Nghiên Cứu Chế Tạo Cảm Biến MIP/EIS Xác Định Dư Lượng Kháng Sinh Norfloxacin

• Tác giả: Nguyễn Quốc Hảo
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Thị Ngọc Liên
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Cảm Biến MIP/EIS Để Xác Định Dư Lượng Kháng Sinh Norfloxacin
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Kháng sinh Quinolone-Norfloxacin
• 1.1.1. Sự phát triển của kháng sinh nhóm Quinolone- Norfloxacin
• 1.1.2. Thực trạng sử dụng kháng sinh Norfloxacin
• 1.1.3. Phương pháp phát hiện
• 1.2. Công nghệ polyme in phân tử
• 1.2.1. Tổng quan về công nghệ polyme in phân tử (MIP)
• 1.2.2. Lịch sử nghiên cứu và phát triển của công nghệ MIP
• 1.2.3. Nguyên lý đánh dấu phân tử
• 1.3. Cảm biến phổ tổng trở điện hóa
• 1.3.1. Lý thuyết mạch điện xoay chiều và trở kháng phức
• 1.3.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến phổ tổng trở điện hóa
• 1.4. Các kỹ thuật phân tích sử dụng trong nghiên cứu
• 1.4.1. Phương pháp quang phổ Raman
• 1.4.2. Phương pháp quang phổ UV-VIS
• 1.4.3. Phương pháp Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất và thiết bị
• 2.2. Các thiết bị phụ trợ
• 2.3. Quy trình công nghệ chế tạo cảm biến NOR-MIP/EIS phát hiện kháng sinh Norfloxacin
• 2.4. Quy trình phân tích dư lượng và hàm lượng kháng sinh Norfloxacin
• 2.4.1. Phân tích dư lượng kháng sinh Norfloxacin trong nước hồ nuôi thủy sản
• 2.4.2. Phân tích hàm lượng kháng sinh Norfloxacin trong dược phẩm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ
• 3.1. Nghiên cứu chế tạo cảm biến NOR-MIP/EIS
• 3.1.1. Khảo sát chế tạo cảm biến NOR-MIP/EIS bằng phương pháp điện hóa và đặc trưng quang phổ Raman
• 3.1.2. Nghiên cứu cải thiện độ nhạy của cảm biến NOR-MIP/EIS bằng cách pha tạp hạt nano vàng
• 3.2. Khảo sát hoạt động của cảm biến MIP-NOR/EIS
• 3.2.1. Độ lặp lại của cảm biến
• 3.2.2. Đường đặc trưng chuẩn của cảm biến
• 3.2.3. Độ chọn lọc của cảm biến
• 3.3. Xác định dư lượng kháng sinh Norfloxacin trong nước hồ nuôi thủy sản
• 3.3.1. Kết quả phân tích sử dụng cảm biến NOR-MIP/EIS
• 3.3.2. Kết quả phân tích sử dụng phương pháp (HPLC)
• 3.4. Xác định hàm lượng kháng sinh Norfloxacin trong dược phẩm
• 3.4.1. Kết quả phân tích sử dụng cảm biến NOR-MIP/EIS
• 3.4.2. Kết quả phân tích sử dụng quang phổ UV-VIS
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Cảm Biến MIP EIS và Norfloxacin trong Thực Phẩm

Kháng sinh, đặc biệt là Norfloxacin, được sử dụng rộng rãi trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản để phòng ngừa và điều trị bệnh. Tuy nhiên, việc sử dụng không kiểm soát dẫn đến tình trạng dư lượng kháng sinh tồn tại trong thực phẩm, gây ra nguy cơ kháng thuốc ở người tiêu dùng. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng mà còn gây thiệt hại kinh tế do các lô hàng xuất khẩu bị cảnh báo về an toàn thực phẩm. Các phương pháp phân tích truyền thống như HPLC và GC-MS có độ chính xác cao nhưng chi phí đắt đỏ và đòi hỏi kỹ thuật phức tạp. Vì vậy, việc phát triển các phương pháp phân tích nhanh chóng, chính xác, dễ sử dụng và có chi phí hợp lý là vô cùng cần thiết. Cảm biến MIP/EIS nổi lên như một giải pháp tiềm năng, kết hợp tính chọn lọc cao của MIP (Molecularly Imprinted Polymer) và khả năng đo đạc điện hóa của EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy). Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo và ứng dụng cảm biến MIP/EIS để phát hiện dư lượng kháng sinh Norfloxacin trong các mẫu thực phẩm.

