Việc sử dụng dòng lan các chất kháng sinh trong nuôi trồng thủy sản dẫn tới sự tồn tại phản kháng sinh trong thực phẩm, gây tác động xấu tới sức khỏe của người tiêu dùng, gây mất an toàn vệ sinh thực phẩm và làm giảm hiệu quả điều trị trị bởi hiện tượng phản kháng sinh của vi. Một hệ liên quan khác về mặt kinh tế là sản phẩm thủy sản của Việt Nam gặp nhiều khó khăn khi xuất khẩu. Vì vậy, việc phát triển một phương pháp để phát hiện nhanh các chất phản ứng sinh học trong sản phẩm thủy tinh là vấn đề hết sức cần thiết.

Tán xạ Raman tăng cường mặt (SERS) là phương pháp được phát triển để phát hiện lượng rất nhỏ trong vùng ppm-ppb (thường gọi là vết) của các phân tử hóa học và sinh học dựa trên công việc ghi Raman phổ biến của các phân tử này. Đây là một phương pháp phân tích nhanh chóng, chính xác, ít tốn kém và đang thu hút được nhiều sự nghiên cứu quan tâm. Do đó, SERS có thể được sử dụng để phát hiện lượng vết các chất phản sinh tồn dư trong thủy sản.

Xuất phát từ thực tiễn trên, chủ đề tài TS. Lương Trúc Quỳnh Ngân cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học vật liệu thực hiện đề tài “Nghiên cứu phát hiện vết của một số thuốc kháng sinh hạn chế sử dụng trong nuôi thủy sản phẩm bằng xạ xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS)” với mục tiêu: Chế tạo thành công các loại kim loại nano hoa (bạc hoặc vàng) và sử dụng chúng đế SERS có hiệu suất cao (hệ thống số tăng Raman ≥ 106 ) và (ii) thử nghiệm sử dụng các SERS để phát hiện hiện các chất kháng sinh Ciprofloxacin và Ampicillin (các chất kháng sinh sinh hạn chế sử dụng trong nuôi trồng thủy sản) với nhiệt độ thấp tới 100 ppb (µg/kg) (đối với Ciprofloxacin) và 50 ppb (đối với Ampicillin) – Cường độ tối đa theo Văn bản hợp nhất số 08/VBHN-BNNPTNT do Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ký ngày 25/02/2014.

Đề tài sẽ tập trung vào việc chế tạo các cấu trúc cấu trúc nano kim loại với các cấu trúc cấu trúc khác nhau, có hiệu suất tăng cường SERS cao, làm đế SERS, sau đó sử dụng các đế này làm các cảm biến để phát hiện dấu vết sinh học của một số loại sản phẩm được hạn chế sử dụng trong sản phẩm thủy thông lượng kỹ thuật SERS. Các điều kiện tạo và đo độ sẽ được thay đổi để có thể phát hiện ra các chất phản xạ ở nồng độ thấp để đảm bảo an toàn cho người dùng.

Với phương pháp nghiên cứu chính sẽ sử dụng là phương pháp vật lý và hóa học thực nghiệm. Cụ thể, các loại cấu trúc nano kim (bạc hoặc vàng) cùng với nhiều trạng thái khác nhau đã được chế tạo bằng phương pháp hóa học hoặc điện hóa học để làm đế SERS. Chế độ tạo điều kiện sẽ được thay đổi để có thể tạo SERS có mức độ ưu tiên cấu hình cấu trúc. Hình thái và cấu trúc của các SERS sẽ được ghi nhận, phân tích và đánh giá thông tin qua hình ảnh SEM, TEM, nhiễu xạ tia X và EDX phân tích được phép. plasmon cộng hưởng của đế SERS sẽ được khảo sát bằng phép đo UV-Vis.

Hiệu suất của các SERS được đánh giá thông qua việc ghi phổ biến SERS của các chất huyền bí bằng hệ thống đo Raman xách tay i-RamanPro 785 nm (Model: BWS475-785H) của hãng BWTek - USA với chùm sáng laser kích thích có bước sóng 785 nm. Các hệ thống thiết bị hiện đã có sẵn tại Viện Khoa học vật liệu, cơ sở quản lý các đề tài đăng ký. Tương tự, thử nghiệm sử dụng các SERS này để ghi nhận SERS phổ biến của một số chất phản xạ sinh học được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản bằng các hệ thống Raman nói trên. Ngoài ra ra phổ FTIR cũng sẽ được sử dụng để nghiên cứu mối liên kết giữa phân tử chất phân tích với các cấu trúc nano trên đế SERS. Sau đó sẽ sử dụng các lý thuyết, các mô hình có sẵn, phát triển các mô hình có sẵn hoặc đề xuất sản xuất các mô hình mới để giải quyết các kết quả thực tế.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

- Đã chế tạo hệ các hạt nano bạc trên Si (AgNPs@Si) bằng phương pháp lắng đọng điện hóa trong dung dịch cồn chứa HF và AgNO3 bằng phương pháp lắng đọng điện hóa để làm đế SERS. Do đó, kết quả được hiển thị sau quá trình tạo trên bề mặt Si được lắng xuống 1 lớp AgNP có kích thước nhỏ (10 - 20 nm) với tốc độ đều cao và mật độ dày, khoảng cách giữa các hạt lân cận chỉ 1 vài nm. Đế SERS này cho khả năng tăng cường SERS rất tốt với hệ số tăng cường Raman (Yếu tố tăng cường Raman) đạt khoảng 109 lần. Kết quả nghiên cứu này chúng tôi đã đăng trên tạp chí quốc tế uy tín (RSC Advances năm 2020).

