Transcript การใช้งานของไบโอเซนเซอร์ 4. สิ่งแวดล้อม

คาบที่ 8-9 - กรณี ศึกษาที่เป็ นการประยุกต์เทคนิคโวลแทมเมตรี
•
•
•
•
•
การวิเคราะห์อาหาร
การวิเคราะห์ยา
การวิเคราะห์โลหะหนักในสิ่ งแวดล้อม
งานวิจยั ใหม่เกี่ยวกับโวลแทมเมตรี
การพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิง
ตัวอย่างการวิเคราะห์โลหะหนักในผัก
ใช้ข้ วั Nafion
coated BiFE แทน
ขั้วปรอท ซึ่ งเป็ น
พิษสูง
ขั้ว Nafion
coated
BiFE ช่วย
ลดการ
รบกวนจาก
surfactant
เปรี ยบเทียบกับวิธี
Graphite furnace
AAS ให้ผล
สอดคล้องกัน
ตัวอย่างการวิเคราะห์ยา
Oxybutynin
ตัวอย่างการวิเคราะห์ยา
Oxybutynin
ตัวอย่างการวิเคราะห์ทางสิ่ งแวดล้อม
การวิเคราะห์หาปริ มาณ
โลหะหนักในฝุ่ นละออง
ขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอน
(PM10)
เปรี ยบเทียบ VA กับ ICPMS
ตัวอย่างการวิเคราะห์ยา
หาปริ มาณโดยวิธี
standard addition
ผลการวิเคราะห์
ประสิ ทธิภาพในการวิเคราะห์ของวิธีโวลแทมเมตรี ดูจาก detection limit,
recovery และ %RSD ซึ่งอยูใ่ นระดับที่ใช้งานได้ดี
ผลการวิเคราะห์
หาปริ มาณ Ni, Cu, Zn, As, Cd และ Pb ในฝุ่ นละอองที่ได้จากการเก็บตัวอย่าง
อากาศ พบว่าอยูใ่ นระดับ 7-800 ng/m3
คาบที่ 9-10 - งานวิจยั ใหม่ๆ ทางเคมีไฟฟ้ า
•
•
•
•
•
•
การพัฒนาขั้วทางานชนิดอื่นมาใช้แทนปรอท
การพัฒนาขั้วไฟฟ้ าดัดแปลง
การพัฒนาขั้วไฟฟ้ าขนาดเล็ก
ขั้วไฟฟ้ าหมุน
การพัฒนาเซนเซอร์
เซลล์เชื้อเพลิง
Boron Doped Diamond Electrode
(BDD)
Boron-doped diamond (BDD) thin film electrode is one of the new
promising materials for electroanalytical measurements due to its
attractive electrochemical properties over other electrodes.
- low and stable voltammetric background currents
- wide working potential window in aqueous electrolyte solution
- low adsorption of polar molecules from aqueous solution,
- long-term response stability,
- good activity without any conventional pretreatment
งานวิจยั ทางเคมีวเิ คราะห์เชิงไฟฟ้ า
การพัฒนา
ขั้วไฟฟ้ า
ดัดแปลง
-เพิ่ม
sensitivity
-ลด
interference
(เพิ่ม
selectivity)
-ขยายช่วงศักย์
ที่ใช้งานได้
ขั้วไฟฟ้ าหมุน
-controlled
convection
-laminar flow
- Centrifugal
force
-use in CV
study on redox
reaction
mechanism
Biosensors
Biosensor คือเครื่ องตรวจวัดชีวภาพเป็ นเครื่ องมือวิเคราะห์สาเร็ จรู ปประเภทที่มี
สารชีวภาพ (biogical substance) และทรานส์ดิวเซอร์ฟิสิ กส์เคมี (physicochemical
transducer)
ไบโอเซนเซอร์ ประกอบด้วยไบโอรี เซฟเตอร์(bioreceptor/ Biological sensing
elements) และตัวแปลงสัญญาณ (transducer) ไบโอรี เซฟเตอร์เป็ นโมเลกุลชีวภาพ
ที่มีความสามารถในการจดจำตัวถูกวิเครำะห์ (target analyte) ได้อย่าง
เฉพาะเจาะจง ได้แก่ เอนไซม์ กรดนิวคลีอิก antibody และโปรตีนรี เซฟเตอร์
(receptor protein) ฯลฯ โดยไบไอรี เซฟเตอร์ถกู ตรึ งด้วยวิธีทางกายภาพหรื อวิธีการ
ทางเคมีกบั ตัวแปลงสัญญาณ (transducer)
ไบโอเซนเซอร์ เป็ นเครื่ องมือวิเคราะห์ที่มีการใช้งานมากมายในหลายๆ ด้าน เช่น
การแพทย์ อุตสาหกรรม การทหาร และสิ่ งแวดล้อม เป็ นต้น
