50 Khoa học và Công nghệ Nước ngoài Số 8 năm 2022 Mở đầu Theo khảo sát được thực hiện gần đây, có tới một nửa số trái cây được bán ra trên thị trường châu Âu chứa dư lượng thuốc trừ sâu vượt quá hàm l[.]
Khoa học cơng nghệ nước ngồi Khoa học Cơng nghệ Nước ngồi Phát triển cảm biến nano phát thuốc trừ sâu trái Các nhà nghiên cứu Viện Karolinska (Thụy Điển) phát triển thành công cảm biến nhỏ giúp phát thuốc trừ sâu trái vài phút* Phương pháp sử dụng kỹ thuật nhiệt phân phun lửa để phủ hạt nano bạc bề mặt cảm biến, giúp khuếch đại tín hiệu phát hóa chất Tuy giai đoạn đầu, nhà nghiên cứu hy vọng cảm biến nano đầy triển vọng giúp phát cách nhanh chóng hàm lượng thuốc trừ sâu có thực phẩm trước tiêu thụ Mở đầu Theo khảo sát thực gần đây, có tới nửa số trái bán thị trường châu Âu chứa dư lượng thuốc trừ sâu vượt hàm lượng cho phép sức khỏe người [1] Tuy vậy, kỹ thuật phát thuốc trừ sâu trái trước tiêu thụ bị hạn chế chi phí q cao, quy trình sản xuất thiết bị chế tạo cảm biến cồng kềnh Từ năm 70 kỷ XX, cảm biến nano nghiên cứu với tên gọi tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS), kỹ thuật cảm biến mạnh mẽ làm tăng tín hiệu chẩn đoán phân tử sinh học bề mặt kim loại lên triệu lần Kỹ thuật trình bày lần Martin Fleischmann, Patrick J Hendra A James McQuillan Khoa Hóa học, Đại học Southampton, * Nghiên cứu công bố Tạp chí Advanced Science, số báo 2201133, xuất ngày 7/6/2022 50 Vương quốc Anh năm 1973 Đây kỹ thuật cảm biến mạnh mẽ, nhạy cảm với bề mặt giúp tăng cường tán xạ Raman phân tử bị hấp phụ bề mặt kim loại gồ ghề cấu trúc có kích thước nano [2] So với kỹ thuật thơng thường, SERS cho hệ số tăng cường nằm khoảng từ 108-1015 [3, 4], đồng nghĩa với việc phát tới kích thước phân tử đơn lẻ Các phương án thiết kế phát triển nhiều năm từ hạt nano keo kim loại đơn giản với phân tử kết hợp khơng kiểm sốt để tạo nên cấu trúc nano phức tạp có tính chất từ tính [5, 6] Công nghệ sử dụng số lĩnh vực nghiên cứu thực tiễn, bao gồm: phân tích thành phần hóa học mơi trường, phát dấu vết sinh học cho bệnh lý phổ biến, phát hàm lượng thuốc trừ sâu trồng, hoa Tuy nhiên, việc áp dụng cảm biến SERS cho ứng dụng Số năm 2022 thực tế nêu bị cản trở quy trình chế tạo phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật cao chi phí tốn Mới đây, nhà nghiên cứu Viện Karolinska Thụy Điển TS Georgios Sotiriou dẫn đầu phát triển thành công kỹ thuật nhiệt phân phun lửa, trình chế tạo nano linh hoạt, có khả mở rộng cao tái tạo để tạo hạt nano siêu nhỏ có cấu trúc plasmonic nanoaggregates [7-10] Đặc biệt, kỹ thuật phù hợp để nhận biết hàm lượng thuốc trừ sâu với nồng độ thấp trái cây tại cửa hàng, siêu thị Ưu điểm bật nghiên cứu sử dụng phương pháp nhiệt phân phun lửa để nhanh chóng tạo màng SERS đồng diện tích bề mặt lớn [11] Các nhà nghiên cứu tinh chỉnh khoảng cách hạt nano bạc riêng lẻ để tăng cường độ nhạy chúng Để khảo sát khả phát hóa chất, lớp thuốc nhuộm đánh dấu mỏng lên cảm biến sử dụng máy quang phổ để phát Khoa học Cơng nghệ Nước ngồi