Cảm biến nano phát hiện thuốc trừ sâu trên trái cây

Tin công nghệ

Cảm biến nano phát hiện thuốc trừ sâu trên trái cây

Đăng ngày 26/07/2022
Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Karolinska ở Thụy Điển do TS Georgios Sotiriou dẫn đầu đã phát triển thành công một cảm biến nhỏ để phát hiện thuốc trừ sâu trên trái cây chỉ trong vài phút.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Karolinska ở Thụy Điển do TS Georgios Sotiriou dẫn đầu đã phát triển thành công một cảm biến nhỏ để phát hiện thuốc trừ sâu trên trái cây chỉ trong vài phút. Phương pháp này sử dụng kỹ thuật nhiệt phân phun lửa, một quá trình chế tạo nano linh hoạt, có khả năng mở rộng cao và có thể tái tạo để tạo ra các hạt nano siêu nhỏ có cấu trúc plasmonic nanoaggregates. Đặc biệt, kỹ thuật này rất phù hợp để nhận biết hàm lượng thuốc trừ sâu với nồng độ thấp trên trái cây tại các cửa hàng, siêu thị. Ưu điểm nổi bật trong nghiên cứu này là sử dụng phương pháp nhiệt phân phun lửa để nhanh chóng tạo ra các màng SERS đồng nhất trên các diện tích bề mặt lớn. Các nhà nghiên cứu có thể tinh chỉnh khoảng cách giữa các hạt nano bạc riêng lẻ để tăng cường độ nhạy của chúng. Để khảo sát khả năng phát hiện hóa chất, một lớp thuốc nhuộm chất được đánh dấu mỏng lên trên các cảm biến và sử dụng máy quang phổ để phát hiện dấu vết phân tử. Kết quả cho thấy, các cảm biến đã phát hiện rất chính xác và nhanh chóng các tín hiệu phân tử thu nhận được trên bề mặt. Ngoài ra, hiệu suất hoạt động của các cảm biến vẫn còn nguyên vẹn khi được thử nghiệm lại sau 2,5 tháng. Điều này nhấn mạnh tiềm năng ứng dụng của phương pháp chế tạo mới; cũng như tính khả thi của chúng đối với sản xuất quy mô lớn.

Cơ chế hoạt động hiệu quả của cảm biến nano SERS

Trong nghiên cứu hiện tại, các nhà khoa học đã đề xuất phương pháp chế tạo cảm biến nano SERS bằng cách sử dụng kỹ thuật nhiệt phân phun lửa để phủ hạt nano bạc lắng đọng trên bề mặt thủy tinh. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là khắc phục được quy trình chế tạo phức tạp và tiết kiệm chi phí. Về bản chất, quang phổ Raman tăng cường bề mặt dựa trên hiện tượng tán xạ ánh sáng không đàn hồi (tán xạ Raman), cung cấp thông tin về các chế độ dao động của các phân tử được khảo sát và đạt được độ nhạy khi có trường điện từ tăng cường được tạo ra ở gần các hạt nano kim loại kích thích trong điều kiện cộng hưởng. Cơ chế tăng cường điện từ và hóa học là 2 quá trình cơ bản dẫn đến tín hiệu Raman được tăng cường. Bằng cách thiết lập thời gian và cường độ dòng nhiệt phù hợp, các nhà khoa học có thể kiểm soát độ dày lớp phủ kim loại cũng như hình thái cấu trúc của chúng trên bề mặt thủy tinh.

 

 

Sự lắng đọng hạt nano bằng kỹ thuật nhiệt phân phun lửa tạo ra các cảm biến nano.

