การพัฒนากลูโคสไบโอเซนเซอร์โดยใช้ไฟโบรอินจากไหมไทย

การวิจัยเพื่อพัฒนากลูโคสไบโอเซนเซอร์ให้ความถูกต้อง แม่นยำ และมีสภาพไวสูงได้รับความสนใจและมีผู้ทำวิจัยเป็นอย่างมากในปัจจุบัน เนื่องจากปริมาณกลูโคสในปัสสาวะและเลือดสามารถบ่งชี้ถึงสภาวะของโรคเบาหวาน และสามารถใช้เป็นดัชนีในการชี้บอกคุณภาพของอาหาร งานวิจัยนี้ได้พัฒนากลูโคสไบโอเซนเซอร์ที่มีความจำเพาะเจาะจง มีความเสถียรสูง และมีการตอบสนองที่ดีขึ้น ในการศึกษาและพัฒนาได้แบ่งออกเป็น 4 ส่วน ดังนี้ ส่วนที่ 1 ศึกษาคุณสมบัติของไฟโบรอินที่เตรียมขึ้นได้โดยการวิเคราะห์เอกลักษณ์ด้วยเทคนิคยูวี-วิสิเบิล สเปคโทรโฟโทเมทรี และเทคนิคทรานสมิทแทนซ์อิเลคตรอนไมโครสโคปี
ส่วนที่สองจะพัฒนากลูโคสเคมิคัลเซนเซอร์ โดยใช้ขั้วไฟฟ้ากลาสซีคาร์บอนที่ดัดแปรด้วยวัสดุขนาดนาโนลูกผสมของคาร์บอนนาโนทิวป์-อนุภาคแมกนีไทต์-นิกเกิลขนาดนาโน (GC/Fe3O4-CNTs-NinPs) กลูโคสจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ที่ศักย์ไฟฟ้าประมาณ +0.6 โวลต์ เมื่อใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 0.1 โมลาร์ เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์เกื้อหนุน ผลจากการตรวจวัดปริมาณกลูโคสแบบแอมเพอร์โรเมทรีด้วยเทคนิคโครโนแอมเพอร์โรเมทรีที่ขั้วไฟฟ้าเคมิคัลเซนเซอร์ชนิด GC/Fe3O4-CNTs-NinPs ที่ศักย์ไฟฟ้า +0.55 โวลต์ พบว่า ค่ากระแสของกลูโคสจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีการเติมสารละลายมาตรฐานกลูโคสโดยมีช่วงการตอบสนองแบบเป็นเส้นตรงที่ความเข้มข้น 0.01 ถึง 1.8 มิลลิโมลาร์ ค่าความชันของกราฟมาตรฐานเท่ากับ 333.25 ไมโครแอมแปร์ต่อมิลลิโมลาร์ ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์เท่ากับ 0.998 ขีดจำกัดต่ำสุดในการตรวจวัดมีค่าเท่ากับ 6.7 ไมโครโมลาร์ (3S/N) ค่ากระแสที่ได้จากการวัดมีความเที่ยง (precision) ดีมาก คือ ให้ค่า %RSD เท่ากับ 2.7 (วัดจากสัญญาณของกลูโคสความเข้มข้น 0.5 มิลลิโมลาร์, n=5) เคมิคัลเซนเซอร์ชนิด GC/Fe3O4-CNTs-NinPs ที่พัฒนาขึ้นมีสภาพไวสูงในการวิเคราะห์ปริมาณกลูโคส และให้สัญญาณที่มีความเสถียรสูง
ส่วนที่ 3 ศึกษาและพัฒนากลูโคสไบโอเซนเซอร์ที่อาศัยการตรึงเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสลงในวัสดุเชิงประกอบขนาดนาโนของ Fe3O4-CNTs-SF-AuNPs โดยใช้ขั้วไฟฟ้าชนิดกลาสซีคาร์บอน (GC) จะได้กลูโคสไบโอเซนเซอร์ชนิด GC/Fe3O4-CNTs-NiNPs/GOx/SF-AuNPs-CS ผลการทดลองวัดสัญญาณของกลูโคสด้วยเทคนิคไซคลิกโวลแทมเมทรีในสารละลายฟอสเฟตบัฟเฟอร์ความเข้มข้น 0.1 โมลาร์ (พีเอช 7.0) พบว่าเมื่อใช้อัตราเร็วในการสแกนที่สูงขึ้นจะได้ค่ากระแสที่สูงขึ้น เมื่อนำค่ากระแสที่ได้มาพล็อตกับค่าสแควร์รูทของอัตราเร็วในการสแกน ค่ากระแสแอโนดิกและกระแสคาโทดิกแปรผันตรงกับค่าสแควร์รูทของอัตราเร็วในการสแกน ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์เท่ากับ 