dấu vết phân tử Kết cho thấy, cảm biến phát xác nhanh chóng tín hiệu phân tử thu nhận bề mặt Ngoài ra, hiệu suất hoạt động cảm biến nguyên vẹn thử nghiệm lại sau 2,5 tháng Điều nhấn mạnh tiềm ứng dụng phương pháp chế tạo mới; tính khả thi chúng sản xuất quy mô lớn Cơ chế hoạt động hiệu cảm biến nano SERS Trong nghiên cứu tại, nhà khoa học đề xuất phương pháp chế tạo cảm biến nano SERS cách sử dụng kỹ thuật nhiệt phân phun lửa để phủ hạt nano bạc lắng đọng bề mặt thủy tinh [12] Ưu điểm bật phương pháp khắc phục quy trình chế tạo phức tạp tiết kiệm chi phí Về chất, quang phổ Raman tăng cường bề mặt dựa tượng tán xạ ánh sáng không đàn hồi (tán xạ Raman), cung cấp thông tin chế độ dao động phân tử khảo sát đạt độ nhạy có trường điện từ tăng cường tạo gần hạt nano kim loại kích thích điều kiện cộng hưởng Cơ chế tăng cường điện từ hóa học trình dẫn đến tín hiệu Raman tăng cường Bằng cách thiết lập thời gian cường độ dịng nhiệt phù hợp, nhà khoa học kiểm soát độ dày lớp phủ kim loại hình thái cấu trúc chúng bề mặt thủy tinh (hình 1) Hình Sự lắng đọng hạt nano kỹ thuật nhiệt phân phun lửa tạo cảm biến nano Cơng nghệ nhiệt phân phun lửa có đặc tính tái tạo cao để tạo nên cảm biến nano siêu nhỏ dễ điều khiển, sử dụng để nhanh chóng hình thành màng cảm biến SERS đồng phương pháp tự tập hợp Các hạt nano plasmonic bạc lắng đọng chất dạng hạt nano, với khoảng cách hạt kiểm soát chặt chẽ điều kiện đầu vào Khoảng cách hạt điều chỉnh cách thêm đệm điện mơi q trình tổng hợp hạt nano để tách hạt nano bạc riêng lẻ hỗn hợp Các đệm điện mơi SiO2 vơ định hình bổ sung q trình tổng hợp lớp phủ màng mỏng xung quanh tổ hợp hạt bạc ngăn cản chúng dính liền với Độ dày miếng đệm điện môi định phá vỡ liên kết plasmonic tập hợp nano lắng đọng điều chỉnh điểm phát xạ Raman Bằng cách nghiên cứu cách có hệ thống đặc tính quang học hình thái bề mặt SERS chế tạo, mối quan hệ cấu trúc - hiệu suất nhà nghiên cứu tối ưu hóa để điểm phát xạ cho cường độ mạnh (khi khoảng cách hạt nano bạc riêng lẻ từ 1-1,5 nm) Điều so sánh với mơ hình tính tốn cho thấy phù hợp nhằm mục đích tăng cường tín hiệu cao điểm phát xạ Raman Phát nhanh dư lượng thuốc trừ sâu bề mặt trái Để kiểm tra ứng dụng thực tế cảm biến nano SERS, nhà nghiên cứu sử dụng mẫu chế tạo để phát parathion- Số năm 2022 51 Khoa học Cơng nghệ Nước ngồi spectroscopy of nonresonant molecules”, J Am Chem Soc., 131(40), pp.1446614472, DOI:10.1021/ja905319w [5] I.J Jahn, et al (2020), “Application of molecular SERS nanosensors: where we stand and where we are headed towards?”, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 412(13), pp.5999-6007, DOI:10.1007/s00216-020-02779-2 [6] Y Mandelbaum, et al (2020), “Design of surface enhanced raman scattering (sers) nanosensor array”, Sensors,c20(18),cDOI:10.3390/ s20185123 [7]cS Reto, et al (2007), “Flame aerosol synthesis of smart nanostructured materials”, Journal of Materials Chemistry, 17(45), pp.47434756, DOI:10.1039/b711652g Hình Quy trình thực nghiệm phát dư lượng