Quang phổ học Raman đã được phát triển từ thế kỷ 19 và đã trở thành một công cụ quan trọng trong các phòng thí nghiệm phân tích hóa học, khoa học vật liệu, y- dược, sinh học, môi trường v.v…nhờ những thông tin về quang phổ dao động phân tử để nhận biết như là một dấu vân tay của phân tử mà nó có thể cung cấp. Gần đây, SERS đã thành công trong việc đánh giá an toàn và chất lượng thực phẩm bao gồm việc giám định nhanh dư lượng kháng sinh như khoáng chất malachite green, nitrofuran antibiotic, tetracycline, Chloramphenicol và các phụ gia cấm khác như melanin trong thực phẩm. Ngoài giám định dư lượng kháng sinh, phương pháp này hoàn toàn có thể phát triển để giám định các chất cấm khác do ô nhiễm hoặc chủ động được thêm vào thực phẩm để bảo quản hoặc để tăng sản lượng chăn nuôi v.v…

Các nhóm nghiên cứu trong nước đã nhanh chóng cập nhật xu thế nghiên cứu SERS và ứng dụng. Những nghiên cứu về SERS cho thấy nhờ hiệu ứng SERS, độ nhạy Raman đã được tăng cường đáng kể và làm cho SERS trở thành một phương án khả thi để phát hiện chất ô nhiễm thực phẩm ở mức vết. SERS đã thực sự trở thành một ứng cử viên để phát hiện các thành phần hợp chất bao gồm dư lượng kháng sinh và thuốc bảo vệ thực vật độc hại trong thực phẩm.

Những tiến bộ gần đây về công nghệ laser, công nghệ lọc quang học và kỹ thuật điện tử đã làm giảm đáng kể kích thước của các hệ thiết bị Raman, phát triển các phổ kế Raman xách tay, làm quang phổ học Raman dễ tiếp cận hơn và phát huy ưu điểm nổi trội vốn có của nó trong việc định danh các liên kết hóa học trong hợp chất. Xuất phát từ thực tế trên, nhóm nghiên cứu của PGS. TS. Nguyễn Thế Bình tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo cảm biến Raman ứng dụng xác định dư lượng thuốc kháng sinh và thuốc bảo vệ thực vật trong thực phẩm” trong thời gian từ năm 2018 đến năm 2022.

Đề tài hướng đến thực hiện các mục tiêu sau: chế tạo được các cấu trúc nano kim loại có hệ số tăng cường tín hiệu phổ tán xạ Raman (SERS) cao đáp ứng yêu cầu dùng làm cảm biến xác định dư lượng một số loại thuốc kháng sinh và thuốc bảo vệ thực vật trong thực phẩm; và tích hợp các cảm biến Raman chế tạo với quang phổ kế xách tay tạo thành hệ thiết bị phân tích dư lượng một số loại thuốc kháng sinh và thuốc bảo vệ thực vật trong thực phẩm.

Dưới đây là các kết quả mà đề tài đã đạt được:

Thứ nhất là chế tạo được các cấu trúc nano kim loại có hệ số tăng cường tín hiệu phổ tán xạ Raman Các cảm biến SERS cấu trúc nano vàng trên đế phẳng và trên đế cấu trúc tuần hoàn sử dụng kỹ thuật lithography có hệ số tăng cường EF>106.

Thứ hai là phát triển các cảm biến SERS cấu trúc nano bạc trên đế phẳng và trên đế cấu trúc tuần hoàn cấu trúc tuần hoàn sử dụng kỹ thuật lithography có hệ số tăng cường EF >106.

Thứ ba là chế tạo 01 hệ thiết bị đo đạc phân tích dư lượng kháng sinh tại hiện trường sử dụng sử dụng quang phổ kế xách tay uRaman (Technospex) tích hợp với cảm biến SERS Ag/Si cho phép xác định TC trong tôm ở nồng độ thấp đến 0,1ppm. Đây là dư lượng tối đa cho phép theo quy định Việt Nam.

Thứ tư là hệ thiết bị đo đạc phân tích thuốc bảo vệ thực vật tại hiện trường sử dụng sử dụng quang phổ kế xách tay i-RamanPro BWS475-785H tích hợp với cảm biến SERS AgNDs/Si cho phép xác định DFC trong rau cải đến nồng độ 0,5ppm và với cảm biến SERS Ag SiNWs cho phép xác định nồng độ CBZ trong vỏ bưởi đến 1ppm. Thiết bị cho phép xác định dư lương Difenoconazole trong rau cải với nồng độ phát hiện thấp đến 0,5pm, thấp hơn so với mức dư lượng tối đa của DFC trong rau cải theo quy định của Bộ Y tế (2 ppm) và đáp ứng yêu cầu đối với CBZ.

Thứ năm là phát triển một số quy trình chế tạo cảm biến SERS dựa trên cấu trúc nano vàng (Au) và cấu trúc nano bạc (Ag) sử dụng kỹ thuật lithography và dựa trên cấu trúc trật tự của SiO2 có hệ số tăng cường EF>106.

Ngoài ra, đề tài còn đưa ra các quy trình sau: quy trình phân tích xác định dư lượng thuốc kháng sinh Tetracycline trong tôm bằng phương pháp SERS sử dụng hệ thiết bị quang phổ kế xách tay uRaman (Technospex) tích hợp với đế SERS Ag/Si; Quy trình phân tích xác định dư lượng chất bảo vệ thực vật Difenoconazole trong rau cải bằng phương pháp SERS sử dụng hệ thiết bị quang phổ kế xách tay i-RamanPro BWS475-785H tích hợp với đế SERS dựa trên các cấu trúc nano bạc dạng cành là và hoa; và quy trình phân tích xác định dư lượng chất bảo vệ thực vật Carbendazim trong bưởi bằng phương pháp SERS sử dụng hệ thiết bị quang phổ kế xách tay i-RamanPro BWS475-785H tích hợp với cảm biến SERS Ag SiNWs cho phép xác định dư lương Carbendazim trong bưởi với nồng độ phát hiện thấp đến 1ppm. Đây là dư lượng tối đa cho phép theo quy định Việt nam

Kết quả nghiên cứu là bước phát triển có ý nghĩa về vật lý và công nghệ quang phổ SERS, đóng góp thêm một kỹ thuật phân tích định lượng nồng độ vết, giám đinh dư lượng kháng sinh và thuốc bảo vệ thực vật trong thực phẩm.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 20942/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

N.P.D (NASTIS)