Nghiên cứu và chế tạo đế SERS trên nền vật liệu nano Ag, ZnO, Al2O3 nhằm ứng dụng phát hiện dược chất - NCS. Lê Thị Minh Huyền

Tên đề tài: Nghiên cứu và chế tạo đế SERS trên nền vật liệu nano Ag, ZnO, Al2O3 nhằm ứng dụng phát hiện dược chất
Ngành: Quang học
Mã số ngành: 9440110
Họ tên nghiên cứu sinh: Lê Thị Minh Huyền
Khóa đào tạo: năm 2019
Người hướng dẫn khoa học: PSG. TS. Lê Vũ Tuấn Hùng
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQG.HCM
1. Tóm tắt nội dung luận án:
Luận án này khảo sát các điều kiện chế tạo đế tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) dựa trên nền vật liệu nano Ag, ZnO, Al2O3 nhằm cải thiện hiệu suất của đế SERS. Quy trình chế tạo và các tính chất của hạt nano Ag, màng nano ZnO pha tạp Al (AZO) và thanh nano ZnO/Al/a-Al2O3 được chuẩn hoá tối ưu. Ngoài ra, công trình nghiên cứu này đã xây dựng được phương pháp phân tích chất thử rhodamine 6G (R6G), các dược chất ketoprofen (KP) và metronidazol (MNZ), dựa trên các đế SERS đã chế tạo, theo hướng dẫn của ICH Q2(R2) trong quy trình phân tích.
2. Những kết quả mới của luận án:
Đế SERS màng nano AZO/Ag được chế tạo trong luận án này là đế SERS thế hệ mới. Các hạt nano Ag có dạng hình cầu với kích thước trung bình khoảng 30–40 nm được gắn kết với màng nano AZO (gồm 98 wt% ZnO pha tạp với 2 wt% Al2O3). Màng AZO được phủ trên lam thủy tinh phẳng bằng phương pháp phún xạ magnetron dc với thông số chế tạo tối ưu ở thời gian phún xạ 45 phút. Hiệu suất đế SERS AZO/Ag đã được cải thiện rõ rệt khi nhận biết được chất thử R6G ở giới hạn phát hiện (LOD) ~ 10–9 ppm với hệ số tăng cường bề mặt đế SERS (SSEF) ~ 2,0  1015. Đế SERS màng nano AZO/Ag đã phát hiện được các chuẩn dược chất KP và MNZ ở LOD lần lượt 5  10–2 ppm và 5  10–3 ppm.
Đế SERS thanh nano ZnO/Al/a-Al2O3/Ag được chế tạo trong luận án là đế SERS thế hệ mới. Các hạt nano Ag có dạng hình cầu với kích thước trung bình khoảng 20 nm và phân bố đều đặn trên được gắn kết với chất nền bán dẫn là thanh nano ZnO/Al/a-Al2O3. Thanh nano ZnO/Al/a-Al2O3 được chế tạo bằng phương pháp sol-gel, lắng đọng bể hóa học và bốc bay nhiệt chân không ở điều kiện tối ưu với 1,0 mg Al. Hiệu suất đế SERS ZnO/Al/a-Al2O3/Ag đã được cải thiện khi nhận biết được chất thử R6G ở LOD ~ 10–5 ppm với hệ số SSEF ~ 1,9  1010. Đế SERS thanh nano ZnO/Al/a-Al2O3/Ag đã phát hiện được các chuẩn dược chất KP và MNZ ở LOD lần lượt 5  10–1 ppm và 10–2 ppm.
Đề xuất được sơ đồ chuyển điện tích giữa các đế SERS màng nano AZO/Ag, thanh nano ZnO/Al/a-Al2O3/Ag và R6G, KP, MNZ để giải thích về sự cải thiện độ nhạy các đế SERS trong luận án.
Phương pháp phân tích dựa trên các đế SERS trong luận án này được sử dụng để xác định các dược chất KP, MNZ theo hướng dẫn của ICH Q2(R2) là phương pháp định tính và bán định lượng. Phương pháp xác định KP và MNZ này có tính đặc hiệu và giới hạn phát hiện thấp. Phương pháp sử dụng đế SERS màng nano AZO/Ag và thanh nano ZnO/Al/a-Al2O3/Ag đáp ứng yêu cầu tuyến tính và hứa hẹn được sử dụng cho phân tích định lượng MNZ. Độ tái lặp phổ của phương pháp, được đánh giá qua thuốc thử R6G, có độ lặp lại phổ tốt với RSD < 15% ở tất cả các mẫu đo và thỏa mãn kiểm chứng độc lập qua phép phân tích ANOVA.
3. Các ứng dụng/ khả năng ứng dụng trong thực tiễn hay những vấn đề còn bỏ ngỏ cần tiếp tục nghiên cứu
Kỹ thuật SERS dựa trên đế màng nano AZO/Ag và thanh nano ZnO/Al/a-Al2O3/Ag có thể được ứng dụng để phát hiện nhanh các dược chất, hoặc hóa chất độc hại tồn dư trong thực phẩm, nhằm đảm bảo sức khỏe cho người tiêu dùng.
Khảo sát phương pháp chuẩn bị mẫu để cải thiện độ lặp lại của phương pháp phân tích dược chất dựa trên các đế SERS AZO/Ag và thanh nano ZnO/Al/a-Al2O3/Ag.
Cải tiến phương pháp chế tạo đế SERS và đo mẫu để phát triển phương pháp phân tích mới với chi phí thấp và hiệu quả.