Cảm biến từ vật liệu lai phát hiện hóa chất độc hại
Nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia TP.HCM), do PGS. TS. Trần Thị Như Hoa chủ trì, đã phát triển hệ cảm biến quang học dựa trên vật liệu lai, cho phép phát hiện các chất độc hại ở nồng độ rất thấp, mở ra hướng ứng dụng thiết thực trong bảo vệ sức khỏe và môi trường.
Hiện nay, vấn đề an toàn thực phẩm và ô nhiễm môi trường ngày càng phức tạp. Nhiều chất như melamine, phụ gia bảo quản hay dư lượng kháng sinh dù chỉ tồn tại ở lượng rất nhỏ cũng có thể gây ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe con người.
Tuy nhiên, các phương pháp kiểm tra truyền thống thường mất nhiều thời gian, cần thiết bị phức tạp và chi phí cao, nên chưa đáp ứng tốt nhu cầu kiểm tra nhanh ngoài thực tế.
Từ thực tế đó, nhóm nghiên cứu đã phát triển các vật liệu “lai hóa”, tức là kết hợp nhiều loại vật liệu khác nhau để tận dụng ưu điểm của từng loại. Cụ thể, nhóm kết hợp các kim loại quý như vàng, bạc với các vật liệu có cấu trúc xốp (MOFs), từ đó tạo ra vật liệu mới có khả năng “nhạy” hơn rất nhiều trong việc phát hiện hóa chất.
Nhóm đã chế tạo được các hệ vật liệu với các cấu trúc đặc biệt như dạng lõi - vỏ và dạng “bỏng ngô”. Những cấu trúc này giúp tạo ra các vùng gọi là “điểm nóng”, có khả năng khuếch đại tín hiệu đo.
Nhờ vậy, cảm biến có thể phát hiện các chất độc ở mức cực nhỏ, đến cấp độ picomolar (tương đương 10⁻¹² mol/L). Ở mức này, cảm biến có thể nhận diện được các chất như melamine, axit benzoic trong thực phẩm, cũng như dư lượng kháng sinh và hóa chất gây ô nhiễm môi trường.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả cao của việc “kết hợp” nhiều vật liệu. Trong cấu trúc vàng - bạc, hai kim loại này hỗ trợ lẫn nhau để tăng khả năng khuếch đại tín hiệu. Còn với vật liệu có khung xốp, nó đóng vai trò như “giá đỡ”, giúp phân bố đều các hạt nano và tạo điều kiện để các chất cần phát hiện dễ tiếp cận hơn.
Các vật liệu này được gắn trên nền giấy cellulose - loại vật liệu rẻ, dễ kiếm. Nhờ đó, có thể phát triển các thiết bị kiểm tra nhanh, nhỏ gọn, dễ mang ra hiện trường để kiểm tra trực tiếp nước hoặc thực phẩm mà không cần đưa về phòng thí nghiệm.
Một điểm nổi bật khác của nghiên cứu là việc ứng dụng dung môi xanh (DES) - một loại dung môi eutectic sâu không độc hại vào quy trình chế tạo, đảm bảo tính thân thiện với hệ sinh thái và phù hợp với xu hướng phát triển hóa học bền vững.
Theo nhóm nghiên cứu, các cảm biến dựa trên vật liệu lai hóa có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong kiểm soát an toàn thực phẩm, giám sát môi trường và nông nghiệp. Trong thời gian tới, nhóm sẽ tiếp tục hoàn thiện công nghệ để tăng độ nhạy, dễ sử dụng hơn và có thể phát hiện nhiều loại hóa chất khác nhau, hướng tới ứng dụng thực tế trong đời sống./.
