Người nghiên cứu sử dụng pipette trong quá trình xử lý và phân tích các mẫu chất lỏng tại phòng thí nghiệm. Ảnh minh họa: Kaboompics.com/Pexels.

Trong quan trắc môi trường nước, xử lý một chất ô nhiễm là một bài toán, phát hiện được nó khi xuất hiện ở nồng độ rất thấp lại là bài toán khác. Với dư lượng dược phẩm, khả năng nhận biết chính xác là bước cần thiết để nghiên cứu sự hiện diện của chúng và lựa chọn phương pháp phân tích phù hợp.

Một hướng nghiên cứu như vậy được TS Nguyễn Thị Thanh Hương, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST), cùng TS Anna Tycova, Viện Hóa phân tích thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Séc, chủ trì trong khuôn khổ đề tài hợp tác quốc tế QTCZ 01.02/22-23. Hồ sơ nhiệm vụ được VAST công bố trên cơ sở dữ liệu ngày 20/7/2026 cho biết nhóm đặt mục tiêu phát triển cảm biến quang và cảm biến điện hóa để xác định thuốc kháng viêm không steroid, trong đó có diclofenac, trong môi trường nước mặt.

Đề tài được thực hiện trong giai đoạn 2022–2023, vì vậy đây không phải một công trình vừa hoàn thành trong năm 2026. Giá trị đáng quan tâm nằm ở kết quả nghiên cứu đã được công bố sau đó: nhóm tạo được vật liệu nanocompozit lai bạc - oxit sắt Ag/Fe3O4 và sử dụng vật liệu này làm đế cho kỹ thuật tán xạ Raman tăng cường bề mặt, gọi tắt là SERS, để nhận biết diclofenac ở nồng độ rất thấp.

Đưa một phân tử thuốc vào “tầm nhìn” của cảm biến

SERS có thể hiểu đơn giản là kỹ thuật sử dụng bề mặt có cấu trúc nano để làm mạnh hơn tín hiệu Raman đặc trưng của phân tử cần phân tích. Khi tín hiệu đủ rõ, nhà nghiên cứu có thêm khả năng nhận biết một chất ngay cả khi lượng chất đó trong mẫu rất nhỏ.

Trong công trình đăng trên Vietnam Journal of Science and Technology năm 2024, nhóm nghiên cứu mô tả vật liệu Ag/Fe3O4 với các hạt bạc có đường kính khoảng 80 nm, được bao quanh bởi các hạt oxit sắt khoảng 18 nm. Vật liệu đạt độ từ hóa bão hòa 28 emu/g, đủ để hỗ trợ việc cố định cấu trúc nanocompozit trên đế. Với diclofenac, hệ SERS ghi nhận giới hạn phát hiện 10^-12 M và hệ số tăng cường tín hiệu 2,6 × 10^10.

Hai thành phần của vật liệu được kết hợp để giải quyết những nhiệm vụ khác nhau. Cấu trúc nano bạc tạo điều kiện tăng cường tín hiệu Raman, trong khi thành phần Fe3O4 mang đặc tính từ, giúp việc bố trí và thu hồi vật liệu thuận lợi hơn. Theo các tác giả, cấu trúc lai này còn có triển vọng giảm bớt công đoạn cố định hạt kim loại lên bề mặt và cho phép tái tạo đế để sử dụng nhiều lần.

Từ vật liệu cảm biến đến kết quả định lượng còn cần hệ thiết bị phân tích và quy trình đo phù hợp. Ảnh minh họa: Pavel Danilyuk/Pexels.

Những con số về kích thước hạt hay giới hạn phát hiện dễ khiến một nghiên cứu vật liệu trở nên khó gần với độc giả ngoài chuyên ngành. Nhưng câu hỏi thực tế khá rõ: nếu muốn theo dõi một lượng rất nhỏ dược chất trong nước, người làm phân tích cần một bề mặt đủ nhạy để “nhìn” thấy tín hiệu của phân tử đó. Công việc của TS Nguyễn Thị Thanh Hương và cộng sự tập trung chính vào việc tạo ra nền vật liệu cho khả năng nhận biết ấy.

Phát hiện và xử lý là hai mắt xích khác nhau

Phụ nữ Mới trước đây đã giới thiệu hướng xử lý thuốc kháng sinh trong môi trường nước, trong đó vật liệu quang xúc tác được sử dụng để loại bỏ ciprofloxacin và levofloxacin. Một nghiên cứu khác do TS Lê Phương Thu chủ trì phát triển hệ xúc tác quang để phân hủy kháng sinh trong nước.

