I. Giới thiệu
Trong những thập kỷ gần đây, sự phát triển của công nghiệp và nông nghiệp đã mang lại nhiều lợi ích kinh tế, nhưng cũng gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các hóa chất độc hại từ sản phẩm nông nghiệp ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc xác định dư lượng hóa chất độc hại trong thực phẩm và nông sản là một thách thức lớn. Phương pháp sắc ký hiện tại tuy chính xác nhưng tốn kém và yêu cầu chuyên môn cao. Tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) đã nổi lên như một giải pháp khả thi, cho phép phát hiện nhanh chóng và hiệu quả các phân tử hữu cơ ở nồng độ thấp. SERS yêu cầu bề mặt kim loại quý như bạc (Ag) hoặc vàng (Au) với cấu trúc nano gồ ghề, giúp khuếch đại tín hiệu Raman. Đế SERS là linh kiện cảm biến quan trọng, quyết định mức độ khuếch đại tín hiệu.
1.1. Tầm quan trọng của SERS
SERS đã trở thành một công nghệ quan trọng trong việc phát hiện các phân tử hữu cơ độc hại. Kỹ thuật này cho phép phát hiện các chất ở nồng độ rất thấp, từ phần triệu đến phần tỷ. SERS không chỉ nhanh chóng mà còn tiết kiệm chi phí, làm cho nó trở thành một công cụ lý tưởng cho các ứng dụng trong sinh học và hóa học. Việc phát hiện sớm các chất độc hại có thể giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.
II. Phương pháp chế tạo đế SERS
Các phương pháp chế tạo đế SERS chủ yếu bao gồm lắng đọng hóa học và lắng đọng điện hóa. Những phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm chi phí, cho phép tạo ra các cấu trúc nano kim loại với hình thái học đa dạng như hình lá và hoa. Các cấu trúc này có nhiều điểm nóng trên bề mặt, giúp tăng cường hiệu ứng SERS. Tại Việt Nam, nghiên cứu về chế tạo các cấu trúc nano kim loại quý như Ag và Au đã được thực hiện, nhưng chủ yếu tập trung vào cấu trúc hạt. Việc nghiên cứu các cấu trúc lá nano bạc (AgNDs), hoa nano bạc (AgNFs) và hoa nano vàng (AuNFs) trên silic (Si) là cần thiết để mở rộng ứng dụng của SERS.
2.1. Các phương pháp chế tạo
Phương pháp lắng đọng hóa học và lắng đọng điện hóa đã được chứng minh là hiệu quả trong việc tạo ra các cấu trúc nano kim loại. Những phương pháp này cho phép kiểm soát tốt các thông số cấu trúc, từ đó tạo ra các đế SERS với chất lượng cao. Việc sử dụng Si làm nền lắng đọng giúp đảm bảo tính trung tính và không ảnh hưởng đến phổ SERS của các chất phân tích. Si cũng có giá thành thấp và dễ dàng tiếp cận, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nghiên cứu và ứng dụng.
III. Tính chất và ứng dụng của cấu trúc nano
Các cấu trúc nano bạc và vàng trên Si đã được nghiên cứu kỹ lưỡng về hình thái, cấu trúc và tính chất quang học. Phương pháp phân tích như chụp ảnh SEM, XRD và ghi phổ hấp thụ UV-Vis đã được sử dụng để đánh giá các đặc tính này. Kết quả cho thấy các cấu trúc nano này có khả năng khuếch đại tín hiệu Raman mạnh mẽ, nhờ vào hiệu ứng plasmon bề mặt. Việc phát hiện các phân tử hữu cơ độc hại như thuốc bảo vệ thực vật và chất phụ gia trong thực phẩm đã được thực hiện thành công, chứng minh tính khả thi của các cấu trúc nano này trong ứng dụng thực tiễn.
3.1. Ứng dụng trong phát hiện phân tử hữu cơ
Các cấu trúc nano bạc và vàng đã được sử dụng để phát hiện các phân tử hữu cơ độc hại ở nồng độ thấp. Kết quả cho thấy khả năng phát hiện các chất như paraquat, pyridaben và thiram với độ nhạy cao. Sự đáp ứng của các cấu trúc nano này đối với yêu cầu của một đế SERS tốt đã được nghiên cứu và so sánh, cho thấy tiềm năng lớn trong việc ứng dụng SERS trong lĩnh vực an toàn thực phẩm và bảo vệ môi trường.
IV. Kết luận
Nghiên cứu về cấu trúc nano vàng bạc trên silic cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát hiện phân tử hữu cơ bằng tán xạ Raman. Các phương pháp chế tạo đơn giản và hiệu quả đã cho ra đời các cấu trúc nano với tính chất quang học vượt trội. SERS không chỉ là một công cụ phân tích mạnh mẽ mà còn mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc phát triển và tối ưu hóa các cấu trúc nano này sẽ tiếp tục là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong tương lai.
4.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo
Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa hình thái và kích thước của các cấu trúc nano để nâng cao hiệu suất SERS. Ngoài ra, việc mở rộng ứng dụng của SERS trong các lĩnh vực khác như y học và môi trường cũng cần được xem xét. Sự phát triển của công nghệ nano sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng phát hiện và phân tích các chất độc hại.
