Nữ sinh 15 tuổi biến xương động vật thành thiết bị lọc nước

Tina Jin, nữ sinh 15 tuổi tại trường trung học Phillips ở Andover, bang Massachusetts, Mỹ, phát triển xương động vật bỏ đi thành bộ lọc có khả năng loại bỏ vi khuẩn, kim loại nặng và vi nhựa trong nước.

Ý tưởng bắt nguồn khi nữ sinh tìm hiểu cấu trúc xốp và thành phần khoáng chất của xương động vật. Thay vì coi xương bò, cừu hay lợn là phế thải, cô muốn tận dụng chúng làm vật liệu lọc nước giá rẻ, đặc biệt cho những nơi khó tiếp cận các hệ thống xử lý nước thông thường.

Để chế tạo bộ lọc, Jin làm sạch xương, luộc để loại bỏ dầu mỡ và cặn bẩn, sau đó sấy khô rồi nghiền thành các hạt có kích thước khác nhau.

Theo thiết kế được cấp bằng sáng chế, hạt thô có kích thước 0,4 - 0,8 mm, hạt trung bình 0,2 - 0,4 mm và hạt mịn dưới 0,2 mm. Chúng được xếp thành bốn lớp trong thiết bị, với hạt thô ở trên cùng và dưới cùng, còn hai loại nhỏ hơn nằm giữa.

Cấu trúc này giúp giữ lại các tạp chất có kích thước khác nhau khi nước chảy qua. Tuy nhiên, Jin cho rằng xương động vật không chỉ hoạt động như một màng lọc vật lý.

Xương chứa nhiều khoáng chất, trong đó có canxi phosphat, có thể tương tác với một số chất ô nhiễm hòa tan trong nước. Đặc tính này giúp vật liệu giữ lại các ion kim loại nặng như chì và cadimi, trong khi cấu trúc nhiều lớp ngăn các hạt rắn và tạp chất nhỏ hơn.

Jin thử nghiệm thiết bị với nhiều loại chất ô nhiễm. Theo kết quả được trình bày tại Triển lãm Khoa học và Kỹ thuật Quốc tế Regeneron (ISEF) 2026, bộ lọc giúp giảm hơn 99% lượng vi khuẩn Legionella và E.coli trong điều kiện thử nghiệm.

Các thí nghiệm cũng ghi nhận lượng chì giảm hơn 1,5 log và cadimi hơn 1,7 log. Ngoài vi khuẩn và kim loại nặng, bộ lọc còn làm giảm độ đục và lượng vi nhựa trong nước.

Kết quả cho thấy một loại vật liệu tương đối đơn giản có khả năng xử lý đồng thời nhiều nhóm chất ô nhiễm. Đây cũng là điểm Jin hướng tới khi phát triển thiết bị cho những khu vực hạn chế về nguồn lực.

Các hệ thống xử lý nước hiện đại thường cần điện, hóa chất, màng lọc thay thế hoặc thiết bị chuyên dụng. Trong khi đó, thiết kế của Jin chủ yếu sử dụng xương động vật bỏ đi, trải qua những công đoạn xử lý tương đối đơn giản trước khi đưa vào bộ lọc.

Thiết bị có thể được chế tạo ở nhiều kích thước. Bản di động sử dụng một ống ngắn chứa các lớp xương nghiền, trong khi phiên bản cố định có thể tăng kích thước để xử lý lượng nước lớn hơn.

Nghiên cứu của Jin đã vượt khỏi phạm vi một dự án khoa học học đường. Tháng 12/2025, Mỹ cấp bằng sáng chế cho phương pháp chế tạo bộ lọc sử dụng hạt xương động vật nghiền nhỏ, trong đó Jin được xác định là nhà phát minh.

Tại ISEF 2026, dự án “Lọc bền vững bằng xương động vật để thiết kế thiết bị xử lý nước cho những khu vực hạn chế nguồn lực” của Jin giành giải Nhất trong lĩnh vực Khoa học Trái Đất và Môi trường, trị giá 6.000 USD. Cô cũng nhận Giải Phát triển Bền vững Ricoh trị giá 10.000 USD.

Dù kết quả ban đầu khả quan, thiết bị chưa thể được coi là giải pháp biến mọi nguồn nước ô nhiễm thành nước uống an toàn. Nước trong thực tế có thể chứa nhiều loại chất ô nhiễm với nồng độ khác nhau, trong khi các kết quả của Jin mới được ghi nhận trong những điều kiện thử nghiệm cụ thể.

Bằng sáng chế thậm chí mô tả việc đun sôi nước sau khi lọc trong một số phương án sử dụng. Điều này cho thấy loại bỏ tạp chất và khử trùng là hai quá trình khác nhau.

Công nghệ vì vậy cần thêm các thử nghiệm độc lập, đánh giá độ bền của vật liệu và kiểm chứng trong môi trường thực tế trước khi có thể triển khai rộng rãi.

Jin cũng đang nghiên cứu tốc độ nước đi qua các lớp xương. Bộ lọc cần giữ được đủ chất ô nhiễm nhưng đồng thời phải cho lượng nước cần thiết chảy qua trong khoảng thời gian hợp lý nếu muốn ứng dụng ngoài phòng thí nghiệm.