1.1. Tầm Quan Trọng của Kiểm Soát Dư Lượng Kháng Sinh Norfloxacin

Việc kiểm soát dư lượng kháng sinh Norfloxacin trong thực phẩm là vô cùng quan trọng để bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng và duy trì uy tín của ngành thực phẩm Việt Nam. Norfloxacin là một loại kháng sinh Quinolone được sử dụng phổ biến, nhưng việc lạm dụng có thể dẫn đến kháng thuốc và các tác dụng phụ không mong muốn. Các quy định về giới hạn dư lượng kháng sinh trong thực phẩm ngày càng nghiêm ngặt, đòi hỏi các phương pháp phân tích hiệu quả và chính xác để đảm bảo tuân thủ. Theo Tổ chức Nghiên cứu Hóa chất Thực Phẩm Nhật Bản (JFCRF), có những giới hạn nhất định về dư lượng Norfloxacin trong một số thực phẩm. Vì vậy, cần có công cụ phân tích dư lượng kháng sinh tin cậy.

1.2. Ưu Điểm của Cảm Biến MIP EIS trong Phân Tích Thực Phẩm

Cảm biến MIP/EIS hứa hẹn mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp phân tích truyền thống. Chúng có thể được chế tạo với chi phí thấp, dễ dàng sử dụng và cho phép phân tích tại chỗ mà không cần thiết bị phức tạp. Tính chọn lọc cao của MIP giúp giảm thiểu ảnh hưởng của các chất nền khác trong mẫu, tăng độ tin cậy của kết quả. Bên cạnh đó, kỹ thuật đo điện hóa EIS cung cấp thông tin chi tiết về tương tác giữa chất phân tích và bề mặt cảm biến, cho phép phát hiện Norfloxacin ở nồng độ thấp. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc đảm bảo an toàn thực phẩm theo các tiêu chuẩn quốc tế.

II. Thách Thức Trong Phát Hiện Norfloxacin và Vai Trò Của MIP

Việc phát hiện Norfloxacin trong các mẫu thực phẩm phức tạp gặp nhiều thách thức do nồng độ thường rất thấp và sự hiện diện của nhiều chất gây nhiễu. Các phương pháp truyền thống đòi hỏi quy trình chuẩn bị mẫu phức tạp và tốn thời gian để loại bỏ các chất này. Công nghệ polyme in phân tử (MIP) đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết thách thức này bằng cách tạo ra các vật liệu có khả năng nhận diện chọn lọc Norfloxacin. Vật liệu MIP chứa các vị trí liên kết đặc hiệu với Norfloxacin, cho phép chúng liên kết một cách ưu tiên với chất này ngay cả khi có mặt các chất khác. Sau khi loại bỏ các chất phân tích khuôn mẫu màng polyme sẽ xuất hiện các khuôn nhận dạng phân tử rất mạnh.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Nhạy Của Cảm Biến MIP

Độ nhạy của cảm biến MIP phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thiết kế vật liệu MIP, quy trình chế tạo và điều kiện đo đạc. Việc lựa chọn monomer phù hợp, tỷ lệ monomer/template, và phương pháp polyme hóa có ảnh hưởng lớn đến khả năng liên kết của MIP với Norfloxacin. Bề mặt điện cực cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường tín hiệu EIS. Các yếu tố khác như nhiệt độ, độ pH và nồng độ chất điện ly cũng cần được tối ưu hóa để đạt được độ nhạy cao nhất. Việc cải thiện độ nhạy cảm biến là then chốt để phát hiện Norfloxacin ở nồng độ thấp theo quy định.

2.2. Tăng Cường Độ Chọn Lọc Của Cảm Biến MIP Đối Với Norfloxacin

Độ chọn lọc của cảm biến MIP là khả năng phân biệt Norfloxacin với các chất tương tự khác, chẳng hạn như các loại kháng sinh khác hoặc các chất chuyển hóa của Norfloxacin. Để tăng cường độ chọn lọc, cần thiết kế MIP sao cho các vị trí liên kết có hình dạng và tính chất hóa học phù hợp với Norfloxacin. Sử dụng các kỹ thuật như mô phỏng phân tử và đánh giá liên kết chéo có thể giúp tối ưu hóa thiết kế MIP. Việc kiểm tra chéo với các chất có cấu trúc tương tự là cần thiết để đảm bảo cảm biến chỉ đáp ứng mạnh với Norfloxacin. Độ chọn lọc cảm biến cao giúp tránh kết quả dương tính giả và tăng độ tin cậy của phân tích.

