Ứng dụng Quang phổ Raman dùng để phát hiện virus

Quang phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS) mở rộng thêm các ứng dụng của quang phổ Raman bao gồm phân tích dấu vết của vật liệu như dư lượng chất nổ, phân tích các bằng chứng tại hiện trường vụ án, các tác nhân hóa học và thuốc trừ sâu. Là một loại kỹ thuật không dán nhãn, SERS cũng rất phù hợp để dùng trong cảm biến sinh học, từ phân tích lượng đường trong máu đến chẩn đoán các bệnh như ung thư, Alzheimer và Parkinson.

​

Một biến thể mới của SERS, được phát triển bởi một nhóm nghiên cứu tại Đại học Bang Jackson ở Mississippi, Hoa Kỳ, sử dụng một đầu dò lai gồm graphene oxit gắn với các hạt nano vàng hình bỏng ngô để phát hiện các đặc điểm DNA của HIV cực kỳ nhạy.

​

SERS hấp phụ chất phân tích vào chất nền kim loại, cho phép phát hiện hàm lượng chất phân tích cực thấp bằng quang phổ Raman. Các plasmon bề mặt cục bộ được tạo ra bởi hiệu ứng cộng hưởng điện từ giữa chất nền và tia laser kích thích Raman, đồng thời tương tác với chất phân tích để tăng cường phát xạ Raman lên tới 1010 lần.

​

SERS có thể được thực hiện trên một chất nền hoặc sử dụng các chất keo lơ lửng trong dung dịch. Trong khi các kim loại như vàng, bạc và đồng là những vật liệu được sử dụng nhiều nhất cho SERS, thì những lựa chọn mới như graphene, chất bán dẫn và chấm lượng tử cũng đang dần được khám phá thêm. Graphene oxit, một phiên bản được xử lý hóa học của graphene, có một số đặc tính khiến nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng sinh học.

​

Không giống như hầu hết các chất nền SERS, tín hiệu Raman tăng cường quan sát được với chất nền graphene oxit được cho là do tác dụng hóa học. Bằng cách kết hợp graphene oxit và các hạt nano vàng truyền thống hơn vào một đầu dò SRS lai, nhóm nghiên cứu của Đại học Bang Jackson khai thác cả hiệu ứng tăng cường hóa học và điện từ để nhắm mục tiêu vào hai mầm bệnh đặc biệt nguy hiểm: vi rút gây suy giảm miễn dịch ở người (HIV) và vi khuẩn aphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA).

​

Mặc dù các kỹ thuật như phản ứng chuỗi polymerase, hay PCR, là tiêu chuẩn vàng để phát hiện vi-rút, nhưng người ta đã chứng minh rằng các vi-rút như coronavirus MERS-CoV cũng có thể được phát hiện bằng kỹ thuật quang phổ Raman và SERS. Khi thử nghiệm trong các tình huống dịch bệnh hàng loạt, chi phí liên quan đến hệ thống dựa trên Raman sẽ dễ tiếp cận hơn so với phương pháp xét nghiệm PCR thông thường.