เจ้าของนวัตกรรม
นาย จักรพรรณ โพธิ์เงินงาม
นักศึกษา
Details
ด้วยจำนวนผู้ป่วยโรคตับแข็งและมะเร็งตับที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก จากการบริโภคผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรที่มีการปนเปื้อนอะฟลาท็อกซิน บี1 (AFB1) การพัฒนาเทคนิคการตรวจคัดกรอง AFB1 ที่รวดเร็วจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง งานวิจัยนี้ได้เสนอแอปตาเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีรูปแบบใหม่ ซึ่งใช้อิเล็กโทรดที่ผลิตจากแผ่นทองคำเปลว (GLE) ซึ่งตกแต่งด้วยวัสดุเชิงประกอบนาโนทองแพลทินัม-รูทิเนียม/รีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ (AuPt-Ru/RGO) แบบใช้แล้วทิ้งและยังมีต้นทุนต่ำ วัสดุเชิงประกอบนาโนโลหะผสม AuPt-Ru นั้นถูกสังเคราะห์ขึ้นด้วยวิธีการเคมีรีดักชันทางเคมีร่วมกับการใช้คลื่นความถี่อัลตราโซนิก พบว่าอนุภาคที่สังเคราะห์ได้มีรูปร่างคล้ายผลหยางเหมย โดยมีแกนกลางเป็นทอง แพลตินัมเป็นขนล้อมรอบและรูทิเนียมกระจายอยู่รอบอนุภาค มีขนาดอนุภาคเฉลี่ย 57.35 ± 8.24 นาโนเมตร ทั้งนี้วัสดุเชิงประกอบนาโนทองแพลทินัม-รูทิเนียมได้ถูกวางลงบนแผ่นรีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ที่มีขนาดส้นผ่านสูนย์กลางภายใน 0.5 – 1.6 ไมโครเมตรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายโอนอิเล็กตรอน และเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับการตรึงแอปตาเมอร์ (Apt) ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการตรวจวัด AFB1 ได้อย่างแม่นยำ ด้วยปริมาณตำแหน่งกัมมันต์ที่มีขนาดใหญ่ และค่าความต้านทานในวงจรไฟฟ้ากระสลับที่ต่ำแอปตาเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี GLEAuPt-Ru/RGO ที่สร้างขึ้นแสดงความไวสูงในการตรวจวิเคราะห์ AFB1 ผลการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคโวลแทมเมทรีพัลส์เชิงอนุพันธ์ (DPV) ได้แสดงค่าความเป็นเส้นตรงสำหรับการตรวจวัด AFB1 ในช่วงความเข้มข้น 0.3 – 30.0 พิโคกรัมต่อมิลลิลิตร (R2 = 0.9972) โดยมีขีดจำกัดต่ำสุดของการตรวจวัด (LOD, S/N = 3) และขีดจำกัดต่ำสุดของการวิเคราะห์ (LOQ, S/N = 10) อยู่ที่ 0.009 พิโคกรัมต่อมิลลิลิตรและ 0.031 พิโคกรัมต่อมิลลิลิตร ตามลำดับ แอปตาเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี GLEAuPt-Ru/RGO ให้ผลลัพธ์การวิเคราะห์ AFB1 ที่ดีในตัวอย่างจริง โดยมีร้อยละค่าคืนกลับของสัญญาณอยู่ในช่วง 94.6% ถึง 107.9% ในผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร เช่น พริกแดงแห้ง กระเทียม ถั่วลิสง พริกไทย และข้าวหอมมะลิไทย ซึ่งชี้ให้เห็นว่าแอปตาเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีที่สร้างขึ้นมีความเฉพาะเจาะจงต่อ AFB1 สูง และยังแสดงพฤติกรรมทางไฟฟ้าเคมีได้อย่างยอดเยี่ยมซึ่งคล้ายกับขั้วไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์อื่น ๆ โดยมีศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้ในการตรวจวิเคราะห์ AFB1 ในผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรอย่างดียิ่ง
Objective
