TS. Tôn Nữ Quỳnh Trang trình bày kết quả nghiên cứu đế SERS bạc – titanium dioxide tại buổi nghiệm thu tháng 1/2026. Đây là nền vật liệu khác với cảm biến cotton Ag@MoS₂ trong bài báo mới. Ảnh: HCMUS.

Trong phòng thí nghiệm, một giọt dung dịch có thể được đặt ngay ngắn trên một đế cảm biến phẳng. Bề mặt thực phẩm lại không thuận tiện như vậy. Vỏ tôm cong, ẩm và gồ ghề, khiến việc lấy mẫu trực tiếp trở thành một phần khó của phép phân tích.

Từ trở ngại tưởng như rất nhỏ này, TS. Tôn Nữ Quỳnh Trang, giảng viên Bộ môn Vật lý ứng dụng, Khoa Vật lý – Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP.HCM, cùng các cộng sự phát triển một cảm biến mềm từ vải cotton.

Vải được phủ các tấm nano molybdenum disulfide, ký hiệu MoS₂, và hạt nano bạc. Cấu trúc Ag@MoS₂/CFs thu nhận dấu vết hóa chất khi lau trên bề mặt cong, sau đó khuếch đại tín hiệu để phân tích bằng quang phổ Raman tăng cường bề mặt, thường được gọi là SERS.

Nghiên cứu đã có bản trực tuyến trên tạp chí Sensors and Actuators A: Physical, tập 409, bài 118147. Theo phần phân công đóng góp của bài báo, TS. Tôn Nữ Quỳnh Trang đứng tên đầu, phụ trách bản thảo gốc, phương pháp và thực nghiệm. ScienceDirect

Khó nhất không chỉ là nồng độ thấp

Crystal violet là một chất màu tổng hợp có khả năng kháng nấm. Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ cho biết chất này dễ được hấp thụ, có tính gây đột biến và không được phê duyệt để sử dụng trong nuôi trồng thủy sản tại Hoa Kỳ. Khi vào cơ thể động vật, crystal violet còn có thể chuyển hóa thành leucocrystal violet và tồn lưu trong mô. FDA

Phát hiện một lượng nhỏ hóa chất trên thực phẩm thường đòi hỏi lấy mẫu, xử lý mẫu rồi đưa vào thiết bị phân tích. Nếu cảm biến chỉ hoạt động tốt trên mặt phẳng hoặc trong dung dịch chuẩn, khoảng cách từ phòng thí nghiệm đến mẫu thực tế vẫn còn khá xa.

TS. Tôn Nữ Quỳnh Trang, giảng viên Bộ môn Vật lý ứng dụng, Khoa Vật lý – Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP.HCM. Ảnh: Nhà trường.

Vải cotton đem lại một cách tiếp cận khác. Vật liệu mềm có thể áp sát hoặc lau qua bề mặt cong của con tôm. Các sợi vải vừa giữ mẫu, vừa làm giá đỡ cho lớp vật liệu nano.

Sau bước lấy mẫu, miếng vải được chiếu laser để ghi phổ Raman. Mỗi phân tử tạo ra một dạng tín hiệu dao động đặc trưng, gần giống “dấu vân tay” hóa học. Tuy nhiên, tín hiệu Raman tự nhiên thường rất yếu.

Các hạt nano bạc trên vải tạo ra những vùng điện từ cường độ cao, thường được gọi là “điểm nóng”, giúp tín hiệu của phân tử gần bề mặt tăng lên rõ rệt. Lớp MoS₂ hai chiều cung cấp thêm diện tích tiếp xúc và hỗ trợ tương tác giữa chất cần phát hiện với nền cảm biến.

Hai ngưỡng phát hiện không được đánh đồng

Trong điều kiện dung dịch kiểm soát, nhóm nghiên cứu ghi nhận cảm biến phát hiện crystal violet và methylene blue ở nồng độ xuống tới 10⁻¹¹ mol/lít. Hệ số tăng cường tín hiệu được báo cáo ở mức 6,4 × 10⁸.

Con số này thể hiện mức khuếch đại tín hiệu Raman trong điều kiện thí nghiệm. Nó không có nghĩa cảm biến “chính xác hơn 640 triệu lần” và cũng chưa phản ánh đầy đủ khả năng làm việc trên thực phẩm thật.

Khi thử nghiệm trên bề mặt tôm, crystal violet được nhận biết ở mức 10⁻⁶ mol/lít. Ngưỡng này cao hơn 100.000 lần so với ngưỡng đạt được trong dung dịch kiểm soát.

