การพัฒนาไบโอเซนเซอร์ทางไฟฟ้าเคมีด้วยวัสดุนาโนปรับปรุงบนผิวหน้าขั้วไฟฟ้า พิมพ์สกรีนคาร์บอนสำหรับตรวจวัดสารบ่งชี้มะเร็ง

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้พัฒนาไบโอเซนเซอร์สำหรับตรวจวัดสารบ่งชี้มะเร็งชนิดคาร์ซิโนเอ็มบริโอ นิกแอนติเจน (CEA) โดยใช้แอนติบอดีของ CEA เป็นชั้นจดจำสำหรับตรวจจับ ซึ่งถูกตรึงเข้ากับอนุภาคคอร์เชลล์ Fe3O4@Au ขนาดนาโน บนผิวหน้าขั้วไฟฟ้าพิมพ์สกรีนคาร์บอนปรับปรุงด้วยแมงกานีสไดออกไซด์เกาะติดบนแผ่นกราฟีนนาโนเพลตเลต ด้วยแรงทางแม่เหล็กภายนอก ตรวจวัดสัญญาณกระแสด้วยเทคนิคลิเนียร์สวีฟ โวลแทมเมทรี และตรวจวัดสัญญาณความต้านทานไฟฟ้าด้วยเทคนิคอิเล็กโทรเคมิคัล อิมพีแดนซ์ สเปกโทรสโกปี ศึกษาในสารละลายฟอสเฟตบัฟเฟอร์ที่มีสารรีดอกซ์มาตรฐานโพแทสเซียมเฮกซะไซยาโนเฟอเรต [Fe(CN)63-/4-] หลักการตรวจวัดขึ้นอยู่กับความสามารถในการรับส่งอิเล็กตรอนจากการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารรีดอกซ์มาตรฐาน [Fe(CN)63-/4-] บนผิวหน้าขั้วไฟฟ้าที่ปรับปรุง ในสภาวะที่มีและไม่มีสารบ่งชี้มะเร็ง CEA สัญญาณการตรวจวัดที่เปลี่ยนแปลงไปจะสัมพันธ์โดยตรงกับความเข้มข้นของสารบ่งชี้มะเร็ง CEA ทำให้สามารถประยุกต์ใช้ไบโอเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นสำหรับตรวจหาปริมาณของสารบ่งชี้มะเร็ง CEA ได้ ทำการสังเคราะห์ พิสูจน์เอกลักษณ์ และประเมินประสิทธิภาพการนำส่งอิเล็กตรอนของแมงกานีสไดออกไซด์เกาะติดบนแผ่นกราฟีนนาโนเพลตเลต และอนุภาคคอร์เซลล์ Fe3O4@Au ขนาดนาโน พบว่าขั้วไฟฟ้าที่ปรับปรุงด้วยแมงกานีสไดออกไซด์เกาะติดบนแผ่นกราฟีนนาโนเพลตเลต และอนุภาคคอร์เซลล์ Fe3O4@Au ขนาดนาโน ให้สัญญาณการตอบสนองต่อการตรวจวัด [Fe(CN)6]3-/4- สูงที่สุด และให้ประสิทธิภาพการตรวจวัดสาร CEA ดีที่สุด เมื่อเทียบกับขั้วไฟฟ้าที่ไม่ได้ปรับปรุง และขั้วไฟฟ้าที่ปรับปรุงเฉพาะแมงกานีสไดออกไซด์เกาะติดบนแผ่นกราฟีนนาโนเพลตเลต หรืออนุภาคคอร์เซลล์ Fe3O4@Au ขนาดนาโน เพียงอย่างเดียว เนื่องจากในพื้นที่ผิวของขั้วไฟฟ้าที่มีทั้งแมงกานีสไดออกไซด์ แผ่นกราฟีนนาโนเพลตเลต และอนุภาคคอร์เซลล์ Fe3O4@Au ที่ช่วยนำส่งอิเล็กตรอนและมีสภาพการนำไฟฟ้าที่สูง ทำให้ช่วยเสริมการเร่งการนำส่งอิเล็กตรอนจากสารละลายมายังผิวหน้าขั้วไฟฟ้าได้มาก ความไวในการตรวจวัดดีขึ้น นอกจากนี้อนุภาคคอร์เซลล์ Fe3O4@Au ขนาดนาโนยังทำหน้าที่ช่วยตรึงแอนติบอดีให้อยู่บนผิวหน้าขั้วไฟฟ้าด้วยแรงจากแม่เหล็กภายนอก ทำให้ประสิทธิภาพการตรวจวัด CEA แอนติเจนดียิ่งขึ้น ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมและประเมินประสิทธิภาพการทำงานของไบโอเซนเซอร์ สำหรับตรวจวัดสารบ่งชี้มะเร็งชนิด CEA