1. เพื่อสร้างและพัฒนาขั้วไฟฟ้าทองคำเปลวในการตรวจวัดสารก่อมะเร็ง AFB1 2. เพื่อสังเคราะห์ วิเคราะห์และศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้วัสดุนาโนโลหะสามร่วมกับรีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ร่วมกับแอปตาเมอร์เพื่อเพิ่มความเฉพาะเจาะจง ปรับปรุงพื้นผิวของขั้วไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจากทองคำเปลว ในการตรวจวัดสารก่อมะเร็งอะฟลาท็อกซิน บี 1 3. เพื่อศึกษาประสิทธิภาพ และประเมินความสามารถในการตรวจวัดอะฟลาท็อกซิน บี 1 จาก GLEAuPt-Ru/RGO ในผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร เช่น พริกแห้ง กระเทียม ถั่วลิสง พริกไทย และข้าวหอมมะลิไทย 4. เพื่อเปรียบเทียบกับวิธีการตรวจวัดมาตรฐานอื่นๆ เช่น HPLC-FLD
อะฟลาทอกซิน (AFs) เป็นสารพิษที่ผลิตโดยเชื้อรา Aspergillus flavus (A. flavus) และ Aspergillus parasiticus (A. parasiticus) โดยมาก AFs จะพบจากการปนเปื้อนในผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรที่เก็บในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นและอุณหภูมิสูง เช่น พริกแห้ง กระเทียม ถั่วลิสง พริกไทย และข้าวสาร เป็นต้น AFs ในธรรมชาติสามารถพบได้หลายชนิด ได้แก่ AFB1, AFB2, AFG1, AFG2 และในรูปแบบเมตาบอไลต์คือ AFM1 และ AFM2 โดยเฉพาะ AFB1 เป็นที่รู้จักว่าเป็นสารก่อมะเร็งที่มีความร้ายแรงมากที่สุดและได้รับการจัดเป็นสารก่อมะเร็งกลุ่ม 1 โดยองค์กรวิจัยมะเร็งนานาชาติ (The international cancer research: IARC) เนื่องจากมีความเสี่ยงสูงต่อการเกิดมะเร็งตับ (Hepatocellular carcinoma: HCC) ส่งผลให้การบริโภคอาหารที่ปนเปื้อน AFB1 มีผลกระทบทางสุขภาพต่อทั้งมนุษย์และสัตว์ทั่วโลก ในหลายประเทศได้ตั้งข้อกำหนดมาตรฐานปริมาณ AFB1 ในอาหารไม่เกิน 20 ไมโครกรัมต่อกิโลกรัม (64.05 นาโนโมลต่อลิตร) เพื่อควบคุมความปลอดภัยด้านอาหารและลดความเสี่ยงจากสารก่อมะเร็งนี้ ดังนั้น การพัฒนาวิธีการตรวจวัดที่มีความไว และความจำเพาะสูงในการตรวจหา AFB1 ในตัวอย่างผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรจึงมีความสำคัญอย่างมากต่อการควบคุมคุณภาพอาหาร เทคนิคการตรวจวัดทางชีวภาพด้วยไบโอเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical biosensing) ได้รับความสนใจอย่างมากในปัจจุบัน เนื่องจากมีข้อดีหลายประการ เช่น ตรวจวัดได้อย่างรวดเร็ว ความจำเพาะสูง ความไวสูง ใช้งานง่ายและมีต้นทุนการผลิตต่ำ งานวิจัยหลายฉบับได้รายงานเกี่ยวกับการพัฒนาไบโอเซนเซอร์ไฟฟ้าเคมีที่มีการใช้ร่วมกับสารชีวภาพ เช่น แอนติบอดี, เอนไซม์, แอปตาเมอร์, และ DNA ที่ใช้ในการตรวจ AFB1 โดยสารชีวภาพเหล่านี้จะถูกตรึงไว้กับ วัสดุนาโน (Nanomaterials) ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงและสมบัติการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม เช่น อนุภาคนาโนทอง (AuNPs) ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างวัสดุตรวจวัดที่ให้สัญญาณเชิงไฟฟ้าเคมี เนื่องจากมีเสถียรภาพทางเคมีสูงและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ อีกทั้งอนุภาคนาโนแพลทินัม (PtNPs) ซึ่งเป็นที่รู้จักกันมาอย่างยาวนานว่ามีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาที่ดีเยี่ยม และรูทิเนียม (RuNPs) ยังมีความสามารถในการเพิ่มเสถียรภาพและสมรรถนะในการเร่งปฏิกิริยาของวัสดุเชิงประกอบนาโนโลหะผสม ปัจจุบันมีการสังเคราะห์อนุภาคโลหะผสมหลากหลายชนิดมากขึ้น เช่น FePtCu และ PtPdTe