เซ็นเซอร์ตรวจจับสารกำจัดวัชพืชที่เป็นพิษ

นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งเวียดนามประสบความสำเร็จในการพัฒนาเซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าขั้นสูงที่สามารถตรวจจับสารตกค้างของยาฆ่าวัชพืชไกลโฟเสตได้ในความเข้มข้นต่ำมาก

หากไม่จัดการและใช้สารกำจัดวัชพืชอย่างถูกวิธี จะก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม

ผลลัพธ์นี้ไม่เพียงแต่สอดคล้องกับแนวโน้มการวิจัยระดับนานาชาติเท่านั้น แต่ยังเปิดโอกาสในการนำไปประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติในการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อมและการรับรองความปลอดภัยในการผลิตอีกด้วย

ไกลโฟเสตเป็นสารกำจัดวัชพืชที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดชนิดหนึ่งของโลกมาตั้งแต่ปี 1974 เนื่องจากพันธะคาร์บอน-ฟอสฟอรัสที่แข็งแรงในโมเลกุล ทำให้สารประกอบนี้สลายตัวได้ยากตามธรรมชาติ ดังนั้นจึงสามารถคงอยู่ในดินและน้ำได้เป็นเวลานาน การศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าการสัมผัสไกลโฟเสตเป็นเวลานานอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์ เช่น การแท้งบุตร ความพิการแต่กำเนิด หรือการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม นอกจากนี้ เมื่อความเข้มข้นเกินขีดจำกัดที่อนุญาต ไกลโฟเสตจะเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ ทำให้แหล่งน้ำปนเปื้อนและส่งผลกระทบเชิงลบต่อความหลากหลายทางชีวภาพ ในบริบทนี้ การตรวจจับและติดตามสารตกค้างของไกลโฟเสตในสิ่งแวดล้อมจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการจัดการ ทางการเกษตร และการคุ้มครองสุขภาพของประชาชน

อย่างไรก็ตาม วิธีการวิเคราะห์ในปัจจุบัน เช่น โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง (HPLC) โครมาโทกราฟีแก๊ส (GC) หรืออิเล็กโทรโฟเรซิสแบบแคปิลลารี แม้ว่าจะให้ความแม่นยำสูง แต่ก็ต้องใช้อุปกรณ์ราคาแพง ขั้นตอนการประมวลผลตัวอย่างที่ซับซ้อน และยากต่อการนำไปใช้ในวงกว้าง

จากความเป็นจริงนี้ ทีมวิจัยนำโดยรองศาสตราจารย์ ดร. วู ถิ ทู ฮา ได้พัฒนาวิธีการใหม่ นั่นคือ เซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าโดยใช้วัสดุโครงร่างโลหะอินทรีย์ (MOF) ที่ได้รับการปรับปรุง ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจจับสารไกลโฟเสตในปริมาณน้อยมากได้อย่างรวดเร็ว แม่นยำ และต้นทุนต่ำกว่าวิธีการแบบดั้งเดิมมาก ผลลัพธ์นี้ได้มาจากการวิจัยในโครงการที่ได้รับการสนับสนุนจากสถาบัน วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีแห่งเวียดนาม ในหัวข้อ "การผลิตวัสดุโครงร่างโลหะอินทรีย์ (MOF) ที่สามารถดูดซับไกลโฟเสตได้อย่างมีประสิทธิภาพ และการประยุกต์ใช้ในการพัฒนาเซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าเพื่อตรวจจับสารไกลโฟเสตในปริมาณน้อยมากในสิ่งแวดล้อม"

เซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าถูกผลิตขึ้นจากวัสดุหลักสองชนิด ได้แก่ CuBTC และ Zr-CuBTC โดย Zr-CuBTC เป็นวัสดุไฮบริดโลหะ-โลหะที่ถูกเลือกใช้เนื่องจากมีคุณสมบัติในการดักจับไกลโฟเสตได้ดีเยี่ยม การแทนที่ทองแดง (Cu) บางส่วนด้วยเซอร์โคเนียม (Zr) ช่วยขยายโครงสร้างรูพรุนของวัสดุ ทำให้โมเลกุลของไกลโฟเสตสามารถแทรกซึมและดูดซับลงบนพื้นผิวเซนเซอร์ได้ง่ายขึ้น ในขณะเดียวกัน วัสดุใหม่นี้ยังช่วยปรับปรุงการนำไฟฟ้าได้อย่างมาก โดยแสดงให้เห็นจากการลดลงอย่างมากของความต้านทานการส่งผ่านจาก 2,464 โอห์ม (สำหรับ CuBTC) เหลือเพียง 703.3 โอห์ม ซึ่งบ่งชี้ถึงการปรับปรุงการนำไฟฟ้าอย่างเห็นได้ชัด

ด้วยการปรับปรุงเหล่านี้ เซ็นเซอร์ Zr-CuBTC บนอิเล็กโทรด GCE จึงมีขีดจำกัดการตรวจจับเพียง 9.0 × 10⁻¹³ M ซึ่งมีความไวเพียงพอที่จะตรวจจับไกลโฟเสตที่ความเข้มข้นต่ำมากในน้ำได้ แม้ว่าการศึกษาในระดับนานาชาติบางแห่งจะมีขีดจำกัดการตรวจจับที่ต่ำกว่า แต่เซ็นเซอร์ของกลุ่มวิจัยนี้ก็ยังโดดเด่นเนื่องจากประสิทธิภาพโดยรวมสูง มีเสถียรภาพที่ดี และสามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมจริง การทดสอบแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์มีเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว (เพียงประมาณ 4.8 วินาที) มีความสามารถในการทำซ้ำที่ดี มีความเลือกจำเพาะสูง และแทบไม่ได้รับผลกระทบจากสารประกอบทั่วไปในตัวอย่างน้ำ

