รายละเอียด

ปัจจุบันการตรวจเลือดเป็นหนึ่งในวิธีการตรวจหาโรคจากการสังเกตองค์ประกอบหลักของเลือดได้แก่ เม็ดเลือดแดงที่มีขนาดประมาณ 7 ไมครอน เม็ดเลือดขาวที่มีขนาดประมาณ 13 ไมครอน เกล็ดเลือด และของเหลวที่เรียกว่า พลาสมา โดยสามารถบอกได้จากรูปร่างที่ผิดปกติไป หรือจำนวนของเม็ดเลือดแต่ละชนิดที่เพิ่มมากขึ้น การแยกพลาสมาและเม็ดเลือดจึงมีความสำคัญในการตรวจเลือดมาก แต่วิธีการทั่วไปในการแยกน้ำในเลือดนั้นสามารถทำได้โดยกระบวนการหมุนเหวี่ยง (Centrifuge) ใช้เวลานานในการแยกและใช้ตัวอย่างเลือดปริมาณมาก ในงานวิจัยนี้ได้สนใจการแยกอนุภาคที่มีขนาดต่างกัน โดยต้องการนำไปปรับใช้ในการแยกเม็ดเลือดขาวออกจากเม็ดเลือดแดงในระบบของไหลจุลภาค ในระบบของไหลจุลภาคที่บังคับให้อนุภาคเคลื่อนที่ไปยังด้านข้างอย่างเป็นระเบียบ (Deterministic lateral displacement, DLD) เป็นเทคนิคที่อาศัยอาร์เรย์เสาเอียงที่สร้างทิศทางการไหลของของเหลวที่ไม่ซ้ำกันระหว่างช่องว่าง โดยทำการออกแบบโดยคำนึงถึง Dcutoff ของอนุภาคซึ่งขึ้นอยู่กับตัวพารามิเตอร์ ได้แก่ ช่องว่างแนวนอน และช่องว่างแนวตั้ง (GL, GD), ความเอียงของแอเรย์เสา  (θ) และ เส้นผ่านศูนย์กลางเสา (D0) และสร้างระบบของไหลจุลภาคด้วยกระบวนการโฟโตลิโธกราฟี และกระบวนการสร้างแม่พิมพ์แบบอ่อน

วัตถุประสงค์

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

ผู้จัดทำ

ณัฐดนัย บุตรบุรี

NATDANAI BUTBUREE

#นักศึกษา

สมาชิก

สากล ระหงษ์

Sakon Rahong

#อาจารย์

อาจารย์ที่ปรึกษา

โหวตนวัตกรรมนี้