Đề tài của TS Nguyễn Thị Thanh Hương đi theo hướng khác. Diclofenac không phải kháng sinh mà là thuốc kháng viêm không steroid; mục tiêu của nhóm không phải phân hủy dược chất này mà phát triển công cụ nhận biết nó. Sự khác nhau giữa hai hướng rất quan trọng: một bên giải quyết khâu phát hiện và phân tích, bên kia tập trung vào loại bỏ chất cần xử lý.

Trong một hệ thống quan trắc hoàn chỉnh, khả năng đo đủ nhạy có thể cung cấp dữ liệu cho những quyết định tiếp theo. Muốn biết phương pháp xử lý có hiệu quả hay không, người nghiên cứu cũng cần đo được nồng độ chất trước và sau quá trình xử lý. Vì thế, cảm biến và công nghệ xử lý không thay thế nhau mà có thể nằm ở những vị trí khác nhau trong cùng chuỗi nghiên cứu môi trường.

Khả năng nhận biết một chất ở nồng độ thấp bắt đầu từ quá trình chuẩn bị mẫu và kiểm soát phép đo trong phòng thí nghiệm. Ảnh minh họa: Gustavo Fring/Pexels.

Từ vật liệu nano đến một nền tảng có thể tái sử dụng

Điểm đáng quan tâm trong hồ sơ VAST là nhóm nghiên cứu không dừng mục tiêu ở việc tạo một vật liệu có tín hiệu tốt. Cơ quan này đánh giá hệ nanocompozit lai có tiềm năng ứng dụng trong các cảm biến SERS có khả năng tái sử dụng, gọn nhẹ và có tính di động. Đồng thời, kết quả được xác định là tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo về chip CE-SERS, kết hợp phân tách điện di mao quản với phân tích Raman tăng cường bề mặt.

Cụm từ cần giữ ở đây là “tiềm năng ứng dụng”. Các nguồn chính thức hiện có chưa cho thấy nhóm đã phát triển một thiết bị thương mại để mang trực tiếp ra sông, hồ và đo tại hiện trường. Kết quả được công bố chứng minh năng lực của vật liệu và nền tảng cảm biến ở giai đoạn nghiên cứu; bước tiếp theo còn là tích hợp công nghệ, hoàn thiện hệ đo và kiểm chứng trong những điều kiện sử dụng cụ thể.

Cách nhìn này cũng phù hợp với kinh nghiệm mà Phụ nữ Mới từng phản ánh qua câu chuyện của GS.TS Đặng Diễm Hồng: nghiên cứu khoa học thành công chưa đồng nghĩa với thương mại hóa thành công. Một công nghệ hoạt động tốt trong phòng thí nghiệm vẫn cần trải qua quá trình hoàn thiện, mở rộng và đánh giá khả năng đáp ứng nhu cầu thực tế trước khi trở thành sản phẩm.

Chính sự phân biệt này làm nổi bật giá trị thật của công trình thay vì làm giảm ý nghĩa của nó. Một nghiên cứu ứng dụng đáng tin cậy không nhất thiết phải lập tức có sản phẩm bán trên thị trường; điều quan trọng là nó tạo được một nền tảng kỹ thuật đủ rõ để bước nghiên cứu sau có thể tiếp tục phát triển.

Nữ trí thức trong một mạng lưới nghiên cứu liên ngành

Dấu ấn của TS Nguyễn Thị Thanh Hương còn nằm ở cách đề tài được tổ chức qua hợp tác quốc tế. Bà đồng chủ trì nhiệm vụ với TS Anna Tycova của Viện Hàn lâm Khoa học Séc; bài báo khoa học có sự tham gia của các nhà nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội cùng các cơ sở nghiên cứu tại Séc và Ba Lan.

Danh sách tác giả cũng có nhiều nhà khoa học nữ Việt Nam như Phạm Thị Nam, Nguyễn Thị Thanh Hương, Vũ Thị Thu và Nguyễn Thị Thanh Ngân. Không nên từ danh sách tác giả suy diễn vai trò cụ thể của từng người ngoài những gì công bố khoa học thể hiện, nhưng sự tham gia này cho thấy nữ nghiên cứu viên hiện diện trong một nhóm liên ngành kết nối vật liệu nano, hóa phân tích và công nghệ cảm biến.