จากพื้นฐานดังกล่าว นักวิจัยยังคงสำรวจหาวิธีเอาชนะข้อจำกัดด้านการนำไฟฟ้าโดยธรรมชาติของวัสดุ MOF โดยการผสมผสาน CuBTC กับอนุภาคนาโนทองคำ (AuPs) การรวมอนุภาคนาโนทองคำไม่เพียงแต่เพิ่มการนำไฟฟ้า แต่ยังปรับปรุงกิจกรรมทางเคมีไฟฟ้าของเซนเซอร์อีกด้วย ส่งผลให้ทีมงานประสบความสำเร็จในการพัฒนาเซนเซอร์รุ่นที่สอง คือ เซนเซอร์ CuBTC/AuPs ซึ่งให้สัญญาณกระแสไฟฟ้าที่แรงกว่ามาก ทำให้สามารถตรวจจับไกลโฟเสตได้ที่ความเข้มข้นต่ำมาก (4.4 × 10⁻¹¹ M) อุปกรณ์นี้ยังแสดงให้เห็นถึงความไวสูง การทำงานที่เสถียร และความสามารถในการทำซ้ำที่ดีภายใต้สภาวะการวัดในโลกแห่งความเป็นจริง

ที่สำคัญ การวิจัยไม่ได้หยุดอยู่แค่การทดสอบในห้องปฏิบัติการ แต่ยังได้รับการตรวจสอบความถูกต้องกับตัวอย่างน้ำจากแม่น้ำแดงด้วย ผลการวิเคราะห์จากเซนเซอร์ทั้งสองประเภทแสดงให้เห็นความคล้ายคลึงกันสูงกับวิธีการ LCMS/MS ซึ่งเป็นเทคนิคที่ทันสมัยและมีความแม่นยำสูง สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าเซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้ามีศักยภาพที่จะกลายเป็นเครื่องมือวิเคราะห์ที่เชื่อถือได้ โดยมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในด้านต้นทุน การพกพา และการนำไปใช้ในการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม

ศาสตราจารย์ร่วม ดร. วู ถิ ทู ฮา กล่าวว่า ทีมวิจัยได้ปรับปรุงวัสดุ MOF โดยการผสมอนุภาคนาโนทองคำเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้า ทำให้ได้เซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าที่มีความไวสูง สามารถตรวจจับไกลโฟเสตได้อย่างแม่นยำและมีขีดจำกัดการตรวจจับต่ำมาก เซนเซอร์ที่ผลิตขึ้นสามารถเก็บรักษาไว้ได้นานถึง 24 ชั่วโมงในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากความชื้นก่อนใช้งาน โดยยังคงรักษาประสิทธิภาพการวัดที่เสถียร ดังนั้น อุปกรณ์นี้จึงเหมาะสำหรับการสำรวจภาคสนามโดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ขนาดใหญ่หรือช่างเทคนิคที่มีความเชี่ยวชาญสูง

ด้วยต้นทุนต่ำ การใช้งานง่าย และสามารถใช้งานได้ทันที ณ จุดเก็บตัวอย่าง เซ็นเซอร์นี้ช่วยให้เจ้าหน้าที่สิ่งแวดล้อมในท้องถิ่นสามารถนำไปใช้งานได้ง่ายขึ้น ขณะเดียวกันก็ลดภาระงานของห้องปฏิบัติการสิ่งแวดล้อมและหน่วยงานควบคุมการเกษตร การนำเซ็นเซอร์นี้ไปใช้ในการตรวจจับสารตกค้างของไกลโฟเสตในสิ่งแวดล้อมจะเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งให้หลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่ชัดเจนแก่หน่วยงานกำกับดูแลเพื่อเสริมสร้างการควบคุมและบังคับใช้กฎหมายให้เข้มงวดขึ้น จากผลลัพธ์เบื้องต้นที่เป็นบวกเหล่านี้ ทีมวิจัยหวังที่จะปรับปรุงเซ็นเซอร์ให้ดียิ่งขึ้น เพื่อเพิ่มความทนทาน ยืดอายุการใช้งาน และให้เหมาะสมกับสภาพสนามมากขึ้น

ตามที่นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งเวียดนามระบุ ผลการวิจัยของโครงการนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ระดับนานาชาติที่มีชื่อเสียงหลายฉบับ ไม่เพียงแต่มีส่วนช่วยในการแก้ปัญหาการตรวจสอบสารตกค้างของยาฆ่าแมลงในสิ่งแวดล้อมเท่านั้น แต่เซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าสำหรับตรวจจับไกลโฟเสตยังแสดงให้เห็นถึงความสามารถของนักวิทยาศาสตร์ในสถาบันฯ ในการเชี่ยวชาญและพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูงอีกด้วย

มินห์ ฮา

ที่มา: https://nhandan.vn/cam-bien-phat-hien-thuoc-diet-co-doc-hai-post951676.html