Trong những năm gần đây đã có rất nhiều tiến bộ trong công nghệ xác định chính xác hàm lượng đường trong máu và trong thực phẩm, tuy nhiên đa phần các cách tiếp cận đều sử dụng phương pháp điện hóa với các điện cực để đo. Bên cạnh phương pháp điện hóa, phương pháp đo hàm lượng đường dựa trên phổ huỳnh quang của vật liệu ZnO cũng thu hút được nhiều quan tâm của các nhà khoa học. So với phương pháp điện hóa thì phương pháp này không gây phá hủy mẫu và cũng không cần sử dụng điện cực.

Trong đề tài “Nghiên cứu và chế tạo cảm biến huỳnh quang sinh học xác định hàm lượng đường dựa trên cấu trúc nano dị thể của ZnO và các hạt nano kim loại”, TS. Mai Hồng Hạnh cùng các cộng sự tại trường Đại học Khoa học tự nhiên đã đề xuất một hướng nghiên cứu mới về cảm biến huỳnh quang sinh học dùng để xác định hàm lượng đường dựa trên cấu trúc nano dị thể của ZnO và các hạt nano kim loại với mong muốn có thể chế tạo được loại cảm biến sinh học mới có nhiều tính chất ưu việt như độ nhạy, độ chính xác, độ chọn lọc và độ ổn định cao. Đề tài đã được thực hiện từ năm 2016 đến năm 2019.

Đề tài tập trung thực hiện các mục tiêu sau:

a. Nghiên cứu và tổng hợp thành công các cấu trúc nano dị thể của ZnO (thanh, dây, hoa, hạt…) và hạt nano kim loại (Au, Ag, Co, Pt…);

b. Có được những hiểu biết về sự phụ thuộc của tính chất huỳnh quang (phát quang) của cấu trúc dị thể ZnO/hạt nano kim loại vào nồng độ đường trong hai trường hợp cảm biến có sử dụng enzyme và không sử dụng enzyme;

c. Phổ biến những kiến thức khoa học về việc ứng dụng cấu trúc dị thể ZnO/hạt nano kim loại trong cảm biến sinh học.

Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã thu được một số kết quả như sau:

- Tổng hợp thành công thanh, ống nano ZnO bằng phương pháp thủy nhiệt.

- Ứng dụng thanh, ống nano ZnO trong cảm biến huỳnh quang đo nồng độ đường. Các kết quả thu được cho thấy cảm biến cho thấy độ lặp lại, độ chọn lọc cao. Cảm biến cũng cho thấy độ chính xác cao khi thử nghiệm đo trên mẫu serum máu người. So sánh giữa kết quả thu được của cảm biến huỳnh quang đo đường dựa trên cấu trúc thanh nano và ống nano ZnO thì ống nano ZnO cho độ nhạy cao hơn và giới hạn đo thấp hơn. Điều này có thể được giải thích là do cấu trúc hốc, rỗng của ống nano ZnO cho diện tích tiếp xúc bề mặt với glucose lớn hơn nên góp phần làm tăng độ nhạy của cảm biến. Thêm vào đó dải hoạt động của cảm biến từ 0.1 mM tới 15 mM, với độ nhạy là 3.5%/mM, và nồng độ thấp nhất có thể đo được (limit of detection LOD) là 70 µM cho thấy cảm biến có thể không những có thể được sử dụng để xác định nồng độ đường trong máu (nồng độ đường > 5.6mM), mà còn có thể sử dụng để đo trực tiếp nồng độ đường của bệnh nhân trong nước bọt (nồng độ đường 0.55 mM - 1.77 mM), nước tiểu (nồng độ đường > 5.55mM), nước mắt (nồng độ đường > 0.92 mM), dịch mắt (nồng độ đường 0.5 mM - 5 mM), dịch kẽ (nồng độ đường 1.99 mM - 22.2 mM) mà không cần pha loãng mẫu. Thanh, ống nano ZnO được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt đơn giản rẻ tiền, ở nhiệt độ thấp. Thanh, ống nano ZnO được mọc trên đế Đồng hoặc đế mạch in (PCB) công nghiệp, rẻ tiền. Do đó cảm biến có thể được sử dụng như loại cảm biến sử dụng một lần, làm giảm khả năng truyền nhiễm. Các kết quả thu được là mới và có tính ứng dụng thực tiễn cao và đã được đánh giá thông qua 02 bài ISI đăng trên 02 tạp chí uy tín i) Microchimica Acta (Q1, IF: 5.7) và Journal of Electronic Material (Q2, IF: 1.5).

Vật liệu nano ZnO đã được ứng dụng thành công dưới các cấu trúc: thanh nano, ống nano trong cảm biến huỳnh quang sinh học đo glucose. Cảm biến cho thấy có độ nhạy cao, độ chọn lọc cao. Cảm biến cũng đã được ứng dụng trong kiểm nghiệm lâm sàng khi tiến hành đo nồng độ glucose trong mẫu serum máu người. Các kết quả cho thấy cảm biến cho độ chính xác cao, đáng tin cậy, có tiềm năng ứng dụng trong tương lai.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16286/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)