0.994 และ 0.999 ตามลำดับ แสดงว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นถูกควบคุมด้วยกระบวนการแพร่และไม่เกิดการดูดซับของที่ผิวของขั้วไบโอเซนเซอร์ GC/Fe3O4-CNTs-NiNPs/GOx/SF-AuNPs-CS เมื่อนำกลูโคสไบโอเซนเซอร์ที่เตรียมได้มาวัดสัญญาณของกลูโคส พบว่า ค่ากระแสที่วัดได้มีค่าลดลงเมื่อมีปริมาณกลูโคสในสารละลายเพิ่มมากขึ้น ทั้งนี้อาจเนื่องมาจากองค์ประกอบของขั้วไฟฟ้าดังกล่าวยังไม่เหมาะสม หรือมีการหลุดของอนุภาคนาโนที่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา หรือมีการหลุดของเอนไซม์ GOx ทำให้ค่ากระแสที่วัดได้มีค่าลดลง
ส่วนที่ 4 จะเป็นการพัฒนาขั้วไฟฟ้ากลูโคสไบโอเซนเซอร์โดยการตรึงเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสลงในคาร์บอนเพลสอิเล็กโทรดที่โมดิฟายด์ด้วยนาโนคอมโพสิตของ CNTs-PDDA-PtNPs-GOx ผลการทดลองจากไซคิลกโวลแทมโมแกรมในสารละลายฟอสเฟตบัฟเฟอร์ความเข้มข้น 0.1 โมลาร์ (พีเอช 7) พบว่าขั้วกลูโคสไลโอเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นในสัญญาณของกลูโคสที่ศักย์ไฟฟ้าประมาณ +0.37 โวลต์ แสดงถึงการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีของ CNTs-PDDA-PtNPs ที่เป็นองค์ประกอบในไบโอเซนเซอร์ เมื่อนำเทคนิคโฟลอินเจคชันอะนาลิซิสมาใช้ร่วมกับการตรวจวัดแบบแอมเพอร์โรเมทรีที่ขั้วกลูโคสไบโอเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้น (CNTs-PDDA-PtNPs-GOx/CPE) ที่ศักย์ไฟฟ้า +0.50 โวลต์ โดยใช้ Ag/AgCl และลวดแพททินัม (Pt) เป็นขั้วไฟฟ้าอ้างอิงและเป็นขั้วไฟฟ้าช่วย ใช้สารละลายฟอสเฟตบัฟเฟอร์ ความเข้มข้น 1 โมลาร์ (พีเอช 7) เป็นสารละลายตัวพา พบว่า กราฟมาตรฐานของขั้วกลูโคสไบโอเซนเซอร์มีการตอบสนองแบบเป็นเส้นตรงของสารละลายมาตรฐานกลูโคสอยู่ในช่วงความเข้มข้นตั้งแต่ 0.1-100 มิลลิโมลาร์ โดยมีความสัมพันธ์แบบเป็นเส้นตรงสองช่วงความเข้มข้น ดังนี้ ช่วงแรกความเข้มข้น 0.1 ถึง 3 มิลลิโมลาร์ ค่าความชันเท่ากับ 0.127 ไมโครแอมแปร์ต่อมิลลิโมลาร์ ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ เท่ากับ 0.995 ช่วงที่สองความเข้มข้น 5 ถึง 100 มิลลิโมลาร์ ค่าความชันเท่ากับ 0.06 ไมโครแอมแปร์ต่อมิลลิโมลาร์ ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ เท่ากับ 0.977 ขีดจำกัดต่ำสุดในการตรวจวัดคำนวณจาก (3S/N) มีค่าเท่ากับ 0.015 มิลลิโมลาร์ ค่ากระแสที่ได้จากการวัดมีความเที่ยงดีมากคือให้ค่า %RSD เท่ากับ 2.8 ระบบโฟลอินเจคชันอะนาลิซิสที่ตรวจวัดด้วยเทคนิคแอมเพอร์โรเมทรี ที่ขั้วกลูโคสไบโอเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้น (CNTs-PDDA-PtNPs-GOx/CPE) สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์ปริมาณกลูโคสในตัวอย่างเครื่องดื่ม, น้ำผึ้ง และสารละลายกลูโคสสำหรับฉีดเข้าร่างกายได้อย่างมีประสิทธิภาพ และวิเคราะห์ได้รวดเร็วถึง 200 ตัวอย่างต่อชั่วโมง