Tên đề tài luận án: Nghiên cứu chế tạo hệ thống tích hợp cảm biến từ tổng trở và kênh dẫn vi lưu định hướng ứng dụng trong lĩnh vực y-sinh.

1. Họ và tên nghiên cứu sinh: Hồ Anh Tâm                                       2. Giới tính: Nam

3. Ngày sinh: 01/06/1987                                                                     4. Nơi sinh: Quảng Bình

5. Quyết định công nhận nghiên cứu sinh số: 778/QĐ-CTSV ngày 21/8/2017 của Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.

6. Các thay đổi trong quá trình đào tạo:

Gia hạn học tập 02 năm (24 tháng) theo Quyết định số 561/QĐ-ĐT ngày 28/8/2020 của Hiệu trưởng Trường ĐH Công nghệ.

Trả về cơ quan/địa phương theo Quyết định số 1179/QĐ-ĐT ngày 29/11/2022 của Hiệu trưởng Trường ĐH Công nghệ.

7. Tên đề tài luận án: Nghiên cứu chế tạo hệ thống tích hợp cảm biến từ tổng trở và kênh dẫn vi lưu định hướng ứng dụng trong lĩnh vực y-sinh.

8. Ngành đào tạo: Vật liệu và linh kiện nano                                9. Mã số: 9440126.01QTD

10. Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Hướng dẫn chính:     PGS.TS. Đỗ Thị Hương Giang

Hướng dẫn phụ:        GS.TS. CheolGi Kim

Thông tin luận án Tiến sỹ của NCS Hồ Anh Tâm (tiếng Anh)

11. Tóm tắt các kết quả mới của luận án:

Luận án tập trung nghiên cứu và chế tạo cảm biến từ tổng trở (MI) phẳng độ nhạy cao, kích thước micro và nano, hoạt động trong dải tần số thấp và từ trường dải rộng, nhằm tích hợp với hệ thống kênh dẫn vi lưu để phát hiện hạt nano từ tính trong ứng dụng y-sinh.

Đối tượng nghiên cứu của Luận án là vật liệu từ băng từ mềm Fe_90.88Si_4.13C_4.99 chiều dày 20 µm thương mại được tạo hình bằng phương pháp ăn mòn hóa ướt với sự trợ giúp của công nghệ khắc laser; Vật liệu PDMS và PMMA dùng trong chế tạo kênh vi lưu; Và các hạt nano từ Fe₃O₄ chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa có sử dụng chất hoạt hóa PVP được dùng để thử nghiệm hệ thống tích hợp.

Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong Luận án:

• Chế tạo cảm biến MI: Sử dụng băng từ mềm Fe​Si​C​ dày 20 µm kết hợp với công nghệ vi gia công laser để tạo các cấu trúc cảm biến micro/nano có hình dạng dây thẳng, meander và xoắn ốc hình đa giác​.
• Tối ưu hóa vật liệu bằng xử lý nhiệt laser: Điều chỉnh công suất laser để tạo cấu trúc nano tinh thể với kích thước hạt có thể kiểm soát, nhằm tăng hiệu ứng từ tổng trở.
• Mô phỏng và đo đạc: Sử dụng phần mềm mô phỏng Mumax3 và OOMMF để phân tích cấu trúc vi từ, kết hợp với các phép đo thực nghiệm đánh giá hiệu ứng từ tổng trở và khả năng phát hiện hạt từ tính​.
• Tích hợp cảm biến với hệ thống vi lưu: Sử dụng công nghệ khắc laser và ăn mòn ướt để chế tạo kênh dẫn vi lưu PDMS, sau đó thử nghiệm đo đạc dung dịch hạt từ Fe₃​O₄.

Các kết quả chính và đóng góp mới của Luận án:

• Chế tạo cảm biến tối ưu: Cảm biến MI xoắn ốc hình tròn (CSR60) với độ rộng cạnh W = 60 µm đạt hiệu ứng từ tổng trở ~120%, độ nhạy 0.85 %/Oe, tần số cộng hưởng thấp nhất f_r = 750 MHz, từ trường kích thích ~ 50 Oe, độ phân giải ở ngưỡng 10^-3 Oe và hoàn toàn đẳng hướng với từ trường đo.
• Nâng cao hiệu ứng MI nhờ xử lý nhiệt laser: Với công suất laser khoảng 2%, hiệu ứng từ tổng trở tăng 2.5 lần, đạt 250%, đồng thời cải thiện tính chất từ mềm​.
• Mô phỏng quá trình từ hóa: Luận án đã mô phỏng cấu trúc vi từ, bức tranh đô-men và sự hình thành vách đô-men, giúp giải thích cơ chế hiệu ứng từ tổng trở một cách khoa học.
• Hệ thống vi lưu tích hợp thành công: Hệ thống có độ phân giải từ trường đạt 10⁻³ Oe, độ nhạy 0.82 Ω/µemu, và sai số đo hạt từ tính ±1 µemu.
• Ứng dụng trong chẩn đoán y sinh: Cảm biến được thử nghiệm trong đo nhịp thở, cho phép phân tích phổ nhịp thở với độ chính xác cao, hỗ trợ theo dõi sức khỏe hô hấp​.