thuốc bảo vệ thực vật bề mặt táo ethyl (một loại thuốc trừ sâu nông nghiệp độc hại bị cấm hạn chế hầu hết quốc gia) nồng độ thấp Để thử nghiệm, lượng nhỏ parathion-ethyl nhỏ lên vỏ táo Các dư lượng thuốc trừ sâu parathion-ethyl sau thu thập tăm ngâm dung dịch để hòa tan phân tử thuốc trừ sâu Dung dịch hịa tan sau nhỏ vào cảm biến chờ vài phút (hình 2) Kết cho thấy diện của thuốc trừ sâu mẫu thử cách rõ ràng sau phút mà không làm hỏng trái Điều có độ nhạy cao cảm biến thúc đẩy hiệu ứng tán xạ Raman tăng cường bề mặt, vốn tối ưu hóa nhờ việc tinh chỉnh khoảng cách hạt nano bạc Kết cho thấy tiềm 52 màng cảm biến SERS việc nhanh chóng phát dư lượng thuốc trừ sâu, đảm bảo an toàn thực phẩm sức khỏe người lâu dài Trong tương lai, cảm biến tích hợp kit cầm tay nhỏ bé để người mang theo dễ dàng mua rau hoa ? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]chttps://phys.org/news/2022-06nano-sensor-pesticides-fruit-minutes html [2] X Xu, et al (2013), “Nearfield enhanced plasmonic-magnetic bifunctional nanotubes for single cell bioanalysis”, Advanced Functional Materials, 23(35), pp.4332-4338, DOI:10.1002/adfm.201203822 [3] M Meyer, et al (2007), “Surface enhanced raman scattering enhancement factors: a comprehensive study”, J Phys Chem C, 111(37), pp.13794-13803, DOI:10.1021/jp0687908 [4] E.J Blackie, et al (2009), “Singlemolecule surface-enhanced raman Số năm 2022 [8] M Lutz (2010), “Flame spray pyrolysis: an enabling technology for nanoparticles design and fabrication”, Nanoscale, 2(8), pp 1324-1347, DOI:10.1039/c0nr00017e [9] L Shuiquing (2016), “Flame aerosol synthesis of nanostructured materials and functional devices: Processing, modeling, and diagnostics”, Prog Energy Combust Sci., 55, pp.1-59, DOI:10.1016/j.pecs.2016.04.002 [10] M Florian (2021), “Synthesis of metal oxide nanoparticles in flame sprays: review on process technology, modeling, and diagnostics”, Energy Fuels, 35(7), pp.5495-5537,cDOI:10.1021/acs energyfuels.0c04054 [11] M Bransen, et al (2022), “Silicacoated gold nanorod supraparticles: a tunable platform for surface enhanced raman spectroscopy”, Advanced Functional Materials, 2200148, DOI:c10.1002/adfm.202200148 [12] H Li, et al (2022), “SERS hotspot engineering by aerosol self-assembly of plasmonic Ag nanoaggregates with tunable interparticle distance”, Adv Sci., e2201133, DOI:10.1002/ advs.202201133 Mai Văn Thủy (tổng hợp) ... lượng thuốc trừ sâu parathion-ethyl sau thu thập tăm bơng ngâm dung dịch để hịa tan phân tử thuốc trừ sâu Dung dịch hòa tan sau nhỏ vào cảm biến chờ vài phút (hình 2) Kết cho thấy diện của? ?thuốc trừ. .. điểm phát xạ Raman Phát nhanh dư lượng thuốc trừ sâu bề mặt trái Để kiểm tra ứng dụng thực tế cảm biến nano SERS, nhà nghiên cứu sử dụng mẫu chế tạo để phát parathion- Số năm 2022 51 Khoa học... bạc Kết cho thấy tiềm 52 màng cảm biến SERS việc nhanh chóng phát dư lượng thuốc trừ sâu, đảm bảo an toàn thực phẩm sức khỏe người lâu dài Trong tương lai, cảm biến tích hợp kit cầm tay nhỏ bé