Nhu cầu từ thực tiễn
Là một chất hữu cơ quan trọng có trong hầu hết các sinh vật, glucose ảnh hưởng rất nhiều đến các chức năng của các bộ phận trong cơ thể sinh vật. Đặc biệt trong y sinh học, lượng đường trong máu phản ánh nhiều khía cạnh của tình trạng sức khỏe. Việc phát hiện nhanh chóng và chính xác những thay đổi của nồng độ glucose cho phép chẩn đoán và điều trị bệnh dễ dàng hơn. Bệnh tiểu đường là một ví dụ điển hình mang đến nhiều biến chứng và hậu quả nghiêm trọng đến sức khỏe nếu không được phát hiện sớm.
Nguyên nhân chính dẫn đến căn bệnh nay là do sự rối loạn trong việc chuyển hóa lượng glucose trong cơ thể dẫn đến hàm lượng chất này không được kiểm soát ở mức phù hợp. Hiện tại, có rất nhiều thiết bị cho phép kiểm tra nhanh lượng glucose trong máu. Tuy nhiên, các thiết bị này có một khuyết điểm lớn là chỉ có thể cho biết lượng glucose trong thời điểm nhất định mà không cho phép quan sát mức độ chuyển hóa đường trong cơ thể.
Trong khi đó, thực tế cho thấy, việc xác định bệnh đái tháo đường thường dựa vào mức độ khả năng chuyển hóa đường của cơ thể. Do đó, để xác định chính xác, thì cần sử dụng đến các hệ thống sinh hóa cồng kệnh, phức tạp với chi phí cao. Đồng thời, để điều trị căn bệnh này thì việc theo dõi sự thay đổi glucose là một điều vô cùng cần thiết.
Xuất phát từ thực tiễn trên, nhóm các nhà khoa học của ĐH Quốc gia TP. HCM do TS. Trần Như Hoa dẫn đầu đã nghiên cứu và phát triển hệ thống chip cảm biến cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ chế độ truyền (LSPR) trên nền các hạt nano bạc để xác định nồng độ glucose cho các bệnh nhân đái tháo đường. "Chúng tôi đã phát triển bộ cảm biến sinh học không nhãn sử dụng nền vật liệu nano Bạc (Ag) để ước tính nồng độ của dung dịch glycerol" - TS. Hoa cho hay.
Cảm biến siêu nhạy dựa trên nền vật liệu nano bạc ứng dụng phát hiện nồng độ glucose (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Tiềm năng ứng dụng lớn
Chia sẻ về tính năng cơ bản của sản phẩm, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, độ nhạy của cảm biến ban đầu được xác định là 4 μM. Đồng thời, hệ thống cảm biến sử dụng hệ vật liệu đơn giản với hệ thống quang học có kích thước nhỏ gọn, độ phản hồi nhanh có tiềm năng thay thế các hệ thống kiểm tra hiện nay và các kit test nhanh.
Đáng chú ý, hệ thống cảm biến quang học sợi quang kết hợp với các hạt nano bạc với kích thước 90 nm cho phép theo dõi nồng độ glucose một cách liên tục trong thời gian thực thông qua sự thay đổi chiết suất của dung dịch. Theo đó, các hạt nano bạc được phủ trên lõi sợi quang (1 cm) tạo ra một đơn lớp đồng nhất với mật độ cao. Sau đó, nồng độ glucose từ thấp đến cao được đưa qua kênh dẫn vi lỏng đến chỗ cảm biến và tín hiệu sẽ đực ghi nhận.
Đại diện nhóm nghiên cứu giải thích, việc sử dụng sợi quang đa chế độ trong cảm biến quang học giúp tăng độ nhạy và độ chính xác của cảm biến quan học đã được chứng minh. Ngoài ra, các hạt nano bạc (Ag) có độ ổn định cao về hình dạng và kích thước đã được tổng hợp thành công bằng một phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả cao sử dụng chất khử ethylene glycol để khử ion Ag+ trong bạc nitrat ở nhiệt độ cao với sự có mặt của chất ổn định polyvinylpyrrolidone (PVP).
Với kích thước nhỏ gọn, cơ chế đơn giản, độ nhạy và độ chính xác cao, hệ thống cảm biếngiúp phát hiện nồng độ glucose trong máu do các nhà khoa học ĐH Quốc gia TP. HCM chế tạo mở ra tiềm năng ứng dụng lớn thay thế các hệ thống sinh hóa máu đang được sử dụng hiện tại. Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu thực hiện thêm trên nền các vật liệu nano kim loại khác kết hợp với các hệ vật liệu khác (vật liệu khung cơ kim MOF, vật liệu oxit kim loại, vật liệu đa lớp nano kim loại,…) để tăng tính tăn cường cộng hưởng plasmon cho cảm biến. "Hệ thống đầu tiên tại Việt Nam này hứa hẹn sẽ là một thiết bị chuyên dụng trong theo dõi nồng độ đường và là thiết bị thay thế tuyệt vời cho các hệ thống sinh hóa phức tạp đang được sử dụng hiện nay trên nền vật liệu phổ biến nano bạc" - đại diện nhóm nghiên cứu khẳng định.
Bích Phương