Về ý nghĩa khao học và thực tiễn, Luận án đã góp phần phát triển công nghệ cảm biến MI, nghiên cứu cơ bản về vi từ và hiệu ứng từ tổng trở trong cấu trúc micro/nano. Về ứng dụng thực tiễn, các thử nghiệm trong Luận án có định hướng ứng dụng trong y-sinh, giúp phát hiện hạt từ tính trong chẩn đoán bệnh và theo dõi sức khỏe không xâm lấn. Về mặt công nghệ, Luận án phát triển phương pháp chế tạo cảm biến và vi kênh ngoài phòng sạch, tiết kiệm chi phí và thời gian, mở đường cho thương mại hóa​.

Các kết quả đạt được ở trên của đã giải quyết được các mục tiêu nghiên cứu của luận án. Đặc biệt việc tích hợp thành công kênh vi lưu và cảm biến từ để đo đạc thử nghiệm với các hạt nano từ có ý nghĩa lớn trong việc ứng dụng lab-on-chip. Việc xây dựng các phương pháp thực nghiệm chế tạo phi phòng sạch dựa trên công nghệ laser cũng có ý nghĩa rất lớn trong việc mở rộng khả năng nghiên cứu của các lĩnh vực liên quan.

12. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn:

Với độ nhạy và độ phân giải cao, cảm biến xoắn ốc hình tròn đã được thử nghiệm đo và phân tích phổ nhịp thở cho nhiều thông tin giá trị về trạng thái bệnh lý liên quan đến hô hấp giúp theo dõi quá trình điều trị cũng như hiệu quả đáp ứng thuốc.

13. Những hướng nghiên cứu tiếp theo:

Tối ưu hơn nữa các công nghệ chế tạo sử dụng trong Luận án để đạt được chất lượng và độ lặp lại cao hơn.

Nghiên cứu thử nghiệm các cấu hình cảm biến và vật liệu khác nhau để đạt được cảm biến có thông số tối ưu nhất cho các ứng dụng y sinh.

14. Các công trình đã công bố có liên quan đến luận án:

“Fabrication of microchannels by using the CO2 laser Galvo marking machine and thermo-mechanical sealing method”; VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 35, No. 2 (2019) 112-120.

“Nghiên cứu chế tạo vi kênh ứng dụng trong y-sinh sử dụng công nghệ Laser”, Hội nghị Vật lý Chất rắn và Khoa học Vật liệu Toàn quốc lần thứ 12, SPMS 2021, NXB Bách Khoa Hà Nội, quyển 1 trang 88-92.

“Tuning rotational magnetization for high frequency magnetoimpedance in micro-patterned triangle spiral magnetic systems”; Journal of Science: Advanced Materials and Devices (2022/12/1), Volume 7, Issue 4, Pages 100514, Publisher Elsevier (ISI Q1, IF = 6.7).

Bằng độc quyền Giải pháp hữu ích: “Quy trình chế tạo mặt nạ kim loại sử dụng máy khắc Laze Fiber thương mại, ứng dụng trong kỹ thuật phún xạ để chế tạo các chi tiết có kích thước cỡ mili-mét.” số 3105 theo QĐ số 1023w/QĐ-SHTT, ngày 15/2/2023.

“Design and manufacturing of thin film planar coil-based magneto-impedance sensors”, The 4^th International Workshop on Advanced Materials and Devices_ IWAMD 2023, EMD-P26, page 157.

“Planar omnidirectional magnetoimpedancebased sensors with micro-spiral patterns”; IEEE Sensors Journal, vol. 24, no. 24, pp. 40603-40613, 15 Dec.15, 2024. Publisher: IEEE (ISI Q1, IF = 4.3). DOI: 10.1109/JSEN.2024.3486315.