Details

Currently, blood testing is one of the methods for detecting disease by observing the main components of the blood, including: Red blood cells (7 microns), white blood cells (13 microns), platelets and plasma can be identified by their unusual shape or the number of each type of blood cell increasing. Separating plasma and blood cells is very important in blood testing. The most common way to separate blood is by centrifugation, which takes a long time to separate and uses a large volume of blood sample. In this research, we were interested in separating particles of different sizes to apply to separating white blood cells from red blood cells in a microfluidic system. Deterministic lateral displacement (DLD) is a technique that uses an array of tilted columns that create a unique fluid flow direction between spaces. The design considers the particle Dcutoff, which depends on parameters including Lateral and Downstream pillar gap (GL, GD), Row shift fraction (θ), and Pillar diameter (D0). And fabricate a microfluidic system using the photolithography and soft lithography.

Objective

ปัจจุบันการตรวจหาโรคและการวินิจฉัยมีความสำคัญมากต่อการรักษาสุขภาพและป้องกันการเจ็บป่วย การตรวจเลือดเป็นหนึ่งในวิธีการตรวจหาโรคจากการสังเกตองค์ประกอบหลักของเลือดซึ่งสามารถนำมาวินิจฉัยเพื่อบอกได้ถึงสุขภาพของบุคคลนั้นๆได้
เลือดมีลักษณะเป็นสารแขวนลอยซึ่งประกอบไปด้วย 45% เป็นส่วนของเม็ดเลือด โดยเม็ดเลือดจะแบ่งออกเป็นเม็ดเลือดแดงที่มีรูปร่างคลายโดนัทขนาดประมาณ 7 ไมครอนและเม็ดเลือดขาวที่ไม่มีสีขนาดประมาณ 13 ไมครอน และอีก 55% เป็นส่วนของของเหลวที่เรียกว่า พลาสมา การตรวจเลือดจำเพื่อวินิจฉัยโรคจำเป็นต้องทำการสังเกตส่วนที่เป็นเม็ดเลือด โดยสามารถบอกได้จากรูปร่างที่ผิดปกติไป หรือจำนวนของเม็ดเลือดแต่ละชนิดที่เพิ่มมากขึ้น การแยกพลาสมาและเม็ดเลือดจึงมีความสำคัญในการตรวจเลือดมากก่อนที่จะนำตัวอย่างไปวินิจฉัยต่อในขั้นต่อไป
วิธีการทั่วไปในการแยกน้ำในเลือดนั้นสามารถทำได้โดยกระบวนการหมุนเหวี่ยง (Centrifuge) ซึ่งเป็นวิธีการที่ใช้แยกโมเลกุลที่มีความหนาแน่นแตกต่างกัน โดยให้สารละลายหมุนตามแนวแกนในโรเตอร์หมุนเหวี่ยงด้วยความเร็วสูง แม้ว่ากระบวนการหมุนเหวี่ยงจะง่ายและมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลาย แต่กระบวนการนี้ยังมีข้อจำกัดในเรืองการทำงาน เช่นใช้เวลานานในการแยกและใช้ตัวอย่างเลือดปริมาณมาก
ในการวินิจฉัยตัวอย่างเลือดที่ได้ทำการเตรียมแล้ว จำเป็นต้องใช้บุคคลากรในการส่องดูภาพและสังเกตุด้วยตัวเอง โดยจะเห็นเป็นลักษณะที่มีเม็ดเลือดแดงเป็นส่วนใหญ่และปะปนด้วยเม็ดเลือดขาวที่มีจำนวนน้อยกว่า จึงเป็นการพึ่งพาประสบการณ์และใช้เวลาในการทำการวินิจฉัยตัวอย่างเลือด
ปัจจุบันได้มีความพยายามในการพัฒนาอุปกรณ์ขนาดเล็กที่รวมเอาฟังก์ชั่นต่างๆของห้องปฏิบัติการไว้ในชิปตัวเดียวที่มีขนาดไม่กี่ตารางมิลลิเมตรถึงไม่กี่ตารางเซนติเมตร หรือที่เรียกกันว่าระบบของไหลจุลภาค จากการศึกษาที่ผ่านมามีการนำเสนออุปกรณ์ขนาดเล็กที่สามารถแยกเม็ดเลือดแดงและเม็ดเลือดขาวด้วยขนาดที่แตกต่างกันในระบบของไหลจุลภาค (Microfluidic system) ซึ่งมีความสามารถในการลดเวลาในการแยก ลดปริมาณเลือดที่ใช้ มีขนาดเล็กสามารถพกพาได้ มีการควบคุมที่แม่นยำ และยังสามารถเม็ดเลือดขาวออกจากเม็ดเลือดแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การคัดแยกอนุภาคที่มีขนาดต่างกันโดยระบบของไหลจุลภาค (Microfluidic system) นั้นสามารถจำแนกได้เป็น 2 แบบ ได้แก่ การคัดแยกด้วยวิธีแบบพาสซีฟ และการคัดแยกด้วยวิธีแบบแอคทีฟ ในการคัดแยกแบบแอคทีฟ เป็นวิธีที่อาศัยแรงจากภายนอกรวมถึงอุปกรณ์ภายนอกในการแยกเซลล์ ส่วนการคัดแยกด้วยวิธีแบบพาสซีฟ มีหลากหลายรูปแบบ เช่น Filtration, Inertia and dean flow fractionation และ Deterministic lateral displacement เป็นต้น
ในงานวิจัยนี้ได้สนใจหลักในการแยกอนุภาคที่มีขนาดต่างกัน โดยต้องการนำไปปรับใช้ในการแยกเม็ดเลือดขาวออกจากเม็ดเลือดแดงในระบบของไหลจุลภาคแบบพาสซีฟ ในระบบ Deterministic lateral displacement (DLD) เป็นเทคนิคที่อาศัยอาร์เรย์เสาเอียงที่สร้างทิศทางการไหลของของเหลวที่ไม่ซ้ำกันระหว่างช่องว่าง โดยต้องคำนึงถึงแรงระหว่างของไหลและสิ่งกีดขวาง เมื่อมีอนุภาคขนาดเล็กกว่าเส้นแรงของไหลแรกไหลผ่าน อนุภาคจะไหลตามกระแสของไหลในแบบ Zig-zag mode และหากอนุภาคมีขนาดใหญ่กว่าจะเคลื่อนที่ชนกับเสาและไหลออกทางแนวขวางของเส้นแรงของไหลในแบบ Bump/Displacement mode โดยต้องมีการคำนึงถึง Dcutoff ของอนุภาคที่ทำให้เกิดการการเคลื่อนที่ทั้งสองแบบซึ่งขึ้นอยู่กับตัวพารามิเตอร์ ได้แก่ Lateral and Downstream pillar gap (GL, GD), Row shift fraction (θ) และ Pillar diameter (D0) 
โครงงานพิเศษนี้จึงนำเทคโนโลยีของไหลจุลภาคมาประยุกต์ใช้ในการแยกเม็ดเลือดแดงและเม็ดเลือดขาวออกจากพลาสมา โดยทำการออกแบบและสร้างระบบของไหลจุลภาคด้วยกระบวนการโฟโตลิโธกราฟี และกระบวนการสร้างแม่พิมพ์แบบอ่อน

Project Members

ณัฐดนัย บุตรบุรี

NATDANAI BUTBUREE

#นักศึกษา

Member

สากล ระหงษ์

Sakon Rahong

#อาจารย์

Advisor

Vote for this Innovation!