ความรู้ทวั่ ไปเกีย่ วกับไบโอเซนเซอร์
Mechanism of a Biosensor
Transducer
RECOGNITION
NO
RECOGNITION
Receptor
Solution
Thin selective
membrane
=Analyte
NO
Measurable
Measurable
Signal
Signal
ความรู้ทวั่ ไปเกีย่ วกับไบโอเซนเซอร์
การใช้ งานของไบโอเซนเซอร์
1. การแพทย์ การประยุกต์เทคโนโลยีตวั รับส่ งสัญญาณ (sensor) มาใช้
ในวินิจฉัยโรคต่างๆ ที่เกิดจากแบคทีเรี ย, ไวรัส การวัดปริ มาณ gas,
ion และสารเมตาบอไลท์ในเลือด และการประเมินสภาวะของสาร
เมตาบอไลท์ในผูป้ ่ วยที่มีการเปลี่ยนแปลงระดับสารชีวเคมีอย่าง
รวดเร็ ว เช่น ผูป้ ่ วยโรคเบาหวาน
การใช้ งานของไบโอเซนเซอร์
2. อุตสาหกรรม มีการใช้ไบโอเซนเซอร์ ในการควบคุมกระบวนการผลิต
โดยเฉพาะในกระบวนการหมักและการวิเคราะห์การปนเปื้ อน
การควบคุมถังหมัก
วิธีการควบคุมถังหมัก
1. Off-line distant - การควบคุมผ่านศูนย์ปฏิบตั ิการ
2. Off-line local - การควบคุมอย่างละเอียดด้วยช่วงระยะเวลาสั้นๆ
3. On-line - ควบคุมและแสดงผล ประโยชน์ที่ได้รับสาหรับเทคโนโลยีการ
ควบคุมกระบวนการผลิตคือปรับปรุ งคุณภาพผลิตภัณฑ์ เพิ่มผลิตผล ลด
ปั ญหาการผลิตที่เกิดจากความแปรปรวนของวัตถุดิบ ลดการสู ญเสี ย
ผลิตภัณฑ์และเป็ นการใช้พลังงานอย่างมีประสิ ทธิ ภาพ
การใช้ งานของไบโอเซนเซอร์
3. การทหาร ซึ่ งต้องการการวิเคราะห์ที่ รวดเร็ วสาหรับการตรวจสอบ
อันตรายที่ไม่ทราบในสนามรบ เช่น การวิเคราะห์แก๊ส sarin ซึ่ งเป็ นแก๊ส
ที่มีผลต่อระบบประสาท mustard gas และการทดสอบ dipstick ซึ่ ง
พัฒนาโดยกองทัพสหรัฐสาหรับการทดสอบสารต่างๆ เช่น Q fever สาร
ที่มีผลต่อระบบประสาท ฝนเหลืองจากเชื้อรา เป็ นต้น โดยอาศัย การ
ทางานที่เฉพาะของ monoclonal antibody การวิเคราะห์วตั ถุระเบิดด้วย
วิธี photoimmunoassay โดยการใช้ luciferase สามารถ
ตรวจสอบสาร TNT ที่มีความเข้มข้นต่าถึง 10-18 M และการใช้
acetylcholine receptor สาหรับการตรวจสอบสารพิษ
การใช้ งานของไบโอเซนเซอร์
4. สิ่ งแวดล้อม ใช้ในการวิเคราะห์สาร ปนเปื้ อนและมลพิษในน้ าและ
อากาศ ของเสี ยจากโรงงาน เช่น การวัดค่าปริ มาณการใช้ O2 ของ
จุลินทรี ย ์ (BOD) ในการวัดคุณภาพน้ า วัดค่า pH ค่าการนา ไฟฟ้ า
สารอินทรี ยแ์ ละสารอนินทรี ย ์
Characteristics of Biosensor
•
•
•
•
•
•
•
Sensitivity
Calibration (range)
Limit of detection
Linear dynamic range
Response time
Selectivity (interference)
Reproducibility
การพัฒนาเซนเซอร์
-ใช้งานง่าย
-ลดการเตรี ยม
ตัวอย่าง
- มี
ความจาเพาะ
สูง ( high
selectivity)
-วัดได้เร็ ว
เซลล์เชื้อเพลิง
การพัฒนาขั้วไฟฟ้ าสาหรับเซลล์เชื้อเพลิง
• สร้างขั้วไฟฟ้ าที่มีสดั ส่ วนองค์ประกอบของโลหะที่ใช้เป็ นตัวเร่ งต่างๆ
กัน : Pt – Ru – W, Pt – Ru – Co
• ทาเป็ น electrode array สาหรับเป็ น WE ใน CV ศึกษาปฏิกิริยา
ออกซิเดชันของ methanol
• หาสัดส่ วนที่ให้ current density สูงสุ ด – ให้กระแส หรื อพลังงานสูง
• ใช้ XRD มาศึกษาโครงสร้างของขั้วไฟฟ้ า
Electrode array ให้ high throughput screening capability
บริ เวณสี แดงคือสัดส่ วนที่เหมาะสมของโลหะที่ใช้เป็ นตัวเร่ งปฏิกิริยาที่ได้จาก
การศึกษาในงานวิจยั นี้