III. Phương Pháp Chế Tạo Cảm Biến MIP EIS Xác Định Norfloxacin

Quá trình chế tạo cảm biến MIP/EIS bao gồm nhiều bước, từ tổng hợp vật liệu MIP đến tích hợp lên bề mặt điện cực và tối ưu hóa điều kiện đo. Đầu tiên, Norfloxacin được sử dụng làm khuôn mẫu để tạo ra các vị trí liên kết đặc hiệu trong vật liệu MIP. Sau đó, MIP được phủ lên bề mặt điện cực, thường là điện cực in carbon (SPCE). Cuối cùng, các phân tử Norfloxacin được loại bỏ khỏi MIP, để lại các vị trí liên kết sẵn sàng liên kết lại với Norfloxacin trong mẫu phân tích. Kỹ thuật đo điện hóa EIS được sử dụng để theo dõi sự thay đổi trở kháng khi Norfloxacin liên kết với MIP trên bề mặt điện cực.

3.1. Tổng Hợp Vật Liệu MIP Chọn Lọc Norfloxacin

Việc tổng hợp vật liệu MIP là bước quan trọng nhất trong quá trình chế tạo cảm biến. Monomer chức năng (ví dụ, axit methacrylic) được trộn với Norfloxacin trong dung môi phù hợp. Sau đó, chất liên kết chéo (ví dụ, ethylene glycol dimethacrylate) được thêm vào để tạo ra ma trận polyme ba chiều. Chất khơi mào được sử dụng để bắt đầu quá trình polyme hóa. Các điều kiện phản ứng (nhiệt độ, thời gian, nồng độ) cần được tối ưu hóa để đạt được MIP có độ liên kết cao và độ xốp phù hợp. Sử dụng MIP giúp chế tạo cảm biến hiệu quả hơn.

3.2. Tích Hợp MIP Lên Điện Cực và Đo Điện Hóa EIS

MIP sau khi tổng hợp được phủ lên bề mặt điện cực bằng các phương pháp khác nhau, ví dụ như phương pháp nhỏ giọt hoặc phương pháp điện hóa. Kỹ thuật đo điện hóa EIS được sử dụng để theo dõi sự thay đổi trở kháng của điện cực khi Norfloxacin liên kết với MIP. Trở kháng truyền điện tích (Rct) thường được sử dụng làm tín hiệu phân tích. Các thông số EIS (tần số, biên độ điện áp) cần được tối ưu hóa để đạt được độ nhạy và độ phân giải tốt nhất. Quá trình này liên quan đến việc đo điện hóa một cách cẩn thận.

IV. Ứng Dụng Cảm Biến MIP EIS để Xác Định Dư Lượng Norfloxacin

Sau khi chế tạo và tối ưu hóa, cảm biến MIP/EIS được sử dụng để xác định dư lượng kháng sinh Norfloxacin trong các mẫu thực tế, chẳng hạn như mẫu nước nuôi trồng thủy sản hoặc mẫu dược phẩm. Quy trình bao gồm chuẩn bị mẫu, đo tín hiệu EIS và phân tích dữ liệu để xác định nồng độ Norfloxacin. Kết quả thu được được so sánh với các phương pháp phân tích khác (ví dụ, HPLC) để đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của cảm biến MIP/EIS. Các ứng dụng cụ thể trong an toàn thực phẩm được nhấn mạnh.

4.1. Phân Tích Mẫu Nước Nuôi Trồng Thủy Sản Bằng Cảm Biến MIP EIS

Mẫu nước nuôi trồng thủy sản thường chứa nhiều chất gây nhiễu, đòi hỏi quy trình chuẩn bị mẫu cẩn thận. Mẫu có thể được lọc hoặc chiết để loại bỏ các chất rắn và các chất hữu cơ. Sau đó, mẫu được đưa vào tiếp xúc với cảm biến MIP/EIS, và tín hiệu EIS được đo. Đường chuẩn được xây dựng bằng cách sử dụng các dung dịch Norfloxacin chuẩn, từ đó nồng độ Norfloxacin trong mẫu được xác định. So sánh với các phương pháp phân tích dư lượng kháng sinh khác là cần thiết.

