Biosensor

Biosensor
(Multimedia Input)

Biosensor คือเครื่องมือวิเคราะห์สำเร็จรูปประเภทหนึ่ง ซึ่งจะมีหน่วยทางชีวภาพ เช่น เอนไซม์, สารปฏิชีวนะ, จุลินทรีย์ หรือ ดีเอนเอ ทำหน้าที่ในการตรวจวิเคราะห์ซึ่งอาจบรรจุสำเร็จหรือเป็นอุปกรณ์ที่ติดมากับ physicochemical transducer ตัวอย่างของ physicochemical ได้แก่ electrochemical, optical, thermomotric และ piezoelectric เป็นต้น จุดประสงค์เพื่อใช้ส่งสัญญาณทางอิเล็คทรอนิคแบบต่อเนื่อง หรือกึ่งต่อเนื่อง ซึ่งเป็นสัดส่วนกับสารตัวอย่างเฉพาะหรือกลุ่มของสารตัวอย่าง Biosensor มีทั้งแบบติดตั้งถาวรและแบบพกพา ที่ให้ข้อมูลทางด้านชนิดและปริมาณของสารที่วิเคราะห์

ประวัติ

แพทยศาสตร์เป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนา biosensor มาจนถึงปัจจุบันนี้ biosensor ทางการค้าเครื่องแรก คือ เครื่องวิเคราะห์กลูโคสสำหรับห้องปฏิบัติการ ที่ผลิตโดย Yellow Springs Instrument (USA.) ในปี ค.ศ. 1975 หลังจากนั้นในปี ค.ศ. 1987 Medisense (USA.) ได้วางจำหน่าย biosensor ขนาดพกกระเป๋าสำหรับผู้ป่วยโรคเบาหวานขึ้น ซึ่งเป็นต้นกำเนิดให้มีการพัฒนาต่อมาอย่างมากมาย เช่น Boehringer (Manuheim, Germany) และ Kyoto Daiichi’s (Japan) “Glucocard” ในปี ค.ศ. 1990 Pharmacia (Uppsala, Sweden) ได้ริเริ่มผลิต optical biosensor โดยใช้ชื่อว่า “BIAcore” และFisons ( Cambridge , UK) ได้แนะนำ “Iaays” ในเวลาเดียวกัน “BIAcore” และ “BIAlite” ก็ถูกพัฒนาขึ้นมาพร้อมๆ กันด้วย โดย Pharmacia แม้ว่าจะมีพัฒนาการในการค้าเหล่านี้ แต่ในอุตสาหกรรมอาหารเทคโนโลยีของ biosensor ก็ไม่เป็นที่แพร่หลายมากนัก ดังนั้น Food Chemistry Group of the Royal Society of Chemistry (UK) จึงได้จัดการประชุมเชิงวิชาการเป็นระยะเวลา 2 วันขึ้น (จัดขึ้นที่ Leeds, ประเทศอังกฤษ, วันที่ 11-12 เมษายน 2537) เพื่อชี้แจงสถานการณ์ทางการค้า และ การวิจัยในปัจจุบันของ biosensor เพื่องานวิเคราะห์ทางด้านอาหาร โดยชื่อของการประชุมนี้ คือ “Biosensors for Food Analysis”

ประกอบด้วยอุปกรณ์ 2 ส่วนคือ

1.ตัวแปลงสัญญาณ(transducer)เป็นอุปกรณ์สำหรับแปลงสัญญาณเฉพาะต่างๆ เช่น อิเลกตรอน แสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อเป็นดัชนีระบุถึงปริมาณสารที่ต้องการวิเคราะห์

2.สารชีวภาพ(BiologicalSubstance)เป็นสารที่มีความสามารถทำปฏิกิริยากับสารที่ต้องการวิเคราะห์อย่างจำเพาะเจาะจง

เมื่อทราบถึงส่วนประกอบโดยรวมแล้วคราวนี้ เรามาดูหลักการทำงานของไบโอเซนเซอร์กันว่าเป็นอย่างไรสมมติว่าเรามีสารที่ต้องการวิเคราะห์อยู่ปริมาณหนึ่งที่ต้องการวิเคราะห์ไปดูกันค่ะว่าไบโอเซนเซอร์นั้นทำงานอย่างไร?

