Đề tài “Phát triển cảm biến điện hóa trên cơ sở vật liệu lai của graphene định hướng ứng dụng trong phân tích vết dược phẩm gây ô nhiễm môi trường nước” của nhóm nghiên cứu Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội do TS. Vũ Thị Thu làm chủ nhiệm đã được Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam xếp loại A.

Phân tích thành phần tá dược có vai trò quan trọng trong kiểm định chất lượng thuốc, tránh trường hợp một số nhà sản xuất có sử dụng bổ sung các hoạt chất không có hoặc quá mức theo qui định, đặc biệt đối với các sản phẩm không rõ nguồn gốc. Phân tích lượng dược chất trong dịch cơ thể (máu, nước tiểu) giúp tìm hiểu về quá trình chuyển hóa của thuốc và đánh giá tác động của thuốc cũng như nguy cơ xuất hiện các phản ứng phụ. Đặc biệt với các thuốc độ phân giải hẹp, yêu cầu cao về định lượng thuốc, việc căn chỉnh lượng thuốc đưa vào cơ thể cũng như xác định lượng thuốc còn trong máu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho bệnh nhân, nhất là với trẻ em.

Với các thuốc được sử dụng phổ biến trên diện rộng như thuốc giảm đau, kháng sinh, kháng viêm, khả năng xuất hiện vết lớn của các sản phẩm này trong môi trường nước đã được phát hiện gần đây; gây ảnh hưởng tiêu cực tới cân bằng hệ sinh thái môi trường nước và nguy hại tới các sinh vật thủy sinh. Một vấn đề khác cũng đáng quan tâm là việc sử dụng các thành phần phụ gây kích ứng (ví dụ như gluten) ở hàm lượng cao có thể sẽ gây những hệ quả nghiêm trọng với một nhóm đối tượng bệnh nhân không nhỏ. Chính vì thế, các nhóm đối tượng chất phân tích được lựa chọn trong nghiên cứu này là nhóm hoạt chất được sử dụng phổ biến: thuốc giảm đau (paracetamol, ibuprofen), kháng viêm (diclofenac), kháng sinh (amoxicillin, sulfamethoxazole).

Về cơ bản, cảm biến được thiết kế với một lớp vật liệu có độ dẫn tốt, tốc độ dịch chuyển điện tử cao và diện tích bề mặt hoạt động lớn nhằm tăng cường tín hiệu điện hóa ghi nhận được từ các phản ứng oxi hóa hay khử của dược chất. Các vật liệu thường được sử dụng gồm có hạt nano kim loại, oxide, polymer dẫn, khung cơ kim (MOFs) hay nano các bon (graphene, ống nano các bon).

Một số vật liệu cảm biến điện hóa

Qua quá trình nghiên cứu, nhóm đã thiết kế và chế tạo thành công một số màng vật liệu phù hợp phát triển cảm biến điện hóa ứng dụng trong phân tích các hoạt chất quan trọng thường dùng trong dược phẩm như paracetamol, metroxate, gliadin. Phương pháp chủ yếu ứng dụng chế tạo vật liệu được phát triển trên cở sở các kĩ thuật điện hóa, đặc biệt là quét thế vòng.

Cảm biến đã chế tạo có kích thước nhỏ gọn (1*2cm) phù hợp phân tích hàm lượng hoạt chất trong dịch người (máu, nước tiểu), phân tích thành phần thuốc thành phẩm. Với các mẫu phân tích môi trường nước, cần có những thay đổi phù hợp trong cấu tạo của cảm biến cũng như phương thức xử lí mẫu để đạt hiệu quả phân tích tốt hơn.

Hình ảnh của cảm biến đã chế tạo

Đề tài đã phát triển mới các quy trình lắng đọng điện hóa ứng dụng trong chế tạo một số màng vật liệu quan trọng ứng dụng trong cảm biến điện hóa như: AuNPs/rGO-PEDOT:PSS, rGO-CNT, rGO/MIP, Cu-BTC. Trong đó các qui trình lắng đọng vật liệu nano các bon và kim loại hay hình thành màng MIP có sự kế thừa từ các nghiên cứu trước đây của nhóm. Đây là lần đầu tiên nhóm nghiên cứu tiếp cận sử dụng lắng đọng điện hóa tạo màng có cấu trúc khung cơ kim như Cu-BTC. Những màng vật liệu chuẩn bị bằng lắng đọng điện hóa đạt độ đồng nhất và bền cao, đồng thời có sự cải thiện đáng kể về tín hiệu điện hóa ghi nhận trên các màng này. Sự thành công trong nghiên cứu này mở ra cơ hội cho chúng tôi tiếp tục các nghiên cứu với các cấu trúc phức tạp khác có nhiều hứa hẹn ứng dụng trong cảm biến điện hóa.

Đề tài đã thành công trong việc phát triển cảm biến đối với không chỉ hoạt chất có tính redox tốt như paracetamol, hay khó bị oxi hóa như metroxate, và không có tính redox như gliadin. Sự linh hoạt trong thiết kế cấu hình cảm biến để phù hợp với đối tượng đo là vô cùng cần thiết. Định hướng của nhóm nghiên cứu là phát triển các cảm biến hỗ trợ theo dõi hiệu quả quá trình điều trị bệnh nhân ung thư và các cảm biến theo dõi hiệu quả quá trình điều trị sử dụng các thuốc dải hẹp ở đối tượng bệnh nhân yếu thế.