4.2. Đánh Giá Hàm Lượng Norfloxacin Trong Dược Phẩm Sử Dụng Cảm Biến MIP

Cảm biến MIP có thể được sử dụng để đánh giá hàm lượng Norfloxacin trong các sản phẩm dược phẩm. Viên thuốc hoặc dung dịch thuốc được pha loãng, và nồng độ Norfloxacin được xác định bằng cách đo tín hiệu EIS. Độ chính xác của phương pháp được đánh giá bằng cách so sánh với các phương pháp phân tích dược phẩm tiêu chuẩn. Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng cảm biến trong kiểm soát chất lượng thuốc.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Độ Nhạy và Độ Chọn Lọc Của Cảm Biến MIP

Nghiên cứu cho thấy cảm biến MIP/EIS có khả năng phát hiện Norfloxacin với độ nhạy và độ chọn lọc cao. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) được xác định. Độ nhạy cảm biến được đánh giá bằng cách đo sự thay đổi tín hiệu EIS theo nồng độ Norfloxacin. Độ chọn lọc cảm biến được đánh giá bằng cách đo đáp ứng của cảm biến với các chất tương tự khác. Kết quả cho thấy cảm biến MIP/EIS là một công cụ hứa hẹn để phân tích dư lượng kháng sinh.

5.1. Giới Hạn Phát Hiện LOD và Giới Hạn Định Lượng LOQ Của Cảm Biến

Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) là các thông số quan trọng để đánh giá khả năng của cảm biến trong việc phát hiện và định lượng Norfloxacin. LOD là nồng độ thấp nhất mà cảm biến có thể phát hiện được một cách đáng tin cậy. LOQ là nồng độ thấp nhất mà cảm biến có thể định lượng được với độ chính xác chấp nhận được. LOD và LOQ được tính toán dựa trên độ lệch chuẩn của tín hiệu nền và độ dốc của đường chuẩn. Việc đánh giá cảm biến cần dựa trên các chỉ số này.

5.2. Ảnh Hưởng của Các Chất Gây Nhiễu Đến Độ Chính Xác Của Cảm Biến

Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của các chất gây nhiễu đến độ chính xác của cảm biến MIP/EIS. Các chất gây nhiễu có thể làm giảm độ nhạy, độ chọn lọc hoặc độ ổn định của cảm biến. Các biện pháp được thực hiện để giảm thiểu ảnh hưởng của các chất gây nhiễu, chẳng hạn như chuẩn bị mẫu cẩn thận hoặc sử dụng vật liệu MIP có độ chọn lọc cao. Điều này quan trọng để đảm bảo độ tin cậy Norfloxacin.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Của Cảm Biến MIP EIS

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của cảm biến MIP/EIS trong việc phát hiện dư lượng kháng sinh Norfloxacin một cách nhanh chóng, chính xác và có chi phí hợp lý. Cảm biến có thể được sử dụng để kiểm soát an toàn thực phẩm và giám sát dư lượng kháng sinh trong các mẫu thực tế. Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm cải thiện độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến, tích hợp cảm biến vào các thiết bị di động, và mở rộng ứng dụng cảm biến sang các loại kháng sinh khác.

6.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Thực Tế Của Cảm Biến MIP EIS Trong Tương Lai

Cảm biến MIP/EIS có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm kiểm soát an toàn thực phẩm, giám sát môi trường, chẩn đoán y tế và phát hiện chất cấm. Ứng dụng trong thực phẩm là rất hứa hẹn, đặc biệt trong việc kiểm tra nhanh chóng dư lượng kháng sinh tại chỗ. Việc tích hợp cảm biến vào các thiết bị di động sẽ cho phép người tiêu dùng tự kiểm tra an toàn thực phẩm tại nhà. Cần có nhiều nghiên cứu hơn để thương mại hóa cảm biến MIP/EIS.

6.2. Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Để Nâng Cao Hiệu Quả Cảm Biến

Các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm cải thiện độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến MIP/EIS, phát triển các vật liệu MIP mới với hiệu suất cao hơn, và tích hợp cảm biến với các công nghệ khác, chẳng hạn như trí tuệ nhân tạo (AI) để tăng cường khả năng phân tích. Nghiên cứu về cơ chế liên kết giữa Norfloxacin và MIP sẽ giúp thiết kế cảm biến tốt hơn. Hợp tác giữa các nhà khoa học vật liệu, hóa học và điện tử là cần thiết để đạt được tiến bộ trong lĩnh vực này.