TS Nguyễn Thị Thanh Hương không phải người mới bước vào nghiên cứu vật liệu. Hồ sơ của Viện Kỹ thuật Nhiệt đới cho thấy bà từng chủ trì đề tài về lớp mạ hợp kim Zn-Ni/nanosilica bảo vệ chống ăn mòn và tham gia nhiều công bố về vật liệu, lớp phủ, ăn mòn kim loại. Nền tảng chuyên môn ấy được nối sang một bài toán khác trong đề tài hợp tác Việt Nam - Séc: sử dụng vật liệu nano cho phân tích môi trường.

Đây là một đặc điểm đáng chú ý của nghiên cứu ứng dụng. Tri thức không nhất thiết đi theo một đường thẳng từ một loại vật liệu đến duy nhất một sản phẩm. Kinh nghiệm kiểm soát cấu trúc, bề mặt hay tính chất của vật liệu có thể trở thành nền tảng để nhà khoa học bước sang những bài toán mới khi có nhu cầu thực tế và cộng sự phù hợp.

Nghiên cứu hiện đang ở đâu?

Đề tài QTCZ 01.02/22-23 do TS Nguyễn Thị Thanh Hương và TS Anna Tycova chủ trì được thực hiện trong giai đoạn 2022–2023, kinh phí 200 triệu đồng và được VAST xếp loại Khá. Một kết quả của nhiệm vụ được công bố trên Vietnam Journal of Science and Technology năm 2024: vật liệu Ag/Fe3O4 sử dụng làm đế SERS phát hiện diclofenac với giới hạn 10^-12 M. VAST đánh giá vật liệu có tiềm năng cho cảm biến SERS tái sử dụng, gọn nhẹ và di động, đồng thời là tiền đề phát triển chip CE-SERS. Các nguồn hiện có chưa cho thấy một thiết bị thương mại hoặc hệ quan trắc thực địa đã được hoàn thiện, vì vậy kết quả nên được xác định ở giai đoạn nền tảng nghiên cứu và phát triển công nghệ.

Một bước nhỏ trong bài toán lớn về chất lượng nước

Nếu công nghệ được phát triển tiếp, giá trị tiềm năng của một cảm biến gọn nhẹ nằm ở khả năng hỗ trợ quá trình phân tích thuận tiện hơn. Tuy nhiên, từ một đế SERS trong phòng thí nghiệm đến một thiết bị quan trắc thực địa vẫn là quãng đường cần thêm nghiên cứu. Chính nhóm tác giả cũng định hướng tiếp tục cố định thuận nghịch vật liệu nano trong thiết bị vi lỏng và tích hợp SERS với điện di mao quản.

Phát triển các phương pháp phân tích nhạy là một hướng nghiên cứu phục vụ việc nhận biết và theo dõi các chất trong môi trường nước. Ảnh minh họa tại Việt Nam: Jolenne 87/Pexels.

Nhìn từ đóng góp của nữ trí thức, công trình của TS Nguyễn Thị Thanh Hương cho thấy một cách đưa khoa học vật liệu tới gần vấn đề môi trường: không bắt đầu bằng một sản phẩm được quảng bá là “thông minh” hay “đột phá”, mà bằng việc giải quyết từng yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Vật liệu phải tạo được tín hiệu đủ mạnh, có khả năng cố định thuận lợi, hướng tới tái sử dụng và sau đó mới tiến tới tích hợp thành hệ thống.

Đó cũng là giá trị mà chuyên mục Nghiên cứu - Ứng dụng cần theo đuổi. Một công trình đáng chú ý không chỉ ở độ mới của vật liệu, mà ở việc nhà khoa học xác định được vấn đề thực tế, tạo ra kết quả có thể đo kiểm và chỉ rõ bước tiếp theo để tri thức đi xa hơn phòng thí nghiệm.

Với TS Nguyễn Thị Thanh Hương và cộng sự, bước hiện tại là một nền tảng cảm biến nano có độ nhạy cao đối với diclofenac. Con đường phía trước còn cần được tiếp tục kiểm chứng và hoàn thiện, nhưng nền tảng ấy đã cho thấy cách một nữ trí thức Việt Nam kết nối chuyên môn vật liệu với hóa phân tích và bài toán môi trường bằng một kết quả khoa học cụ thể.

Nguồn box: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, hồ sơ nhiệm vụ QTCZ 01.02/22-23; Vietnam Journal of Science and Technology, Vol. 62 No. 5 (2024), DOI 10.15625/2525-2518/20157.