เซ็นเซอร์อนุภาคนาโนตรวจจับสารหนูในน้ำดื่ม

“ผู้คนประมาณ 785 ล้านคนอยู่อาศัยโดยปราศจากน้ำดื่มที่สะอาดและปลอดภัย ประชาชน 140 ล้านคนในกว่า 50 ประเทศได้รับน้ำที่ปนเปื้อนสารหนู” เหล่านี้เป็นคำกล่าวเปิดงานที่ชัดเจนจากมูฮัมหมัด อับบาสซึ่งกล่าวในการประชุม APS เมื่อเดือนมีนาคม ที่ผ่านมา พิษจากสารหนูเป็นปัญหาด้านสาธารณสุขที่สำคัญที่สุดแห่งหนึ่งทั่วโลก สารหนูใช้ในเซมิคอนดักเตอร์ ยา สารกันบูดไม้ ยาฆ่าแมลง และอาหารไก่ และจะถูกชะลงไปในน้ำบาดาล 

การได้รับสารเป็นเวลานานสามารถนำไปสู่

มะเร็งไต ตับ ปอด และผิวหนัง รวมทั้งทำให้เกิดโรคผิวหนังและปัญหาสุขภาพอื่นๆ เช่น โรคหัวใจความดันโลหิตสูง ด้วยเหตุนี้ องค์การอนามัยโลกและสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมจึงแนะนำขีดจำกัดสูงสุดของสารหนู 10 ไมโครกรัม/ลิตรในน้ำดื่ม

แม้จะมีปัญหาด้านสุขภาพที่ร้ายแรงเหล่านี้ การทดสอบสารหนูในน้ำในปัจจุบันต้องใช้เครื่องมือในห้องปฏิบัติการที่มีราคาแพงซึ่งไม่สามารถใช้สำหรับการตรวจจับในสถานที่และไม่เหมาะสำหรับประเทศกำลังพัฒนา Abbas และเพื่อนร่วมงานที่LUMSในปากีสถานหวังว่าจะแก้ปัญหาความขาดแคลนนี้ด้วยการออกแบบเซ็นเซอร์ราคาประหยัดที่สามารถตรวจจับสารหนูในน้ำดื่มได้ “เราตั้งเป้าที่จะพัฒนาเซ็นเซอร์ที่มีความละเอียดอ่อนและเลือกสรร ทนทานและเชื่อถือได้ ราคาไม่แพง พกพาสะดวก และใช้งานง่ายสำหรับช่างเทคนิคในท้องถิ่น” เขากล่าว

เซ็นเซอร์จะใช้อนุภาคนาโนทองคำ (AuNPs) ซึ่งเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานการตรวจจับเนื่องจากดูดซับสเปกตรัมที่มองเห็นได้และเปลี่ยนสีตามขนาด รูปร่าง และเคมีพื้นผิว ในการสร้างเซ็นเซอร์ Abbas และเพื่อนร่วมงานเคลือบ AuNPs ด้วยกรดไดไฮโดรไลโปอิก สารเคลือบนี้ทำให้อนุภาคนาโนมีเสถียรภาพ ซึ่งก่อตัวในสถานะกระจายตัวในน้ำและมีสีแดงไวน์ การเพิ่มอิเล็กโทรไลต์เช่นเกลือจะไม่ส่งผลต่อ AuNP ซึ่งยังคงกระจายตัวและยังคงเป็นสีแดง

หากน้ำมีสารหนู สารหนูจะจับกับกรดไดไฮโดรไลโปอิก 

ทำให้ไม่สามารถปกป้องพื้นผิว AuNPs ได้ ในสถานการณ์สมมตินี้ การเติมเกลือจะทำให้ AuNP รวมกลุ่มและเปลี่ยนสี “การรวมกลุ่มนี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณสารหนูที่มีอยู่ ซึ่งตัดสินความแรงในการเปลี่ยนสี” อับบาสซึ่งเป็นนักศึกษาระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ดัลลัสอธิบาย

เปลี่ยนสีสารละลายอนุภาคนาโนทองคำเปลี่ยนสีเมื่อสัมผัสกับสารหนู (ขอบคุณ: มูฮัมหมัด อับบาส)

เพื่อทดสอบแนวทางนี้ ทีมงานได้ดำเนินการตรวจสเปกโตรสโคปี UV ในสารละลาย AuNP ที่มีความเข้มข้นของสารหนูต่างกัน “เราสามารถเห็นการเปลี่ยนแปลงของสีที่มองเห็นได้ด้วยปริมาณสารหนูที่เพิ่มขึ้น โดยอนุภาคนาโนจะเปลี่ยนจากสีแดงเป็นสีน้ำเงิน” อับบาสกล่าว การสแกนภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของ AuNP ก่อนและหลังการเติมสารหนูยืนยันกลไกการจับกลุ่มที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนสี

ขีดจำกัดการตรวจจับของเซ็นเซอร์คือ 50 ไมโครกรัม/ลิตร (50 ส่วนต่อพันล้าน) สารหนูเมื่อดูด้วยตาเปล่า หรือ 3 ไมโครกรัม/ลิตรโดยใช้เครื่องสเปกโตรสโคปี UV-visible ความไวนี้ต่ำกว่าวิธีการที่มีเทคโนโลยีสูงที่มีอยู่ เช่น อะตอมมิกฟลูออเรสเซนส์สเปกโตรสโคปี อะตอมมิกดูดกลืนสเปกโทรสโกปี หรือแมสสเปกโตรเมทรี ซึ่งสามารถตรวจจับส่วนต่างๆ ต่อล้านล้านของสารหนูได้ แต่ Abbas เน้นย้ำว่าระบบเหล่านี้มีค่าใช้จ่ายสูง ไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้ และต้องการบุคลากรที่ได้รับการฝึกอบรมเพื่อดำเนินการ

“วิธีการวัดสีมีราคาไม่แพงและพกพาสะดวก ขีด จำกัด ของการตรวจจับลดลงในขณะนี้ แต่สามารถปรับปรุงได้” เขากล่าว

ทีมงานยังได้ตรวจสอบการรบกวนที่อาจเกิดขึ้น

จากสารปนเปื้อนโลหะอื่นๆ และพบว่า ยกเว้นปรอท ไม่มีโลหะใดแทรกแซงอย่างรุนแรง และแม้แต่ปรอทก็ส่งผลกระทบต่อสเปกตรัมการดูดกลืนแสงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น “นี่แสดงให้เห็นว่าเซ็นเซอร์จะคัดเลือกและไม่ถูกรบกวนโดยองค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีอยู่ในน้ำดื่ม” Abbas อธิบาย “ในอนาคต วิธีนี้อาจนำไปสู่การออกแบบอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกเพื่อตรวจหาสารหนู”

ที่งาน ECR 2021 Janna Morawitz จากInstitute of Diagnostic and Interventional Radiology at the University Hospital of Düsseldorf ได้นำเสนอผลการศึกษาที่เปรียบเทียบการใช้รูปแบบการถ่ายภาพสี่แบบเพื่อประเมินสถานะปมประสาท การวิเคราะห์จากหลายสถาบันพบว่า F-FDG PET/MRI ของทรวงอก18มีประสิทธิภาพดีกว่าการตรวจด้วยคลื่นเสียงความถี่วิทยุ รักแร้ MR เต้านม และ MRI ทรวงอกในการพิจารณาสถานะต่อมน้ำเหลืองที่ซอกใบของสตรีที่เป็นมะเร็งเต้านมที่เพิ่งได้รับการวินิจฉัยว่าเป็นมะเร็งเต้านมชนิดแพร่กระจาย

การศึกษานี้รวมผู้ป่วย 44 รายที่มีโหนดบวกและ 68 รายที่มีโหนดลบโดยพิจารณาจากการวินิจฉัยทางจุลพยาธิวิทยา ผู้ป่วยทั้งหมดได้รับการตรวจภาพทั้งสี่ครั้ง PET/MRI ทรวงอกแสดงทั้งความแม่นยำสูงสุด (90.18%) และความไว (81.8%) ของสี่วิธี ตามด้วยการตรวจคลื่นเสียงรักแร้ด้วยความแม่นยำ 87.04% และความไว 69.1%

PET/MRI ทรวงอกยังมีค่าพยากรณ์เชิงลบสูงสุดที่ 89.0% ตามด้วยการตรวจด้วยคลื่นเสียงตามแนวแกนที่ 83.3% อย่างไรก็ตาม การถ่ายภาพด้วยคลื่นเสียงรักแร้ ซึ่งเป็นการตรวจภาพที่ใช้บ่อยที่สุด มีความเฉพาะเจาะจงสูงสุด (98.5%) ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีช่วยปรับปรุงการถ่ายภาพสำหรับผู้ป่วยเด็ก

Morawitz รายงานว่าผู้ป่วย 8 รายที่มีต่อมน้ำหลืองที่เป็นบวกถูกตรวจด้วย PET/MRI แต่วิธีอื่นๆ อีกสามวิธีพลาดสิ่งเหล่านี้ด้วย โดยรวมแล้วการตรวจด้วยคลื่นเสียงรักแร้ทำให้เกิดผลลบปลอม 13 รายการ ตามด้วย MRI ทรวงอก (16) และ MRI เต้านม (17) การตรวจด้วยคลื่นเสียงตามรักแร้มีจำนวนผลบวกปลอมน้อยที่สุด โดยมีเพียง 1 ราย ตามด้วย MRI ทรวงอก 2 ราย ตามด้วย MRI เต้านมและ PET/MRI ทรวงอก โดยแต่ละรายมี 3 ราย

Morawitz กล่าวว่า “ในการตั้งค่าทางคลินิก การใช้ PET/MRI ร่วมกับการตรวจคลื่นเสียงรักแร้อาจได้รับการพิจารณาเพื่อให้มีความปลอดภัยมากขึ้นในการวินิจฉัย และลดจำนวนการสุ่มตัวอย่างการผ่าตัดที่ไม่จำเป็น” Morawitz กล่าว “นักรังสีวิทยาสามารถใช้ PET/MRI เป็นเครื่องมือในการค้นหาได้เนื่องจากมีความไวสูง และเพิ่มการตรวจคลื่นเสียงตามซอกใบในภายหลังหากตรวจพบต่อมน้ำเหลืองที่น่าสงสัย”

Credit : zakopanetours.net ianwalk.com immergentrecords.com imperialvalleyusbc.org inmoportalgalicia.net