Tổng quan nghiên cứu

Kháng sinh Norfloxacin, thuộc nhóm Quinolone thế hệ thứ hai, được sử dụng rộng rãi trong điều trị nhiễm khuẩn ở người và vật nuôi. Tuy nhiên, việc sử dụng không kiểm soát dẫn đến tồn dư kháng sinh trong thực phẩm và môi trường, gây ra tình trạng kháng thuốc kháng sinh nghiêm trọng. Theo báo cáo của ngành, dư lượng kháng sinh Norfloxacin trong thực phẩm có thể vượt quá giới hạn cho phép, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và gây thiệt hại kinh tế, đặc biệt trong lĩnh vực thủy sản xuất khẩu. Nhu cầu phát triển các phương pháp phát hiện nhanh, chính xác và chi phí hợp lý để xác định dư lượng Norfloxacin là cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế và chế tạo cảm biến sinh học dựa trên công nghệ polyme in phân tử (MIP) kết hợp với phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS) để xác định dư lượng kháng sinh Norfloxacin trong nước hồ nuôi thủy sản và hàm lượng trong dược phẩm. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong giai đoạn 2017-2019, với phạm vi tập trung vào cảm biến MIP/EIS trên điện cực in các bon biến tính hạt nano vàng (AuNPs-SPCE).

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp công cụ phân tích nhanh, độ nhạy cao, độ chọn lọc tốt, giúp kiểm soát chất lượng thực phẩm và dược phẩm, góp phần giảm thiểu nguy cơ kháng thuốc kháng sinh và nâng cao an toàn sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính:

1. Công nghệ polyme in phân tử (MIP): MIP là kỹ thuật tổng hợp các đầu thu sinh học nhân tạo có tính chọn lọc cao dựa trên việc tạo ra các khuôn nhận dạng phân tử đặc hiệu cho Norfloxacin. Màng polyme được tổng hợp từ monome chức năng, chất liên kết chéo và mẫu phân tử Norfloxacin, sau đó loại bỏ mẫu để tạo ra các vị trí nhận dạng đặc hiệu. MIP có ưu điểm bền vững, ổn định trong môi trường khắc nghiệt và có thể sử dụng lâu dài.

2. Phương pháp phổ tổng trở điện hóa (EIS): EIS đo sự thay đổi trở kháng phức của điện cực khi có sự tương tác giữa Norfloxacin và màng MIP trên bề mặt điện cực. Mô hình mạch điện tương đương Randles được sử dụng để phân tích các thành phần điện trở dung dịch (Rs), điện trở truyền điện tích (Rct), điện dung lớp kép (Cdl) và trở kháng Warburg (Zw). Sự thay đổi Rct được dùng làm tín hiệu định lượng Norfloxacin.

Các khái niệm chính bao gồm: trở kháng phức, mô hình Randles, hạt nano vàng (AuNPs) tăng cường dẫn điện, và các tương tác hóa học trong quá trình in phân tử.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Hóa chất chuẩn Norfloxacin, dung dịch đệm PBS, hạt nano vàng tổng hợp điện hóa, mẫu nước hồ nuôi cá Bớp tại Phú Yên, và thuốc Norfloxacin 400 mg trên thị trường.

• Phương pháp phân tích:

  • Chế tạo cảm biến MIP/EIS trên điện cực in các bon biến tính hạt nano vàng (AuNPs-SPCE) bằng phương pháp quét thế tuần hoàn trong dung dịch HAuCl4 100 µM.
  • Đo phổ trở kháng điện hóa (EIS) để khảo sát đặc tính cảm biến, xác định độ nhạy, độ chọn lọc và độ lặp lại.
  • Phân tích bổ sung bằng quang phổ Raman để xác định cấu trúc màng polyme và sự gắn kết Norfloxacin.
  • Xác định hàm lượng Norfloxacin trong mẫu thực tế bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và quang phổ UV-VIS để đối chiếu kết quả.

• Timeline nghiên cứu:

  • Tổng hợp và biến tính điện cực: 3 tháng.
  • Khảo sát đặc tính cảm biến và tối ưu hóa: 6 tháng.
  • Phân tích mẫu thực tế và so sánh phương pháp: 3 tháng.
  • Viết báo cáo và hoàn thiện luận văn: 2 tháng.

