CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.5. Tình hình nghiên cứu
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Như đã được biết tán xạ Raman phát ra tín hiệu rất thấp vì thế mà các biện phát giúp tăng cường tín hiệu Raman rất được quan tâm đặc biệt là tán xạ Raman tăng cường bề mặt SERS do có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Tại Việt Nam các nhà khoa học đang ngày càng được quan tâm nghiên cứu và khơng ngừng cải tiến để nó trở thành một trong những phương pháp xác định phổ biến, tiện lợi và nhanh chóng. Trong những năm gần đây một số cơng trình nghiên cứu về SERS đã được công bố bao gồm:
GS.TS Đào Trần Cao và cộng sự của mình đã tập trung nghiên cứu thành cơng đế SERS để phát hiện nhanh một lượng nhỏ của vài chất bảo vệ thực vật. Các hạt nano Ag bám trên dây nano silic thẳng đứng được nhóm chế tạo để phân tích phát hiện malachite green (MG) và thuốc diệt cỏ paraquat (PQ). Kết quả [MG] = 1015 M với EF = 1014 và [PQ] ~10-5 M (5 ppm) được phát hiện. Bên cạnh đó, nhóm đã chế tạo nano bạc dạng cành lá (dendrites) trên silic (AgNDs/Si) bằng phương pháp CVD. [PQ] ~10-6 M (0,5 ppm) và một số thuốc trừ sâu khác với nồng độ 10 ppm (~10-4 M) cũng được phát hiện [6].
Tác giả Lương Trúc Quỳnh Ngân đã tập trung chế tạo thành công các hệ ASiNW trên đế silic bằng phương pháp MACE và MAECE với các thơng số về hình
16 thái cấu trúc có thể điều khiển được, từ đó quan sát thấy sự tăng cường cường độ huỳnh quang tới hàng trăm lần của đế SiNW chế tạo bằng phương pháp MAECE so với mẫu chế tạo bằng phương pháp MACE. Bên cạnh đó, tác giả đã nghiên cứu phủ hạt nano Ag lên các đế để phát hiện MG nồng độ thấp. Các đế AgNPs/VASiNW có thể phát hiện [MG] tối thiểu 10-13 M và EF vào khoảng 1012, trong khi nếu thay hệ VASiNW bằng hệ OASiNW thì [MG] có thể xuống đến 10-15 M với EF = 1014, khơng những vậy cịn có thể phát hiện PQ với nồng độ thấp đến 5 ppm (∼10-5 M) [5].
Tác giả Cao Tuấn Anh đã nghiên cứu và chế tạo lớp aSiC xốp bằng phương pháp ăn mịn điện hóa trong dung dịch HF/H2O và HF/EG, bên cạnh đó tiến hành chế tạo một số cấu trúc đặc biệt như cấu trúc aSiC xốp đa lớp, hệ thanh aSiC xếp thẳng hàng, màng mỏng aSiC xốp. Sau đó tác giả tiến hành khảo sát nhiều nồng độ khác nhau của chất MG để đánh giá hiệu suất tăng cường Raman của đế có phủ aSiC xốp [1].
Nhìn chung các cơng trình nghiên cứu này tập trung vào chế tạo các dây nano silic và các hệ nano bạc khác nhau với mục đích tăng cường tín hiệu Raman giúp phát hiện các thuốc trừ sâu cịn về chế tạo đế tăng cường tín hiệu Raman từ cấu trúc hình tháp của vật liệu silic và các hạt nano Ag hình cầu hầu như vẫn chưa được chú ý đến.
1.5.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế
Việc phát hiện ra khả năng tăng cường tán xạ Raman bởi các phân tử bị hấp phụ trên bề mặt kim loại cấu trúc nano là một bước ngoặt trong lịch sử của kỹ thuật quang phổ và phân tích. Những nỗ lực thực nghiệm để hướng đến việc tìm hiểu hiệu ứng tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) đã chứng minh tiềm năng của nó trong các loại cảm biến siêu nhạy khác nhau ở nhiều lĩnh vực. Đã 45 năm kể từ khi được phát hiện, SERS đã phát triển thành một lĩnh vực nghiên cứu và công nghệ phong phú, nhưng vẫn cần nhiều nỗ lực hơn nữa trước khi nó có thể được sử dụng thường xun trong phân tích và các sản phẩm thương mại [31].
