เซนเซอร์กระดาษตรวจวัดปริมาณยาฆ่าแมลงกลุ่มออแกโนฟอสเฟตแบบพกพา
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
สิรัชชา บุญศักดิ์ดี, กษมาภรณ์ สุตะภักดิ์
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
ประสงค์พร เรืองพีระศิริ, อับดุลฮาดี ยะโก๊ะ
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ปัจจุบันยาฆ่าแมลงกลุ่มออร์แกโนฟอสเฟต (Organophosphate) เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคเกษตรกรรม จากคําชี้แจงประกาศกระทรวงสาธารณสุข เลขที่ 387 พบว่าเป็นสารตกค้างที่พบบ่อย เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดผลกระทบร้ายแรงต่อระบบประสาทและอัตราการเสียชีวิตจากการใช้งานสูง เพราะยาฆ่าแมลงกลุ่มออร์แกโนฟอสเฟตยับยั้งการทำงานของเอนไซม์อะซิทิลโคลีนเอสเทอเรส (Acetylcholinesterase, AChE) ในระบบประสาทของมนุษย์ ด้วยเหตุนี้จึงมีการตรวจวัดปริมาณของยาฆ่าแมลงกลุ่มออร์แกโนฟอสเฟต ด้วยเทคนิคต่าง ๆ โดยเริ่มจากเทคนิคแก๊สโครมาโทกราฟี (gas chromatography, GC) และเทคนิคแยกและวิเคราะห์สารด้วยหลักการโครมาโทกราฟีของเหลวแรงดันสูง (high performance liquid chromatography, HPLC) อย่างไรก็ตาม เทคนิคเหล่านี้มีข้อจำกัดเรื่องการใช้เวลานาน ค่าใช้จ่ายต่อการวิเคราะห์สูง และเครื่องมือซับซ้อนจำเป็นต้องใช้ผู้เชี่ยวชาญเพื่อวิเคราะห์ อุปกรณ์ตรวจวัดทางชีวภาพจึงถูกนำมาใช้จนเป็นวิธีการที่ทราบโดยทั่วไป เนื่องจากสามารถตรวจวัดได้อย่างรวดเร็ว ใช้งานง่าย ไม่ซับซ้อน มีความแม่นยำสูงและสามารถตรวจวัดยาฆ่าแมลงที่ปริมาณต่ำได้ โดยอาศัยคุณสมบัติการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ AChE เป็นหลักการในการตรวจวัด จากคุณสมบัติของอุปกรณ์ตรวจวัดทางชีวภาพทั้งหมด วิธีการตรวจวัดเชิงสีเป็นวิธีที่สามารถสังเกตผลได้ด้วยตาเปล่า และสะดวกต่อผู้ใช้งานมากที่สุด แต่กระนั้น วิธีการตรวจวัดเชิงสียังมีความแม่นยำต่ำกว่าวิธีอื่น เช่น วิธีการทางไฟฟ้าเคมี เนื่องจากการแสดงผลในรูปแบบการเปลี่ยนแปลงของสีที่ไม่ชัดเจน ที่อาจทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนและข้อผิดพลาดในการตรวจวัดปริมาณของยาฆ่าแมลง จากปัญหาข้างต้น ผู้จัดทำจึงมีเป้าประสงค์ที่จะสร้างเซนเซอร์พกพาสำหรับตรวจวัดยาฆ่าแมลงกลุ่มออร์แกโนฟอสเฟต ที่แสดงผลในรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงสีบนกระดาษซึ่งสามารถสังเกตได้อย่างชัดเจนและแม่นยำด้วยตาเปล่า เพื่อให้ประชาชนโดยทั่วไปสามารถใช้งานได้ง่ายและสะดวกมากที่สุด การสร้างเซนเซอร์กระดาษใช้คุณสมบัติการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ AChE ของ สารกลุ่มออร์แกโนฟอสเฟต ในปฏิกิริยาของเอนไซม์กับ Acetylthiocholine (ATCh) และแสดงผลด้วยปฏิกิริยาของอนุภาคทองนาโน (Gold nanoparticles, AuNPs) ซึ่งเมื่อ AuNPs รวมตัวกันจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสีบนตัวตรวจวัด ด้วยหลักการทำงานดังกล่าว ผู้จัดทำจึงมีความสนใจที่จะพัฒนาสัณฐานวิทยาของ AuNPs ให้มีลักษณะเหมือนเกล็ดหิมะ เพื่อเพิ่มความสามารถในการจับตัวกันของ AuNPs ซึ่งจะส่งผลต่อค่าความยาวคลื่นของแสงที่อนุภาคสามารถดูดกลืนได้มีค่าเปลี่ยนแปลงไป อันเกิดจากปรากฏการณ์เซอเฟสพลาสมอนเรโซแนนซ์ (surface plasmon resonance, SPR) ของอนุภาค ทำให้เซนเซอร์มีช่วงสีที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้มากขึ้นจากวิธีการตรวจวัดยาฆ่าแมลงแบบดั้งเดิมที่สารละลาย AuNPs เปลี่ยนสีจากสีแดงเป็นสีม่วง ในขณะที่เซนเซอร์ที่ถูกพัฒนาจะสามารถเปลี่ยนสีได้ตั้งแต่ช่วงสีแดง สีม่วง สีน้ำเงิน และสีเขียว ทำให้ผู้ใช้งานสามารถอ่านผลได้ง่าย แม่นยำและมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยเปรียบเทียบข้อมูลของรูปร่าง ขนาด และการกระจายตัวของ AuNPs โดยใช้ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนนิง (Scanning electron microscope, SEM) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบทรานสมิสชัน (Transmission electron microscopy, TEM) และ ImageJ software ในการวิเคราะห์ข้อมูล จากนั้นเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงสีของสารละลาย AuNPs ด้วย เครื่องวัดการดูดกลืนแสงชนิดแบบอัลตร้าไวโอเล็ต และแบบแสงมองเห็น (UV-Visible Spectrophotometer, UV-Vis) และการเปลี่ยนสีบนเซนเซอร์ด้วย ImageJ software อีกทั้งยังเคลือบ AuNPs ด้วย เมโซพอรัสซิลิกา (mesoporous silica) เพื่อเพิ่มความสามารถในการคงตัวของ AuNPs ให้เซนเซอร์สามารถเก็บไว้ได้นานและไม่เสื่อมสภาพ โดยเปรียบเทียบข้อมูลของรูปร่าง ขนาด และการกระจายตัวของ AuNPs เมื่อสารละลาย AuNPs มีค่า pH และอุณหภูมิที่ต่างกัน และเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงสีของสารละลาย AuNPs และการเปลี่ยนสีบนเซนเซอร์ จากกระบวนการดังกล่าวนำไปสู่การสร้างเซนเซอร์ตรวจวัดยาฆ่าแมลงในกลุ่มออร์แกโนฟอสเฟต ที่พกพาสะดวก สามารถจำแนกการเปลี่ยนแปลงสีได้ด้วยตาเปล่า วิเคราะห์ผลเร็ว แม่นยำและตรวจวัดยาฆ่าแมลงที่ความเข้มข้นต่ำกว่าปริมาณสารพิษตกค้างสูงสุด (Maximum Residue Limits, MRL) ซึ่งมีค่าเท่ากับ 0.01 mg/kg ได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ราคาสูง และขั้นตอนการใช้งานที่ไม่ซับซ้อน ทำให้สะดวกต่อผู้ใช้งานมากที่สุด