ไบโอเซนเซอร์ของอะซิติลโคลีนเอสเทอเรสจากนาโนคอมโพสิตของอนุภาคนาโนทอง/เมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกา สำหรับการตรวจวัดสารฆ่าแมลง

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการดัดแปลงอิเลคโทรดสำหรับอะซิติลโคลีนเอสเทอเรสไบโอเซนเซอร์เพื่อการตรวจวัดสารฆ่าแมลงประเภทออร์กาโนพอสเฟต และคาร์บาเมต โดยใช้เมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกาเป็นวัสดุสำหรับตรึงเอนไซม์โดยอาศัยแรงยึดเหนี่ยวทางประจุเป็นแรงยึดเกาะซึ่งเมโซเซลูลาร์โฟมซิลิกาเป็นวัสดุที่มีลักษณะโครงสร้างเป็นรูพรุนที่มีพื้นที่ผิวสูง มีปริมาตรของรูพรุนสูง มีคุณสมบัติเข้ากับเอนไซม์ได้ดี รวมทั้งพื้นที่ผิวที่มีหมู่ฟังก์ชั่นที่สามารถปรับปรุงได้ง่าย ส่วนวัสดุนาโนทองเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติที่ดีในการนำไฟฟ้าจึงนิยมนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ในงานไบโอเซนเซอร์เพราะจะเป็นตัวช่วยในการส่งถ่ายอิเล็กตรอน ดังนั้นการนำวัสดุทั้ง 2 ประเภทนี้มาสังเคราะห์ร่วมกันเพื่อนำไปใช้ในการตรึงเอนไซม์ในงานไบโอเซนเซอร์ก็จะทำให้ได้ไบโอเซนเซอร์ที่มีประสิทธิภาพในการตรวจวัดที่ดี สำหรับการสังเคราะห์วัสดุผสมระหว่างเมโซพอรัสซิลิกา/อนุภาคนาโนทองนั้น ขั้นตอนในการสังเคราะห์แบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอน ในขั้นตอนแรกจะเป็นการสังเคราะห์วัสดุเมโซเซลูลาร์โฟมซิลิกา โดยใช้สารพลูโรนิก พี 123 เป็นสารกำหนดโครงสร้าง และเตตระเอทิล ออโทซิลิเกต เป็นสารโครงสร้างหลัก ซึ่งพบว่าวัสดุเมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกาที่สังเคราะห์ได้มีขนาดของรูพรุนเฉลี่ยอยู่ที่ 26 นาโนเมตร พื้นที่ผิว 537.64 ลูกบาศก์เมตรต่อกรัม และปริมาตรของรูพรุน 1.02 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อกรัม ซึ่งในขั้นตอนต่อมาจะนำวัสดุเมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกานี้มาปรับปรุงพื้นผิวด้วยสารก่อฟังก์ชั่นเอพีทีเอส (3-อะมิโนโพรพิลไตรเอทอกซีไซเลน) โดยนำไปรีฟลักซ์ในโทลูอีนที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส จะทำให้เกิดหมู่ไธออลบริเวณพื้นผิวรูพรุน ซึ่งจะช่วยให้สามารถดูดซับทองคลอไรด์ไอออน (AuCl4-) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองได้ และในขั้นตอนสุดท้ายจะนำวัสดุเมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกาที่ดูดซับทองคลอไรด์ไออนมาผ่านวิธีอัลตร้าโซนิค (ultrasonic irradiation) ซึ่งเร่งให้เกิดการแตกตัวของน้ำเป็นไฮโดรเจนฟรีเรดิคอล (•H) และไฮดรอกซิลฟรีเรดิคอล (•OH) ซึ่งจะทำหน้าที่รีดิวซ์ทองในรูปของไออน (Au3+) จากทองคลอไรด์ไอออน (AuCl4-) ให้ เกิดเป็นอะตอมของทองยึดเกาะภายในรูพรุนของวัสดุเมโซเซลลูลาร์โฟมซิลิกา ซึ่งพบว่าขนาดเฉลี่ยของอนุภาคของทองที่สังเคราะห์ขึ้นคือ 4.9 นาโนเมตร เมื่อนำวัสดุ เมโซพอรัสซิลิกา/อนุภาคนาโนทองมาตรึงเอนไซม์จะได้ปริมาณเอนไซม์ตรึงรูปที่ 48.20 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเอนไซม์ที่ตรึงรูปนี้มาดัดแปลงอิเลคโทรดของไบโอเซนเซอร์ร่วมกับไคโตซานฟิล์ม จะได้อิเลคโทรด SPCE/MCF/AuNPs/AChE/Chitosan เมื่อนำมาทดสอบ การตอบสนองทางไฟฟ้าด้วยวิธีไซคลิกโวลแทมเมตรี พบว่าให้การตอบสนองสูงสุดเมื่อป้อนศักย์ไฟฟ้าเท่ากับ +0.8 โวลต์ และสามารถวัดสารฆ่าแมลงประเภทออร์กาโนฟอตเฟต คือ เมธิล พาราไธออนได้ในช่วงความเข้มข้น 1 ถึง 200 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม และ1 ถึง 200 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม โดยมีความไวในการตอบสนอง 0.0928 และ 0.028 นาโนแอมแปร์ต่อนาโนโมลาร์ตามลำดับ ค่าความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถตรวจวัดได้คือ 0.065 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม ส่วนสารฆ่าแมลงประเภทคาร์บาเมตที่ทำการตรวจวัดคือเมโทมิล ซึ่งสามารถตรวจวัดได้ในช่วงความเข้มข้น 1 ถึง 10 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม และ 10 ถึง 100 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม โดยมีความไวในการตอบสนอง 1.1523 และ 0.3204 นาโนแอมแปร์ต่อนาโนโมลาร์ ตามลำดับ ค่าความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถตรวจวัดได้คือ 0.128 นาโนกรัมต่อมิลลิกรัม ซึ่งเป็นช่วงการตรวจวัดที่เหมาะสมกับการใช้งานตามเกณฑ์ทางกฎหมาย เมื่อทดสอบความคงในการตอบสนองของของอิเลคโทรดที่ดัดแปลงขึ้นเมื่อทำการเก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 20 วัน ก็พบว่า อิเลคโทรดที่ดัดแปลงขึ้นนี้สามารถเก็บรักษาสัญญาณในการตอบสนองได้ 91 % เมื่อเทียบกับกระแสของการตอบสนองในวันแรก