ซึ่งมีคุณสมบัติทางการเร่งปฏิกิริยาที่ดีกว่าอนุภาคนาโนโลหะเดี่ยวและอนุภาคนาโนโลหะคู่ ด้วยเหตุนี้ การรวมข้อดีของ AuNPs, PtNPs และ RuNPs เข้าด้วยกัน แสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพ สมรรถนะในการเร่งปฏิกิริยา และความสามารถในการตรึงโมเลกุลชีวภาพได้อย่างยอดเยี่ยม นอกจากนี้ รีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ (RGO) เป็นอีกหนึ่งวัสดุนาโนที่ได้รับความสนใจในการใช้เป็นวัสดุตรวจวัดทางไฟฟ้าเคมี ซึ่ง RGO นั้นเป็นคาร์บอนนาโนที่เกิดจากการจัดเรียงชั้นของกราฟีนในโครงสร้าง ซึ่งสามารถปรับแต่งขนาดและรูปร่างได้ และมีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายประการ เช่น พื้นที่ผิวสูง (มากกว่า 600 m²/g) ความทนทานเชิงกลที่ดีเยี่ยม (200-500 MPa) การนำความร้อน (30-2600 W/m·K) และสมบัตินำไฟฟ้าสูง (มากกว่า 667 S/m) รวมถึงพฤติกรรมทางไฟฟ้าเคมีที่ดีเยี่ยม ด้วยคุณสมบัติดังกล่าวของวัสดุนาโน ในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะห์และคุณสมบัติทางไฟฟ้าของสารประกอบนาโนโลหะสาม AuPt-Ru ที่ยึดติดบนพื้นผิว RGO (AuPt-Ru/RGO) พบว่า AuPt-Ru/RGO ที่สังเคราะห์ขึ้นมีสมบัตินำไฟฟ้าสูง ช่วยเร่งการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้นและแสดงสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดี อีกทั้งยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจวัดที่มีความเฉพาะเจาะจงต่อ AFB1 มากยิ่งขึ้นด้วยการจับกับแอปตาเมอร์ที่มีการดัดแปลงด้วยหมู่ไทออล (Thiol-terminated modified aptamer: 5’-thiol- GTT GGG CAC GTG TTG TCT CTC TGT GTC TCG TGC CCT TCG CTA GGC CCA CA -3’; Apt) ผ่านพันธะไทออลระหว่างแอปตาเมอร์และวัสดุเชิงประกอบ AuPt-Ru/RGO ในงานวิจัยนี้ยังมีการใช้ทองคำเปลว 24 กะรัต มาสร้างเป็นขั้วไฟฟ้าแบบใช้แล้วทิ้ง (Goldleaf electrode: GLE) เพื่อทดแทนขั้วไฟฟ้าที่มีการจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ เช่น แท่งทองคำหรือแพลทินัมที่มีราคาสูง ทองคำเปลวที่นำมาใช้นั้นมีความบางและเกิดการฉีกขาดได้ง่าย แต่ด้วยข้อดีของทองคำเปลวที่มีสมบัติการนำไฟฟ้าได้ดีและทนทานต่อสารเคมี การใช้เทปพอลิอิไมด์มาเป็นฐานรองในการผลิต GLE ช่วยเสริมความแข็งแรงและความทนทานต่อการฉีกขาด รวมถึงมีการใช้งานแผ่นทองแดงนำไฟฟ้าเพื่อช่วยเพิ่มชุดสัมผัสทางไฟฟ้าให้กับ GLE โดยขั้วไฟฟ้า GLE ที่สร้างขึ้นมีขนาดอยู่ที่ 1.0 x 2.5 มิลลิเมตร และบริเวณจุดทำปฏิกิริยา (Planar-disc) มีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 0.5 มิลลิเมตร และทำการปรับปรุงพื้นผิวด้วย AuPt-Ru/RGO สำหรับการตรวจวัดทางไฟฟ้าเคมีของ AFB1 (GLEAuPt-Ru/RGO) สามารถตรวจวัดตัวอย่างได้ที่ปริมาตรเพียง 15 ไมโครลิตร อีกทั้งการใช้แผ่นทองคำเปลวเป็นขั้วไฟฟ้าที่มีราคาถูกยังเน้นให้เห็นถึงศักยภาพในการสร้างเซ็นเซอร์ที่มีต้นทุนต่ำ ใช้ปริมาณสารตรวจวัดในปริมาณที่น้อย จึงเหมาะสำหรับการใช้งานแบบใช้แล้วทิ้งได้
1. ได้ต้นแบบผลิตภัณฑ์ (Prototype) ระดับภาคสนาม แอปตาเซ็นเซอร์ทางไฟฟ้าเคมี GLEAuPt-Ru/RGO สำหรับการตรวจวัด AFB1 2. สามารถนำต้นแบบประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์หา AFB1 ในผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร เช่น พริกแห้ง กระเทียม ถั่วลิสง พริกไทย และข้าวหอมมะลิไทย