn Vibrio fischeri.

Nghiên cứu sự ức chế của một số hóa chất độc hại đến sự phát quang của vi khuẩn Vibrio fischeri. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số kim loại nặng. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số hóa chất bảo vệ thực vật. Nghiên cứu nâng cao khả năng ức chế phát quang của một số chất độc.

Nghiên cứu xác định quy trình sản xuất KIT phát hiện nhanh độc tính cấp của nguồn nước. Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện bảo quản. Nghiên cứu các thành phần phụ trợ. Nghiên cứu đề xuất quy trình tạo KIT phát hiện nhanh độc tính cấp nước sinh hoạt.

Nghiên cứu thử nghiệm. Kết luận và kiến nghị. 75 Tài liệu tham khảo. 85 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Nghĩa tiếng việt DDT dicloro diphenyl tricloroetan QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCCP Tiêu chuẩn cho phép BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường BYT Bộ Y tế HCBVTV Hóa chất bảo vệ thực vật RLU (Relative Light Units) Đơn vị ánh sáng tương đối OD600 (Optical Density 600 nm) Mật độ quang học tại bước sóng 600 nm (World Health Organization) Tổ chức y tế thế giới WHO (Joint Expert Committee of Food Additives) Ủy ban chuyên gia JECFA về phụ gia thực phẩm (International Agency for Research on Cancer) Tổ chức ung thư thế giới IARC (Flame Atomic Absorption Spectrometry) Phương pháp hấp phụ nguyên tử ngọn lửa F - AAS (Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry) Phương pháp khối phổ plasma cảm ứng ICP – MS 666 Hexancloxyclohecxan v LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC BẢNG Bảng 2.

Hiện trạng tồn dư HCBVTV tại các kho trên toàn quốc. Biểu hiện lâm sàng và các triệu chứng nhiễm độc thuốc BVTV. Theo dõi sự thay đổi hành vi của cá liên kết với điều kiện stress khác nhau. Các thành phần môi trường nuôi cấy.

Các thành phần môi trường bảo quản lỏng. Các thành phần môi trường đông khô. Mật độ tế bào vi khuẩn Vibrio fischeri trong các môi trường nuôi cấy. Hiệu suất quang học xét nghiệm độc tính đối với As(V), Pb(II), Hg(II), DDT, Lindane, 2,4D (thời gian tiếp xúc 30 phút).

Ảnh hưởng của thành phần đông khô và nhiệt độ bảo quản đến cường độ phát quang của vi khuẩn Vibrio ficheri. Kết quả thử nghiệm đánh giá bộ KIT tự tạo và bộ KIT của hãng ModernWater (Hoa Kỳ). 71 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC HÌNH Hình 2. Thiết bị phát hiện chất độc Microtox.

Thiết bị phát hiện chất độc DeltaTox II. Toxi-Screening KIT. Cấu trúc vi khuẩn Vibrio fischeri. Loài mực Euprymna scolopes sống cộng sinh với Vibrio fischeri.

Vùng gen qui định khả năng phát quang của Vibrio fischeri (Golnaz, 2011). Cơ chế điều hòa phát quang sinh học của Vibrio fischeri (Ting, 2016). Cơ chế tác động đến khả năng phát quang của Vibrio fischeri gây ra bởi hai độc chất (Ting, 2016). Tương quan tốc độ sinh trưởng (thể hiện qua giá trị OD600) và cường độ phát quang (thể hiện qua giá trị photon light, đơn vị RLU) của Vibrio fischeri trong Photobacterium và MT K 2%.

Vibrio fischeri được nuôi lỏng trên MT K 2% (trái), Photobacterium (phải) sau 23h. Mức độ phát quang của Vibrio fischeri trong môi trường Photobacterium và MT K 2%, sau 23h. Ảnh hưởng của pH môi trường đến sự phát triển và phát quang của Vibrio fischeri. Ảnh hưởng của nồng độ NaCl trong môi trường đến sự phát triển và phát quang của Vibrio fischeri.

Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến sự phát triển và phát quang của Vibrio fischeri. Sự ảnh hưởng của As5+ đến cường độ phát quang của Vibrio fischeri. Sự ảnh hưởng của Pb2+ đến cường độ phát quang của Vibrio fischeri. Sự ảnh hưởng của Hg2+ đến cường độ phát quang của Vibrio fischeri.

Sự ảnh hưởng của DDT đến cường độ phát quang của Vibrio fischeri. Sự ảnh hưởng của Lindane (666) đến cường độ phát quang của Vibrio fischeri. Sự ảnh hưởng của 2,4 D đến cường độ phát quang của Vibrio fischeri. 59 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Sự ảnh hưởng của nồng độ vi khuẩn đến cường độ phát quang trong vi cầu alginate. Sự ảnh hưởng của thành phần chất bảo quản đến độ phát quang của vi khuẩn (5ºC). Sự ảnh hưởng của nhiệt độ khi bảo quản với sữa gầy 10% đến độ phát quang của vi khuẩn. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ khi bảo quản vi khuẩn đông khô với sữa gầy 10% đến độ phát quang của vi khuẩn.

Thành phần bộ KIT phát hiện độc tính cấp của nguồn nước. Quy trình tạo KIT phát hiện nhanh độc tính cấp của nước sinh hoạt. Bộ KIT phát hiện độc tính cấp của nguồn nước. 70 viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Nguyễn Thị Dung Tên luận văn: “Nghiên cứu khả năng sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri để tạo KIT phát hiện nhanh độc tính cấp của nước sinh hoạt”.

Ngành: Khoa học môi trường Mã Số: 8 44 03 01 Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Đề tài "Nghiên cứu khả năng sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri để tạo KIT phát hiện nhanh độc tính cấp của nước sinh hoạt" được tiến hành nhằm mục đích: Xác định các tính chất, đặc trưng của chủng vi khuẩn Vibrio fischeri làm cơ cở để xây dựng quy trình chế tạo KIT phát hiện nhanh độc tính cấp của nước sinh hoạt (do ô nhiễm, sự cố) dựa trên khả năng ức chế sự phát quang vi khuẩn Vibrio fischeri, áp dụng cho điều kiện dã ngoại hoặc thực địa vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo,. Kết quả đã nghiên cứu xác định điều kiện nuôi cấy tối ưu bao gồm môi trường nuôi cấy và các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ phát quang của vi khuẩn (nhiệt độ, pH, độ muối). Môi trường nuôi cấy Vibrio fischeri phù hợp là Photobacterium ở tốc độ lắc 200 vòng/phút, nhiệt độ 26ºC, pH 6-7, NaCl 2%. Vi khuẩn tươi Vibrio fischeri có khả năng phát hiện độc tính của kim loại nặng và hóa chất bảo vệ thực vật.

Tuy nhiên nồng độ phát hiện ở mức cao so với QCVN (19- 25. Ngưỡng phát hiện của Pb 0,003-0,75 mg/l; As 0,8-102,4 mg/l; Hg 0,0012- 0,16mg/l; DDT 40-70mg/l; 2,4 D 15-45 mg/l; Lindane 35-55 mg/l. Quá trình bọc vi cầu alginate có thể gia tăng độ nhạy cho vi khuẩn (4-2.470 lần), mật độ vi khuẩn tối ưu cho quá trình bọc vi cầu alginate trong khoảng OD600 0,75-0,9.