Hệ thống được xây dựng dựa trên công trình nghiên cứu của PGS. kỹ thuật điện và máy tính Wei-Chuan Shih cùng các thành viên trong phòng thí nghiệm của ông, bao gồm cả việc tạo ra một ống kính elastomer giá rẻ để biến điện thoại thông minh thành một chiếc kính hiển vi.
Khám phá mới (được đề cập trong tạp chí Analytical Chemistry) đã kết hợp phép đo màu nano (nano-colorimetry) với kính hiển vi nền tối (dark-field microscopy), sau đó tích hợp chúng với ống kính máy ảnh của điện thoại thông minh để phát hiện mức độ nhiễm chì theo ngưỡng an toàn quy định bởi tiêu chuẩn của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA).
"Điện thoại thông minh tích hợp phép đo màu nano cho phép mọi người kiểm tra hàm lượng chì trong nước uống ở bất kỳ đâu một cách nhanh chóng và tiết kiệm," các nhà nghiên cứu cho biết.
Ngay cả một lượng nhỏ chì cũng có thể gây ra những tổn thương nghiêm trọng cho sức khỏe, đặc biệt là đối với hệ thần kinh của trẻ nhỏ. Hàm lượng chì an toàn trong nước uống theo tiêu chuẩn của EPA là dưới 15 phần tỷ, nhưng các bộ dụng cụ thử nghiệm (test KIT) đang lưu hành hiện không đủ nhạy để phát hiện chính xác chì ở mức độ này.
Sử dụng điện thoại thông minh có gắn thêm ống kính in phun và chế độ chụp ảnh trường tối, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một hệ thống có khả năng phát hiện nồng độ chì trong nước máy ở mức 5 phần tỷ, độ nhạy đạt 1,37 phần tỷ trong nước khử ion, cũng như dễ di chuyển và sử dụng.
Năm ngoái, Shih và các sinh viên của mình đã công bố bộ dữ liệu nguồn mở trong tạp chí Biomedical Optics Expres và hướng dẫn cách biến đổi một điện thoại thông minh trang bị ống kính elastomer thành một kính hiển vi huỳnh quang. Nội dung này đã được tải xuống nhiều nhất của tạp chí Biomedical Optics Express kể từ khi xuất bản.
Bằng cách áp dụng bộ dữ liệu được xuất bản vào năm 2017, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một chiếc kính hiển vi có thể ghép nối với điện thoại thông minh Lumina 640 trang bị máy ảnh độ phân giải 8 megapixel. Thiết bị ghép này có thể hoạt động ở cả chế độ chụp ảnh huỳnh quang và chụp ảnh nền tối. Họ đã thử nghiệm thiết bị với nhiều loại nước máy có hàm lượng chì khác nhau, dao động từ 1,37-175 phần tỷ. Sau đó cho ion cromat vào nước để phản ứng với chì tạo thành các hạt nano cromat chì, các hạt nano cromat có thể được phát hiện bằng cách kết hợp phép phân tích màu và kính hiển vi.
Nền tảng kính hiển vi trên điện thoại thông minh là chìa khóa để tạo ra một thiết bị đo lường hữu ích. "Chúng tôi muốn tạo ra một sản phẩm hữu ích hỗ trợ xác định nồng độ chì trong nước theo tiêu chuẩn của EPA," Shih cho biết.
Ngoài PGS. Wei-Chuan Shih, tham gia dự án còn có các nhà nghiên cứu như Nguyễn Hoàng, Yulung Sung, Kelly O'Shaughnessy và Xiaonan Shan của Đại học Huston (Mỹ).