Hiện nay, các hạt nano vàng với các kích thước và hình dạng khác nhau rất được ưa chuộng và được tổng hợp bằng nhiều phương pháp đa dạng để cải thiện đáng kể hiệu suất của đế SERS. Các nhà nghiên cứu trên thế giới đã đưa ra nhiều cơng trình nghiên cứu về SERS như:
Nhóm tác giả Hua Zhang, Sai Duan, Petar M Radjenovic, Zhong-Qun Tian, Jian- Feng Li (2020), Đại học Gothenburg, Thụy Điển với bài báo “Core–Shell Nanostructure-Enhanced Raman Spectroscopy for Surface Catalysis” đã tiến hành nghiên cứu phát triển các kỹ thuật tăng cường quang phổ Raman bằng hạt nano được tách vỏ giúp khắc phục thành công những hạn chế lâu đời của SERS truyền thống,
17 cho phép theo dõi quá trình xúc tác ở các bề mặt đơn tinh thể và các chất xúc tác nano thực tế mà SERS khó có thể nghiên cứu. Hơn thế nữa, nó cịn cho phép phát hiện quang phổ của các chất trung gian mà các kỹ thuật truyền thống khác khó có thể phát hiện được. Nhìn chung, cơng trình nghiên cứu này đã góp phần thúc đẩy đáng kể ứng dụng của SERS trong lĩnh vực xúc tác, từ các hệ thống mơ hình như bề mặt đơn tinh thể đến xúc tác nano thực tế, tương tác lỏng-rắn tới tương tác khí-rắn, từ xúc tác điện đến xúc tác dị thể và quang xúc tác [44].
Nhóm tác giả Xiaolu Zhuo, Malou Henriksen-Lacey, Dorleta Jimenez de Aberasturi, Ana Sánchez-Iglesias, and Luis M. Liz-Marzán (2020), Liên minh Công nghệ và Nghiên cứu Basque, Tây Ban Nha với bài báo “Shielded Silver Nanorods for Bioapplications” đã tiến hành nghiên cứu phủ polymer đơn phân tán cao các sợ nano Ag để làm giảm khả năng oxy hóa của nó bằng phương pháp hóa học ướt. Ag từ lâu được xem như vật liệu có khả năng làm tăng cường khả năng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ từ vùng ánh sáng khả kiến đến vùng cận hồng ngoại. Các thanh nano Ag được phủ polymer cho kết quả ổn định lâu dài về kích thước, hình dạng, phản ứng quang học và tín hiệu SERS. Cơng trình nghiên cứu này giúp loại bỏ những lo ngại về tính khơng ổn định và độc tính tế bào trong việc hướng tới sự phát triển của các ứng dụng sinh học [45].
Nhóm tác giả Gustavo Bodelón và Isabel Pastoriza-Santos (2020), Đại học Vigo Tây Ban Nha với bài báo “Recent Progress in Surface-Enhanced Raman Scattering for the Detection of Chemical Contaminants in Water” đã tóm tắt các phương pháp để triển khai cảm biến SERS trong việc giám sát các chất ô nhiễm hữu cơ và vơ cơ. Theo đó, các viên nang vi mơ có chứa các hạt nano Ag được dùng để phát hiện các chất ô nhiễm hữu cơ trong dung mơi mà thể tích nước chiếm ưu thế và các sợi nano ZnO/Ag được dùng để xác định các ion 𝐻𝑔2+ chất ô nhiễm vô cơ. Kết hợp cùng với đó là quy trình lấy mẫu, chiết và tách các hợp chất hóa học từ nước bằng bằng sắc ký lỏng, sắc ký khí và các kỹ thuật phổ khối hiện đại. Trong những năm trở lại đây, chất lượng nước đã trở thành mối quan tâm hàng đầu của hầu hết các nước phát triển do tác động mạnh mẽ đến sức khỏe con người và môi trường, cùng với việc gia tăng dân số và biến đổi khí hậu đã làm giảm đáng kể chất lượng nước sạch. Vì thế các phương pháp để xác định và loại bỏ các chất độc trong nước là cực kì cần thiết [12].
18