Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano vàng dị hướng: Tiếp cận mới cho cảm biến so màu dựa trên hiệu ứng quang học

Đây là nhiệm vụ thuộc Chương trình nghiên cứu phát triển, ứng dụng công nghệ công nghiệp trong lĩnh vực công nghệ chế tạo vật liệu nano. Kết quả nghiên cứu không chỉ làm chủ công nghệ chế tạo vật liệu tiên tiến mà còn mở ra hướng ứng dụng thực tiễn trong phân tích sinh hóa nhanh.

Theo nhóm nghiên cứu, vật liệu nano vàng (AuNPs), đặc biệt ở dạng dị hướng như nano que và nano tam giác, sở hữu hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ (LSPR) mạnh mẽ, cho phép điều chỉnh linh hoạt khả năng hấp thụ và tán xạ ánh sáng theo hình dạng và kích thước hạt. Điều này tạo tiền đề cho việc phát triển các hệ cảm biến quang học có độ nhạy cao, có thể nhận biết sự thay đổi của môi trường thông qua biến đổi màu sắc.

ThS. Nguyễn Thị Hồng Thắm, đại diện nhóm nghiên cứu, báo cáo kết quả thực hiện nhiệm vụ tại Sở KH&CN TP.HCM ngày 25/3/2026  

Tuy nhiên, các hạt nano vàng hình cầu truyền thống thường có giới hạn về độ nhạy. Để giải quyết vấn đề này, nhiệm vụ tập trung vào các cấu trúc dị hướng như dạng que (AuNRs) và dạng tam giác (AuNPrs) - những vật liệu có khả năng thay đổi màu sắc rõ rệt khi cấu trúc bị biến đổi bởi tác nhân môi trường. Mục tiêu chính của nhiệm vụ là tổng hợp vật liệu nano vàng dị hướng với độ đồng nhất cao; khảo sát mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất quang học; ứng dụng vật liệu để phát triển hệ cảm biến so màu có khả năng nhận biết nhanh các tác nhân sinh học như glucose.

Nhóm đã sử dụng phương pháp tổng hợp không mầm kết hợp với xử lý vi sóng để tổng hợp vật liệu nano vàng dị hướng dạng que (AuNRs) và dạng tam giác (AuNPrs), đồng thời tối ưu hóa các điều kiện phản ứng nhằm kiểm soát hình thái và kích thước hạt. Song song đó, các đặc trưng quang học của vật liệu được khảo sát thông qua phổ hấp thụ UV-Vis, đánh giá sự dịch chuyển đỉnh cộng hưởng plasmon theo các điều kiện môi trường và quá trình tương tác hóa học.

Kết quả đã tổng hợp thành công vật liệu nano vàng dị hướng dạng tam giác (AuNPrs) với độ đồng đều hình thái khoảng 91%, đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt (LSPR) tại 681 nm; và dạng que (AuNRs) với độ đồng đều khoảng 96%, LSPR dọc tại 723 nm. Các mẫu vật liệu đạt độ ổn định cao, cho phép kiểm soát tốt kích thước và hình thái của hạt, đáp ứng yêu cầu cho ứng dụng cảm biến so màu plasmonic.

Sản phẩm của nhiệm vụ: dung dịch nano vàng dị hướng

Kết quả nghiên cứu cũng làm rõ cơ chế "ăn mòn" hóa học của vật liệu trong môi trường có tác nhân sinh học (glucose). Khi tương tác, các góc nhọn của hạt nano tam giác hoặc đầu mút của hạt nano que bị bào mòn dần, làm thay đổi cấu trúc quang học và dẫn đến sự chuyển đổi màu sắc từ xanh sang đỏ nâu hoặc hồng.

Đề tài cũng xây dựng được quy trình tổng hợp vật liệu nano vàng dị hướng (que và tam giác) bằng phương pháp không mầm, có độ ổn định và hiệu suất cao, phù hợp cho các ứng dụng cảm biến quang. Đồng thời xây dựng bộ dữ liệu so màu thực nghiệm bao gồm phổ UV-Vis, hình ảnh quang học và dữ liệu tương ứng với nồng độ glucose. Bộ dữ liệu này là cơ sở quan trọng cho việc huấn luyện và kiểm thử mô hình nhận dạng màu tự động, hướng tới phát triển thiết bị cảm biến so màu di động phục vụ phân tích nhanh trong y sinh, thực phẩm và môi trường.

Hội đồng nghiệm thu đánh giá cao những đóng góp mới của nhiệm vụ trong việc làm chủ quy trình tổng hợp - phân tách - ứng dụng vật liệu nano vàng dị hướng tại Việt Nam, với trình độ tiệm cận các nghiên cứu tiên tiến trong khu vực. Quy trình góp phần mở rộng hướng tiếp cận trong tổng hợp vật liệu nano vàng tại Việt Nam, đặc biệt đối với các hình dạng dị hướng có tính chất plasmon đặc thù. Việc chứng minh khả năng nhận biết glucose thông qua biến đổi màu sắc của vật liệu nano vàng đã khẳng định tiềm năng ứng dụng của công nghệ trong phát triển các bộ kit thử nhanh, không cần thiết bị phân tích phức tạp.

Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp thêm dữ liệu khoa học về quá trình ăn mòn của cấu trúc nano vàng dưới tác động của glucose, hỗ trợ cộng đồng nghiên cứu trong nước nâng cao năng lực về vật liệu nano và cảm biến plasmon. Đồng thời mở ra hướng phát triển các hệ cảm biến so màu có chi phí thấp, dễ sử dụng, phù hợp triển khai trong các lĩnh vực như y sinh, an toàn thực phẩm và giám sát môi trường. Bộ dữ liệu so màu là cơ sở dữ liệu nền tảng để phát triển các ứng dụng trên thiết bị di động, tích hợp các công nghệ phân tích thông minh, hướng tới phát triển các giải pháp cảm biến số hóa trong tương lai.

Lam Vân (CISAST)