ขั้นตอนแรก

ทำการตรึงสารชีวภาพเข้ากับตัวแปลงสัญญาณเพื่อสร้างไบโอเซนเซอร์สำหรับวิเคราะห์สารที่ต้องการ

ขั้นตอนที่สอง
ไบโอเซนเซอร์ที่ได้มาทำการตรวจวัดสารที่ต้องการวิเคราะห์ ในขั้นตอนนี้สารที่ต้องการวิเคราะห์จะจับกับไบโอเซนเซอร์ที่ตำแหน่งจำเพาะเจาะจงตรงส่วนของสารชีวภาพที่เราตึงบนตัวไบโอเซนเซอร์เราเรียกขั้นตอนนี้ว่ากลไกการจดจำทางชีวภาพ(Biological recognitionmechanism)จากการเข้าจับกันทำให้เกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีและมีการถ่ายทอดสัญญาณเฉพาะ(Indicated signal)ซึ่งอาจเป็นอิเลกตรอน แสง และอื่นๆเข้าสู่ตัวแปลงสัญญาณ

ขั้นตอนที่สาม
ตัวแปลงสัญญาณรับและเปลี่ยนสัญาณเฉพาะเป็นสัญาณไฟฟ้าผ่านเครื่องอ่านสัญญาณออกมา ทำให้เราสามารถอ่านค่าได้ เรียกขั้นตอนนี้ว่าเทคนิคของการรับและแปลงสัญญาณทางกายภาพ(Physicaltransduction technique)และเมื่ออ่านค่าได้ก็ทำให้ทราบว่าสารที่เราวิเคราะห์นั้นเป็นสารใด

เมื่อนำมาประยุกต์ใช้พบว่านำมาไปใช้ตรวจวิเคราะห์สารต่างๆ ได้มากมายเพียงอาศัยหลักการที่ว่าการตรวจวัดสารตัวอย่างแต่ละชนิด จะใช้ตัวแปลงสัญญาณและสารทางชีวภาพที่เฉพาะเจาะจงแตกต่างกันไป ซึ่งมีประโยชน์ในหลายด้านมีประโยชน์ในหลายด้าน ได้แก่


ประโยชน์ของ Bisensor
ด้านการแพทย์ ใช้ไบโอเซนเซอร์ตรวจวัดกลูโคสในผู้ป่วยโรคเบาหวาน เชื้อโรคต่างๆ (รวมทั้งเชื้อไวรัสไข้เลือดออก) ฮอร์โมน และสารเสพติดในปัสสาวะ

ด้านอุตสาหกรรมอาหารและการเกษตร ใช้ไบเซนเซอร์ตรวจวัดสารพิษ เชื้อโรคปนเปื้อนในอาหาร สารปลอมปนในอาหารส่งออก และสารต่างๆ ที่เกิดขึ้นในกระบวนการหมักระดับอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม มีการพัฒนาไบโอเซ็นเซอร์ที่ใช้ตรวจวัดบีโอดีเท่านั้นที่

ด้านสิ่งแวดล้อม ใช้ไบโอเซนเซอร์ตรวจวัดสารพิษ สารฆ่าแมลง โลหะหนัก และสารก่อมลพิษ
ด้านการทหาร ใช้ไบโอเซนเซอร์ตรวจวัดอาวุธชีวภาพ หรืออาวุธเชื้อโรค ตลอดจนสารพิษในยาม
สงคราม

ปัจจุบัน นักวิจัยในต่างประเทศได้วิจัยและพัฒนาไบโอเซ็นเซอร์จนถึงขั้นพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์จำหน่ายในท้องตลาด และมีการนำเข้ามาจำหน่ายในประเทศไทย กลุ่มนักวิจัยไทยได้ค้นคว้าและวิจัยไบโอเซ็นเซอร์อย่างต่อเนื่องมาเป็นเวลาเกือบ 20 ปีแล้ว จนปัจจุบันมีการพัฒนาไบโอเซ็นเซอร์เป็นผลิตภัณฑ์ต้นแบบ ซึ่งกำลังผลักดันให้มีการผลิตเพื่อวางจำหน่ายในอนาคตอันใกล้