การพัฒนาต้นแบบแก๊สเซนเซอร์บนฐานของโครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์แบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกสังเคราะห์ด้วยเปลวไฟ สำหรับการตรวจวัดแก๊สจำเพาะในโรคของระบบทางเดินอาหาร

บทคัดย่อ

สำหรับข้อเสนอโครงการนี้ ได้มุ่งเน้นการพัฒนางานวิจัยเชิงบูรณาการร่วมระหว่างงานวิจัยเชิงวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และ เชิงการแพทย์ ภายใต้รูปแบบการสังเคราะห์วัสดุด้วยเทคนิคเฟลมสเปรย์ไพโรลิซิสที่ได้ถูกพัฒนามาอย่างยาวนาน ซึ่งถูกนำมาใช้เพื่อสังเคราะห์วัสดุโครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์เชิงเดี่ยวและโครงสร้างสปิเนลแบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้พื้นฐานการศึกษาการสังเคราะห์ด้วยการควบคุมปริมาณสารสัมพันธ์เชิงเคมี และการเตรียมสารละลายตั้งต้นด้วยความแม่นยำสูง ซึ่งถูกขับเคลื่อนผ่านระบบนอซเซิลในระบบการสังเคราะห์ด้วยเทคนิคเฟลมสเปรย์ไพโรลิซิสในขั้นตอนเดียว ด้วยการควบคุมสัณฐานวิทยาเชิงโครงสร้าง ขนาดอนุภาค และ องค์ประกอบเฟสด้วยกระบวนการเผาไหม้และการระเหยอย่างรวดเร็ว ภายหลังจากการสังเคราะห์วัสดุนาโนโลหะออกไซด์แบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยารวมถึงการนำมาขึ้นรูปเป็นชั้นฟิล์มตอบสนอง จะถูกนำมาวิเคราะห์สมบัติเชิงโครงสร้าง เชิงกายภาพ และเชิงเคมี ด้วยเทคนิคชั้นสูงหลายประเภท เช่น การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์, สเปคโตรสโคปีของการดูดซับรังสีเอกซ์, สเปคโตรสโคปีของอนุภาคอิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยด้วยรังสีเอกซ์, รามานสเปคโตรเมตทรี, กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด, กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง และ สเปคโตรสโคปีของการกระจายตัวด้วยค่าพลังงานรังสีเอกซ์ เป็นต้น สำหรับเซนเซอร์จะถูกเตรียมได้ด้วยเทคนิคสปินโคตติง และจะถูกทดสอบการตอบสนองอย่างเป็นระบบในระดับห้องปฏิบัติการต่อแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ แอมโมเนีย รวมถึงแก๊สประเภทอื่น เพื่อวิเคราะห์ถึงสภาวะเหมาะสมที่สุดของค่าพารามิเตอร์เซนเซอร์ยังผล ประกอบด้วย ปัญหาเอส (ความไวในการตอบสนอง, การคัดสรรจำเพาะ, ความเสถียรภาพ) เวลาในการตอบสนอง/เวลาการคืนตัว สภาวะการทำซ้ำได้ด้วยการทดสอบภายใต้ค่าขีดจำกัดความเข้มข้นต่ำสุด อุณหภูมิในการทำงาน และระดับปริมาณการโหลด/เจือด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา เป็นต้น ภายหลังการประเมินผลจากการทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการ ผลการทดสอบที่มีความโดดเด่นจะถูกนำมาพัฒนาอย่างต่อเนื่องเชิงการประดิษฐ์เป็นต้นแบบแก๊สเซนเซอร์ด้วยการขึ้นรูปวัสดุที่สังเคราะห์ได้กับชิพเซนเซอร์ GASSET ต้นทุนต่ำซึ่งถูกพัฒนาได้อย่างมีประสิทธิภาพต่อการใช้งานจริง ภายใต้ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) โดยจะถูกทดสอบรูปแบบการตอบสนองซ้ำด้วยการลดขนาดของชิพภายใต้ระบบการทดสอบที่มีสภาวะเหมาะสมต่อการนำไปประยุกต์ใช้จริงต่อไป มากไปกว่านั้น ส่วนหนึ่งของการดำเนินงานวิจัยจะได้มีการพัฒนาองค์ความรู้ควบคู่กันกับงานวิจัย ในเชิงของการอธิบายกลไกการตอบสนองเชิงลึกจากผลการทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการทดลอง ด้วยการทำงานของวัสดุเซนเซอร์ บนฐานของวัสดุโครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์แบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งคาดว่าจะสามารถเพิ่มสมรรถนะการเกิดอันตรกิริยาบนพื้นผิวด้วยตำแหน่งก่อกัมมันต์ของการดูดซับสปีชีส์แก๊สวิเคราะห์ได้สูงขึ้นโดยผ่านกระบวนการการเร่งปฏิกิริยาที่มีความจำเพาะเจาะจง ท้ายสุด ด้วยการพัฒนางานวิจัยเชิงพื้นฐานและเชิงประดิษฐ์อย่างมีประสิทธิผลแล้ว ต้นแบบแก๊สเซนเซอร์ที่ถูกพัฒนาได้ จะถูกนำไปใช้ประโยชน์จริงด้วยการทดสอบเบื้องต้นในเชิงการแพทย์ สำหรับการตรวจวัดแก๊สจำเพาะในกลุ่มผู้ป่วยที่อาจเกิดความผิดปกติด้วยโรคของระบบทางเดินอาหาร ประกอบด้วยโรคลำไส้แปรปรวนภายใต้การตรวจจับปริมาณแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ด้วยค่าขีดจำกัดความเข้มข้นต่ำสุดเท่ากับ 6 พีพีเอ็มหรือต่ำกว่า หรือ โรคกระเพาะอาหารอักเสบและมะเร็งกระเพาะอาหาร ภายใต้การตรวจจับปริมาณแก๊สแอมโมเนียด้วยค่าขีดจำกัดความเข้มข้นต่ำสุดเท่ากับ 200 พีพีเอ็มหรือต่ำกว่า รวมถึงการทดสอบการตอบสนองต่อแก๊สประเภทอื่นร่วมด้วยทั้งในกลุ่มสารประกอบกรดอินทรีย์ระเหยได้ สารประกอบอินทรีย์กลุ่มซัลไฟด์ระเหยได้ และ สารประกอบไออินทรีย์ระเหยได้ เป็นต้น เพื่อศึกษาถึงผลของการเสริมทับกันในการตอบสนองแก๊สได้อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น งานวิจัยนี้อาจก่อให้เกิดต้นแบบแก๊สเซนเซอร์ที่ถูกพัฒนาด้วยการสร้างวัสดุโครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์แบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยเทคนิคเฟลมสเปรย์ไพโรลิซิส ควบคู่กับการพัฒนาชิพเซนเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งคาดหวังว่าจะเป็นตัวอย่างต้นแบบแก๊สเซนเซอร์ที่มีการตอบสนองและมีความคัดสรรจำเพาะที่มีประสิทธิที่สูง และยังมีความเหมาะสมในการประยุกต์ใช้เชิงการแพทย์สำหรับตรวจจับแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ และ แอมโมเนียได้อย่างจำเพาะในกลุ่มผู้ป่วยที่อาจมีความผิดปกติด้วยโรคของระบบทางเดินอาหารได้อย่างน่าสนใจต่อไป

คำสำคัญ