Khoảng cách giữa hai con số không làm mất giá trị của nghiên cứu. Ngược lại, nó cho thấy tác động của nền mẫu thực: bề mặt không đồng nhất, độ ẩm, protein, muối và các hợp chất khác đều có thể ảnh hưởng đến quá trình lấy mẫu và tín hiệu quang phổ.

Cảm biến còn được thử qua các chu kỳ phát hiện – phân hủy chất màu. Nhóm tác giả báo cáo khả năng phục hồi tín hiệu trên 90% sau nhiều chu kỳ. Kết quả gợi mở khả năng tái sử dụng nền vải, nhưng không nên hiểu thành tỷ lệ thu hồi trên 90% hóa chất từ những mẫu tôm bán ngoài thị trường.

Tại Việt Nam, nhiều nhóm nghiên cứu cũng đang tìm cách đưa phép phân tích hóa học tới gần mẫu thực tế hơn. Phụ Nữ Mới từng giới thiệu cảm biến sinh học theo dõi độc tính Cr(VI) trong nước và cảm biến điện hóa phân tích thành phần dược phẩm. Điểm riêng trong nghiên cứu của TS Tôn Nữ Quỳnh Trang là sử dụng chính nền vải mềm để lấy mẫu trên bề mặt cong.

Từ đế cứng tới vật liệu có thể lau

Cảm biến vải cotton không phải hướng nghiên cứu xuất hiện đột ngột. Luận án tiến sĩ của TS. Tôn Nữ Quỳnh Trang tập trung vào vật liệu tổ hợp nano kim loại – bán dẫn, hướng tới xử lý ô nhiễm và phát hiện các hợp chất hữu cơ bằng SERS. Luận án được trao Giải thưởng Lê Văn Thới dành cho luận án tiến sĩ xuất sắc năm 2025. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Tháng 1/2026, một đề tài khác do chị chủ nhiệm được Đại học Quốc gia TP.HCM nghiệm thu loại xuất sắc. Đề tài sử dụng cấu trúc bạc – titanium dioxide để phát hiện crystal violet và chloramphenicol, đồng thời phân hủy chất màu dưới tia cực tím. HCMUS

Đây là một nền vật liệu cứng, khác với cảm biến cotton Ag@MoS₂ trong bài báo mới. Sự chuyển dịch đáng chú ý nằm ở cách đặt bài toán: không chỉ tăng tín hiệu hoặc hạ ngưỡng phát hiện, mà còn làm cho nền cảm biến phù hợp hơn với hình dạng của mẫu.

Vải cotton rẻ, nhẹ và dễ biến đổi bề mặt. Nếu quy trình chế tạo ổn định, loại vật liệu này có thể giảm bớt thao tác lấy mẫu và chuyển mẫu. Tuy nhiên, miếng vải chỉ là một phần của hệ thống; việc đọc kết quả vẫn cần thiết bị Raman, nguồn laser, phần mềm xử lý và quy trình hiệu chuẩn.

Khoảng cách trước một bộ kiểm nghiệm thực địa

Kết quả trên bề mặt tôm là bằng chứng nguyên lý đáng chú ý, nhưng chưa đủ để xem cảm biến như một bộ kiểm nghiệm đã sẵn sàng sử dụng tại chợ, cơ sở nuôi hoặc nhà máy chế biến.

Một quy trình thực địa còn cần được thử trên số lượng mẫu lớn, nhiều loại thủy sản và nhiều điều kiện bảo quản. Nhóm phát triển cũng phải đánh giá những chất có thể gây nhiễu, độ đồng đều giữa các lô vải, độ lặp lại giữa người thao tác, thời gian bảo quản và số chu kỳ tái sử dụng thực tế.

Quan trọng hơn, kết quả SERS cần được đối chiếu mù với phương pháp tham chiếu như sắc ký lỏng ghép khối phổ. Phép đối chiếu này mới cho phép xác định độ nhạy, độ đặc hiệu, tỷ lệ dương tính giả và giới hạn định lượng phù hợp với yêu cầu kiểm soát thực phẩm.

Vì vậy, đóng góp hiện tại của nhóm TS. Tôn Nữ Quỳnh Trang không nên được rút gọn thành tuyên bố “một miếng vải phát hiện chất độc”. Giá trị khoa học nằm ở việc đưa nền cảm biến có độ nhạy cao tới gần hơn với hình dạng và cách lấy mẫu ngoài đời thực.

Miếng vải có thể uốn cong là một thay đổi nhỏ về hình thức. Nhưng trong con đường từ một tín hiệu đẹp trong phòng thí nghiệm tới một phép đo đáng tin cậy trên thực phẩm, chính những thay đổi nhỏ như vậy có thể quyết định công nghệ có bước ra khỏi mặt bàn phẳng hay không.