- Mặc dù đã chế độ tạo ra các đế SERS AgNPs@Si với cấu trúc cấu hình trạng thái rất tốt và khả năng tăng cường SERS tốt tuy nhiên sự phức tạp trong quy trình tạo như công việc phải ổn định nhiệt độ chế tạo ở 17 độ C khả năng ứng dụng của loại đế này cũng được hạn chế bất kỳ phần nào. Do đó, chúng tôi tiến hành chế độ tạo các cấu trúc nano bạc có hình dạng phức tạp như cành lá và hoa nano với quy trình tạo đơn giản hơn. Làm lắng đọng hệ cành lá nano bạc (AgNDs) được thực hiện lên trên bề mặt hai loại đế nền là Si và lá đồng (Cu) bằng cách lắng đọng điện hóa và lắng đọng hóa học. Cấu hình nano bạc với hình dạng tương tự như cây dương xỉ với phân nhánh cấp 3 với kích thước vài mm, mật độ dày đã được hình thành trên bề mặt Si và lá Cu sau quá trình tạo. Đế SERS này cho khả năng tăng cường SERS rất tốt với hệ số tăng cường Raman (yếu tố tăng cường Raman) cũng đạt khoảng 109 lần. Các kết quả nghiên cứu này chúng tôi đã đăng trên tạp chí quốc tế uy tín (Optik năm 2021) và tạp chí quốc gia uy tín (Communications in Physics năm 2021).

- Do kích thước của các AgND được tạo khá lớn (một vài mm) nên loại SERS này có chế độ giới hạn về đồng bộ của đế, do đó chúng tôi đã tiến hành chế tạo các cấu hình nano bạc dạng hoa (AgNF). Chúng tôi đã chế tạo cấu trúc nano bạc bằng phương pháp hóa học với các hình thức khác nhau (hình ngôi sao và hình cuộn len). Chúng tôi đã chế tạo cấu trúc hoa nano bạc hình ngôi sao bằng quy trình khử AgNO3 bằng chất khử hydroxylamine (HA) và trisodium citrate. Kết quả cho thấy rằng các loại nano bạc cơ bản được tạo ra có kích thước khoảng 250-300 nm và có tốc độ đặc biệt cao do có nhiều nhánh nhánh ra khỏi trung tâm cốt lõi. Các hình nền hoa nano bạc được tạo ra có kích thước và hình dạng tương thích đều có mật độ cao. Với các cấu trúc hoa nano cuộn len, chúng tôi sử dụng các chất khử mùi là axit ascorbic và axit citric trong dung dịch rượu hợp lý - nước. Kết quả cho thấy rằng đã chế tạo các cấu trúc nano bạc giống như cuộn len với kích thước có thể thay đổi từ 280 nm đến 700 nm (tùy thuộc vào tỷ lệ dung môi cồn - nước), các bạc nano có tốc độ cao và mật độ dày, đồng đều tốt. Hoa nano bạc mà chúng tôi chế tạo được có hệ thống tăng cường SERS đạt khoảng 109 với tốc độ đều và độ ổn định tốt. Các kết quả về chế tạo cấu trúc cấu trúc hoa nano bạc đã được chúng tôi công bố trên 02 tạp chí quốc tế uy tín (Optik và RSC Advances năm 2022), 01 báo cáo tại Kỷ yếu Hội khoa học quốc tế (Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy & Application XII) và 01 báo cáo tại Kỷ yếu Hội nghị khoa học trong nước (Kỷ yếu Hội nghị Vật lý tự nhiên và Khoa học liệu toàn quốc lần thứ XII). tổng hợp về chế độ tạo các cấu trúc nano bạc dạng hạt, cành lá đã được chúng tôi công bố trên tạp chí quốc gia uy tín (Truyền thông Vật lý năm 2022).

- Đã sử dụng các cấu trúc hoa nano bạc chế tạo được làm đế SERS để ứng dụng phân tích dấu vết của thuốc kháng sinh sử dụng trong nuôi trồng thủy sản là ciprofloxaxin và ampicillin. Kết quả đạt được cho thấy đế SERS hoa nano bạc cho phép phát hiện ciprofloxaxin với nồng độ thấp hơn 100 ppb và đạt giới hạn phát hiện là 0,23 ppb và cho phép phát hiện ampicillin với nồng độ thấp hơn 50 ppb và đạt giới hạn phát hiện là 0,1 ppb. Tất cả các ngưỡng phát hiện đều đáp ứng dư lượng tối đa theo Văn bản hợp lý số 08/VBHN-BNNPTNT do Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ký ngày 25/02/2014.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 23290/2023) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Nguồn: NASATI