พบว่าปริมาณที่เหมาะสมของแผ่นกราฟีนนาโนเพลตเลตบนผิวหน้าขั้วไฟฟ้าคือ 5 มิลลิกรัมต่อตารางเซนติเมตร อัตราส่วนมิลลิกรัมของกราฟีนนาโนเพลตเลตต่อแมงกานีส คือ 1 ต่อ 0.1 มิลลิกรัม ความเข้มข้นแอนติบอดี 250 ไมโครกรัมต่อมิลลิลิตร อัตราการสแกนของเทคนิคลิเนียร์สวีฟ โวลแทมเมทรี 0.04 โวลต์ต่อวินาที เทียบกับขั้วไฟฟ้าซิลเวอร์-ซิลเวอร์คลอไรด์ ความเป็นกรด-เบสของสารละลายบัฟเฟอร์ที่ 7.4 อุณหภูมิที่เหมาะสมในการบ่มสาร 37 องศาเซลเซียส ระยะเวลาในการบ่มแอนติบอดีและแอนติเจนบนผิวหน้าขั้วไฟฟ้า 120 นาที ประเมินประสิทธิภาพการวิเคราะห์ของไบโอเซนเซอร์ พบช่วงความเป็นเส้นตรง 0.001-100 นาโนกรัมต่อมิลลิลิตร ขีดความสามารถในการตรวจวัดต่ำสุด 0.00019 และ 0.00032 นาโนกรัมต่อมิลลิลิตร ของเทคนิคลิเนียร์สวีฟ โวลแทมเมทรี และเทคนิคอิเล็กโทรเคมิคัลอิมพีแดนซ์ สเปกโทรสโกปี ตามลำดับ ความแม่นยำของการตรวจวิเคราะห์ (5 ซ้ำ) และขั้วไฟฟ้า (5 ขั้วไฟฟ้า) ในช่วง 2.3-3.3 และ 4.5-4.9 เปอร์เซ็นต์เบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ ตามลำดับ ไบโอเซนเซอร์คงความเสถียรในช่วงเวลา 1 อาทิตย์ โดยให้สัญญาณการตรวจวัดสาร CEA ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ของสัญญาณเริ่มต้น สารจำพวกสารบ่งชี้มะเร็งชนิดอื่น น้ำตาล คลอเรสเทอรอล และวิตามิน ไม่มีผลรบกวนการวิเคราะห์ที่ความเข้มข้น 500 เท่า ประยุกต์ใช้ไบโอเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นสำหรับตรวจหาปริมาณของ CEA ในตัวอย่างเซรัมของมนุษย์ และเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์กับเทคนิคการวัดการเรืองแสงด้วยเคมีไฟฟ้าโดยอาศัยการทำปฏิกิริยาระหว่างแอนติเจนและแอนติบอดี เป็นเทคนิคมาตรฐาน พบว่าไบโอเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นตรวจพบปริมาณสารบ่งชี้มะเร็งชนิด CEA ให้ความถูกต้องและแม่นยำในช่วง 90.4-114.8 เปอร์เซ็นต์ย้อนกลับ และ 1.7-10.5 เปอร์เซ็นต์เบี่ยงเบนมาตรฐาน ตามลำดับ ผลการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคการวัดการเรืองแสงด้วยเคมีไฟฟ้าโดยอาศัยการทำปฏิกิริยาระหว่างแอนติเจนและแอนติบอดี ใช้เป็นเทคนิคมาตรฐาน ให้ความถูกต้องและแม่นยำในช่วง 94.2-103.2 เปอร์เซ็นต์ย้อนกลับ และ 0.36-3.04 เปอร์เซ็นต์เบี่ยงเบนมาตรฐาน ตามลำดับ ดังนั้นยอมรับได้ว่าไบโอเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นสามารถประยุกต์ใช้วิเคราะห์ปริมาณสารบ่งชี้มะเร็งชนิด CEA ให้ผลการวิเคราะห์ที่ถูกต้องและแม่นยำ สามารถประยุกต์ใช้ไบโอเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นนำไปวิเคราะห์ปริมาณสารบ่งชี้มะเร็งชนิด CEA ในตัวอย่างเซรัมมนุษย์และตัวอย่างอื่นๆ ได้ ณ สถานที่จริง

คำสำคัญ