อุปกรณ์เซ็นเซอร์บนกระดาษสำหรับตรวจวัดปริมาณสารฆ่าแมลงแบบรู้ผลเร็วด้วยตัวติดตามสัญญาณหมุดควอนตัม:
จากห้องแลปสู่ภาคสนาม


 

ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม ซึ่งมีการใช้สารฆ่าแมลงเพื่อป้องกันผลผลิตจากแมลงศัตรูพืชอย่างกว้างขวาง ทำให้เกิดปัญหาการตกค้างของสารฆ่าแมลงในผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรและสิ่งแวดล้อม ดังที่คณะเทคนิคการแพทย์ มหาวิทยาลัยมหิดล ทำการศึกษาอุบัติการณ์ปนเปื้อนสารฆ่าแมลงในพืชผักและผลไม้ที่จัดจำหน่ายในตลาดจากภูมิภาคต่างๆ ของประเทศ โดยศาสตราจารย์ ดร.วีระพงศ์ ปรัชชญาสิทธิกุล, รศ.ดร.สมพนธ์ วรรณวิมลรักษ์ และคณะ พบอุบัติการณ์สูงของการปนเปื้อนสารฆ่าแมลงในผัก และผลไม้จากตัวอย่างทั่วประเทศ และหลายตัวอย่างมีปริมาณสารฆ่าแมลงสูงกว่าปริมาณสารพิษตกค้างสูงสุด (Maximum Residue Levels; MRLs) ที่ยอมให้พบได้ในผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด ดังนั้น การตรวจวัดปริมาณสารฆ่าแมลงตกค้างในผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร จึงเป็นกลไกที่สำคัญในการควบคุม และป้องกันอันตรายจากการสารฆ่าแมลงปนเปื้อนก่อนถึงผู้บริโภค ทว่าวิธีการตรวจวัดสารฆ่าแมลงในปัจจุบันยังมีความยุ่งยากสูง ราคาแพง และจำเป็นต้องดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญในห้องปฏิบัติการ ดังนั้น คณะเทคนิคการแพทย์ โดย อ.ดร.อมรา อภิลักษณ์, ศ.ดร.วีระพงศ์ ปรัชชญาสิทธิกุล และคณะ ได้เล็งเห็นความสำคัญในการแก้ไขปัญหาดังกล่าว จึงทำการพัฒนาชุดทดสอบสารฆ่าแมลงที่มีประสิทธิภาพ ใช้งานง่าย และราคาไม่แพง ในรูปแบบอุปกรณ์ปฏิบัติการบนกระดาษ (paper-based) ซึ่งทำขึ้นจากกระดาษที่มีลักษณะเป็นแผ่นพับประกอบด้วยแผ่นของการทดสอบ และแผ่นของสารตั้งต้นในการเกิดปฏิกิริยาซึ่งถูกเคลือบด้วยไขผึ้งที่กันน้ำสำหรับกั้นขอบเขตของการไหลของสารละลาย โดยบนอุปกรณ์ด้านแผ่นทดสอบมีการตรึงด้วยเอนไซม์สองชนิด คือ Acetylcholinesterase (AChE) และ Choline oxidase (ChOx) โดยใช้หมุดควอนตัม (Quantum dot) ชนิด CdTe เป็นตัวติดตามสัญญาณ ในส่วนของพื้นที่เตรียมสารตั้งต้นทำการเคลือบด้วย Acetylcholine (ACh) จะมีลักษณะเป็นดัมเบลยื่นออกไปทางด้านข้างสำหรับหยดบัฟเฟอร์ ซึ่งทำหน้าที่ในการถ่ายโอนสาร Acetylcholine ลงบนพื้นที่ตรวจวัด การประกบอุปกรณ์ทั้งสองส่วนเข้าหากันทำให้การผสมของสารดีขึ้นเป็นการเพิ่มสัญญาณการตรวจวัด

โดยชุดทดสอบที่ได้พัฒนาขึ้นอาศัยหลักการ ยับยั้งการทำงานของ AChE ด้วยสารฆ่าแมลงซึ่งเป็นผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของการเรืองแสงของตัวติดตามสัญญาณชนิดหมุดควอนตัม ปฏิกิริยาการตรวจวัดเกิดจากการเติมสาร ACh ด้วยบัฟเฟอร์ทำให้เกิดการผสมกับ AChE ซึ่งสามารถเกิดปฏิกิริยา hydrolysis เกิดเป็น Choline ซึ่งทำปฏิกิริยาต่อเนื่องกับ ChOx ทำให้เกิดสารผลิตภัณฑ์ hydrogen peroxide (H2O2) โดย H2O2 ที่เกิดขึ้นนี้ทำให้เกิดการ Quenching ของหมุดควอนตัมชนิด CdTe ทำให้การเรืองแสงดับไป หากมีสารยาฆ่าแมลงจะยับยั้งปฏิกิริยาทำให้แสงเรืองแสงยังคงอยู่ ขึ้นกับปริมาณสาร และการติดตามสัญญาณการเรืองแสงนั้นสามารถตรวจวัดได้ด้วยหลอดไฟ UV black light ซึ่งสามารถหาซื้อได้ในท้องตลาดในราคาไม่แพง

โดยอุปกรณ์ที่ได้รับการพัฒนาขึ้นสามารถตรวจวัดสารฆ่าแมลงได้ถึงระดับต่ำกว่าหนึ่งในล้านส่วน (ppm) ทั้งยัง ใช้งานง่าย มีความไวและความแม่นยำสูง ให้ผลตรวจรวดเร็ว และราคาไม่แพง จึงมีศักยภาพอย่างยิ่งในการพัฒนาต่อยอดเป็นชุดตรวจเพื่อการตรวจวัดสารฆ่าแมลงในภาคสนาม และครัวเรือนต่อไปเพื่อให้เกษตรกรและผู้บริโภคสามารถตรวจวัดการปนเปื้อนสารตกค้างยาฆ่าแมลงได้ด้วยตนเอง