• Cỡ mẫu:

  • Mẫu nước hồ nuôi cá Bớp lấy tại trang trại Phú Yên, số lượng khoảng 10 mẫu.
  • Mẫu thuốc Norfloxacin 400 mg từ thị trường, 5 lô khác nhau.

• Phương pháp chọn mẫu: Lấy mẫu ngẫu nhiên tại các vị trí khác nhau trong hồ nuôi và các lô thuốc phổ biến trên thị trường để đảm bảo tính đại diện.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chế tạo thành công cảm biến NOR-MIP/EIS:

   • Điện cực SPCE được biến tính bằng lớp hạt nano vàng (AuNPs) với kích thước ~10 nm, tăng diện tích bề mặt hiệu dụng.
   • Quá trình tổng hợp AuNPs được thực hiện bằng quét thế tuần hoàn trong dải -0,6 V đến 0,5 V với 20 vòng quét.
   • Quang phổ Raman xác nhận sự hình thành màng poly(aminothiophenol) in phân tử Norfloxacin với các vạch đặc trưng tại 1000-1600 cm⁻¹.

2. Độ nhạy và giới hạn phát hiện:

   • Cảm biến NOR-MIP/EIS cho đường đặc trưng chuẩn tuyến tính trong dải nồng độ từ 0,32 ng/mL đến 31,91 ng/mL.
   • Giới hạn phát hiện (LOD) đạt khoảng 0,3 ng/mL, vượt trội so với các cảm biến không in phân tử (NIP).
   • Độ nhạy của cảm biến tăng khoảng 25% khi sử dụng AuNPs so với điện cực không biến tính.

3. Độ chọn lọc cao:

   • Cảm biến có khả năng phân biệt Norfloxacin với các kháng sinh khác như Ciprofloxacin, Levofloxacin và Chloramphenicol với sai số dưới 5%.
   • Khi phân tích mẫu trộn Norfloxacin với các kháng sinh khác, tín hiệu trở kháng thay đổi chủ yếu do Norfloxacin, chứng tỏ tính chọn lọc cao.

4. Ứng dụng thực tế:

   • Phân tích mẫu nước hồ nuôi cá Bớp cho thấy dư lượng Norfloxacin dao động từ 10 đến 60 ppb, phù hợp với kết quả phân tích HPLC.
   • Phân tích thuốc Norfloxacin 400 mg bằng cảm biến và UV-VIS cho kết quả hàm lượng tương ứng với nhãn mác, sai số dưới 3%.

Thảo luận kết quả

Sự thành công trong việc chế tạo cảm biến NOR-MIP/EIS dựa trên công nghệ polyme in phân tử kết hợp hạt nano vàng đã nâng cao đáng kể độ nhạy và độ chọn lọc so với các cảm biến truyền thống. Việc sử dụng AuNPs làm lớp biến tính điện cực giúp tăng diện tích bề mặt và cải thiện khả năng truyền điện tích, từ đó tăng cường tín hiệu điện hóa.

Kết quả quang phổ Raman và EIS cho thấy màng polyme in phân tử có cấu trúc ổn định, khả năng tái liên kết Norfloxacin tốt, phù hợp với các nghiên cứu tương tự trên thế giới. So sánh với phương pháp HPLC và UV-VIS, cảm biến MIP/EIS cho phép phân tích nhanh, chi phí thấp và có thể ứng dụng tại hiện trường.

Biểu đồ đường đặc trưng chuẩn và đồ thị Nyquist minh họa rõ sự thay đổi trở kháng theo nồng độ Norfloxacin, giúp trực quan hóa hiệu quả cảm biến. Các kết quả này khẳng định tính khả thi của cảm biến trong kiểm soát dư lượng kháng sinh, góp phần giảm thiểu nguy cơ kháng thuốc và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng cảm biến NOR-MIP/EIS trong kiểm soát chất lượng thủy sản:

   • Thực hiện phân tích định kỳ dư lượng Norfloxacin tại các trang trại nuôi thủy sản.
   • Mục tiêu giảm tỷ lệ mẫu vượt ngưỡng dư lượng xuống dưới 1% trong vòng 12 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Cục Quản lý Chất lượng Nông lâm sản và Thủy sản (NAFIQAD) phối hợp với các phòng thí nghiệm địa phương.

2. Phát triển bộ kit cảm biến di động cho phân tích tại hiện trường:

   • Thiết kế thiết bị cầm tay tích hợp cảm biến MIP/EIS để phân tích nhanh, dễ sử dụng.
   • Mục tiêu hoàn thiện sản phẩm trong 18 tháng, giảm thời gian phân tích xuống dưới 30 phút.
   • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ sinh học.

3. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho người sản xuất và người tiêu dùng:

   • Tổ chức các khóa đào tạo về sử dụng cảm biến và tác hại của dư lượng kháng sinh.
   • Mục tiêu nâng cao nhận thức, giảm thiểu việc sử dụng kháng sinh không kiểm soát trong 2 năm.
   • Chủ thể thực hiện: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, các tổ chức phi chính phủ.

4. Hoàn thiện quy định pháp lý về giới hạn dư lượng kháng sinh:

   • Cập nhật và ban hành các tiêu chuẩn giới hạn dư lượng Norfloxacin phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế.
   • Mục tiêu áp dụng trong vòng 1 năm, tăng cường kiểm tra, xử phạt vi phạm.
   • Chủ thể thực hiện: Bộ Y tế, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Vật lý kỹ thuật, Hóa học phân tích:

   • Học hỏi quy trình chế tạo cảm biến MIP/EIS, ứng dụng công nghệ nano và điện hóa trong phân tích hóa học.

2. Cơ quan quản lý chất lượng nông lâm thủy sản:

   • Áp dụng phương pháp phân tích nhanh, chính xác để kiểm soát dư lượng kháng sinh trong thực phẩm.

3. Doanh nghiệp sản xuất dược phẩm và thiết bị y tế:

   • Nghiên cứu phát triển sản phẩm cảm biến sinh học phục vụ kiểm tra chất lượng thuốc và thực phẩm.

4. Người nuôi trồng thủy sản và nông dân:

   • Nâng cao nhận thức về tác hại của dư lượng kháng sinh, áp dụng công nghệ kiểm tra nhanh để đảm bảo an toàn sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Cảm biến MIP/EIS có ưu điểm gì so với các phương pháp truyền thống?
   Cảm biến MIP/EIS cho phép phân tích nhanh, độ nhạy cao, chi phí thấp và có thể thực hiện tại hiện trường, trong khi các phương pháp như HPLC đòi hỏi thiết bị phức tạp và thời gian phân tích lâu.

2. Giới hạn phát hiện của cảm biến này là bao nhiêu?
   Giới hạn phát hiện đạt khoảng 0,3 ng/mL, đủ nhạy để phát hiện dư lượng Norfloxacin trong nước và dược phẩm theo tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.

3. Cảm biến có thể phân biệt Norfloxacin với các kháng sinh khác không?
   Có, cảm biến có độ chọn lọc cao, sai số phân biệt với các kháng sinh khác dưới 5%, nhờ vào tính đặc hiệu của màng polyme in phân tử.

4. Phương pháp tổng hợp hạt nano vàng có phức tạp không?
   Phương pháp quét thế tuần hoàn điện hóa trong dung dịch HAuCl4 là kỹ thuật đơn giản, hiệu quả và có thể kiểm soát kích thước hạt nano vàng đồng đều.

5. Cảm biến có thể ứng dụng trong môi trường thực tế như thế nào?
   Cảm biến đã được thử nghiệm trên mẫu nước hồ nuôi cá Bớp và thuốc Norfloxacin, cho kết quả tương đồng với HPLC và UV-VIS, phù hợp để kiểm tra nhanh tại các trang trại và cơ sở sản xuất.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công cảm biến MIP/EIS xác định dư lượng kháng sinh Norfloxacin với độ nhạy cao và độ chọn lọc tốt.
• Sử dụng hạt nano vàng biến tính điện cực giúp tăng diện tích bề mặt và cải thiện tín hiệu điện hóa.
• Cảm biến cho phép phát hiện Norfloxacin trong dải nồng độ từ 0,32 ng/mL đến 31,91 ng/mL với giới hạn phát hiện khoảng 0,3 ng/mL.
• Ứng dụng thành công trong phân tích mẫu nước hồ nuôi thủy sản và dược phẩm, kết quả tương thích với phương pháp HPLC và UV-VIS.
• Đề xuất phát triển bộ kit cảm biến di động và triển khai ứng dụng trong kiểm soát chất lượng thực phẩm, góp phần giảm thiểu kháng thuốc kháng sinh.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các cơ quan quản lý và doanh nghiệp phối hợp triển khai ứng dụng cảm biến, đồng thời tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa công nghệ để mở rộng phạm vi phân tích các loại kháng sinh khác.