Công nghệ nhiệt phân phun lửa có đặc tính tái tạo cao để tạo nên các cảm biến nano siêu nhỏ và dễ điều khiển được sử dụng để nhanh chóng hình thành các màng cảm biến SERS đồng nhất bằng phương pháp tự tập hợp. Các hạt nano plasmonic bạc được lắng đọng trên chất nền dưới dạng các hạt nano với khoảng cách giữa các hạt được kiểm soát chặt chẽ bởi điều kiện đầu vào. Khoảng cách giữa các hạt được điều chỉnh bằng cách thêm một bộ đệm điện môi trong quá trình tổng hợp hạt nano để tách các hạt nano bạc riêng lẻ trong mỗi hỗn hợp. Các tấm đệm điện môi SiO2 vô định hình được bổ sung trong quá trình tổng hợp như một lớp phủ màng mỏng xung quanh các tổ hợp hạt bạc và ngăn cản chúng dính liền với nhau. Độ dày của miếng đệm điện môi sẽ quyết định sự phá vỡ của liên kết plasmonic trong các tập hợp nano lắng đọng và điều chỉnh các điểm phát xạ Raman. Bằng cách nghiên cứu một cách có hệ thống các đặc tính quang học và hình thái của các bề mặt SERS được chế tạo, các mối quan hệ cấu trúc - hiệu suất đã được các nhà nghiên cứu tối ưu hóa để các điểm phát xạ cho cường độ mạnh nhất (khi khoảng cách giữa các hạt nano bạc riêng lẻ là từ 1-1,5 nm). Điều này cũng được so sánh với các mô hình tính toán và cho thấy sự phù hợp nhằm mục đích tăng cường tín hiệu cao nhất của các điểm phát xạ Raman.

Phát hiện nhanh dư lượng thuốc trừ sâu trên bề mặt trái cây

Để kiểm tra ứng dụng thực tế của các cảm biến nano SERS, các nhà nghiên cứu đã sử dụng mẫu chế tạo để phát hiện parathion-ethyl (một loại thuốc trừ sâu nông nghiệp độc hại bị cấm hoặc hạn chế ở hầu hết các quốc gia) ở nồng độ thấp. Để thử nghiệm, một lượng nhỏ parathion-ethyl được nhỏ lên vỏ của một quả táo. Các dư lượng thuốc trừ sâu parathion-ethyl sau đó được thu thập bằng tăm bông và ngâm trong dung dịch để hòa tan các phân tử thuốc trừ sâu. Dung dịch hòa tan sau đó được nhỏ vào cảm biến và chờ trong vài phút. Kết quả cho thấy sự hiện diện của thuốc trừ sâu trong mẫu thử một cách rõ ràng sau 5 phút mà không hề làm hỏng trái cây. Điều này có được do độ nhạy rất cao của cảm biến được thúc đẩy bởi hiệu ứng tán xạ Raman tăng cường bề mặt, vốn được tối ưu hóa nhờ việc tinh chỉnh khoảng cách giữa các hạt nano bạc.

 

 

Quy trình thực nghiệm phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trên bề mặt táo.

Kết quả cho thấy tiềm năng của các màng cảm biến SERS trong việc nhanh chóng phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu, đảm bảo an toàn thực phẩm và sức khỏe con người về lâu dài. Trong tương lai, các cảm biến sẽ có thể được tích hợp trong một bộ kit cầm tay nhỏ bé để mỗi người có thể mang theo dễ dàng khi đi mua rau và hoa quả.

Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Advanced Science, số 2201133, xuất bản ngày 7/6/2022.

Nguồn: Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Tin liên quan
Cảm biến bàng quang thông minh trong chăm sóc sức khỏe
11/04/2024
Robot Morphobot (M4) tự chủ đa phương thức
14/07/2023
Băng cản nước cho mạch ngừng bê tông
13/09/2022
Công nghệ gallium nitride (GaN) giúp sạc xe điện nhanh gấp 3 lần
06/07/2022
Phát triển và ứng dụng thành công công nghệ chiếu sáng tự nhiên
27/04/2022
Nghiên cứu sử dụng mật ong để sản xuất chip máy tính
27/04/2022
Tái tạo thành công miếng sụn đầu gối chữa viêm khớp
18/02/2022
Tin đã xem
SÀN GIAO DỊCH CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ TRỰC TUYẾN TỈNH HÀ TĨNH