เป็นเหมือนกันรึปล่าวน้า ถ้าได้ยินอะไรเกี่ยวกับแลปเคมี เราก็จะนึกถึงห้องปฏิบัติการทางเคมีที่มีอุปกรณ์เยอะแยะเต็มไปหมด ยิ่งถ้าต้องทำงานที่มันซับซ้อนด้วยแล้ว เครื่องไม้เครื่องมือที่ต้องใช้ในการทำการทดลองก็จะซับซ้อนไปด้วยเช่นกัน นั่นเพราะว่ากระบวนการทางเคมีมันมีหลายขั้นตอนไม่ว่าจะเป็น การเตรียมตัวอย่าง การวิเคราะห์สาร การแยกสารหรือการตรวจวัดสารที่สนใจ แต่รู้มั๊ยคะว่าเราสามารถย่อส่วนต่าง ๆ ของห้องปฏิบัติการมาไว้บนวัสดุเล็ก ๆ แล้วทำให้เกิดกระบวนการวิเคราะห์ได้อย่างครบถ้วนสมบูรณ์เลย วิธีการแบบนี้เราเรียกกันว่า Lab-on-a-chip หรือห้องปฏิบัติการขนาดเล็ก (รูปที่ 1)
รูปที่ 1 Lab–on–a–chip [1,2]
วัสดุที่ใช้ในการทำอุปกรณ์ Lab on a chip มีได้หลายชนิด เช่น แก้ว พอลิเมอร์ โพลีไดเมทิลซิลอกเซน (PDMS) หรือ พอลิเมทิลเมทาคริเลต (PMMA) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของปฏิกิริยาที่ใช้ อุปกรณ์แผ่นล่างมักจะมีการกัดเซาะให้เกิดเป็นร่องขนาดเล็กมาก ๆ (โดยส่วนใหญ่จะอยู่ในระดับ µm) เมื่อประกบกับอุปกรณ์แผ่นบนก็จะทำให้เกิดช่องทางการไหล ซึ่งเป็นพื้นที่สำหรับการทำปฏิกิริยาหรือกระบวนการแยกสาร (รูปที่ 2) เทคนิคที่ใช้ในการกัดเซาะร่องของอุปกรณ์แผ่นล่างที่ใช้สำหรับวัสดุที่เป็นแก้วได้แก่ การใช้กรดกัดแก้ว และ เทคนิค photolithography เพื่อให้เกิดลวดลายต่าง ๆ เมื่อนำอุปกรณ์แผ่นล่างและบนมาประกบกัน แล้วหลอมแผ่นแก้วทั้งสองด้วยอุณหภูมิสูงก็จะได้อุปกรณ์ Lab–on–a–chip ที่ต้องการ วิธีนี้เป็นวิธีที่ละเอียดและมีขั้นตอนที่ซับซ้อน ในปัจจุบันจึงมีการพัฒนาเทคนิคอื่น ๆ เข้ามาใช้เช่น การกัดเซาะด้วยแสงเลเซอร์ เป็นต้น
รูปที่ 2 การเซาะร่องบน Lab-on-a-chip ในรูปแบบต่าง ๆ [3]
รูปที่ 3 (a) แสดงลวดลายการกัดเซาะร่องด้วยเลเซอร์บน PMMA chip แผ่นล่าง (b) การเจาะรูสำหรับช่องทางนำสารเข้าและบริเวณการตรววัดสารบน PMMA chip แผ่นบน (c) อุปกรณ์ Lab-on-a-chip เมื่อนำแผ่นล่างและแผ่นบนมาประกบกันแล้วให้ความร้อนและ (d) การใช้อุปกรณ์ Lab-on-a-chip เป็นไมโครรีแอคเตอร์สำหรับระบบการไหลขนาดเล็ก อุปกรณ์ Lab-on-a-chip สามารถออกแบบได้อย่างหลากหลายและสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้อย่างกว้างขวางไม่ว่าจะเป็นงานด้านการแพทย์ เภสัชกรรม สิ่งแวดล้อม อาหารและเกษตรกรรม
รูปที่ 4 การใช้ glass chip ในการตรึงเอนไซม์บนวัสดุรูพรุน poly(GMA–co–EDMA) สำหรับการตรวจวัดสารกำจัดศัตรูพืช paraoxon [5]
ข้อดีหลัก ๆ ของ Lab–on–a–chip คือสามารถลดปริมาณการใช้สารเคมีที่เป็นพิษ รุนแรงหรือ อันตรายลงได้อย่างมหาศาล เนื่องจากอุปกรณ์มีขนาดเล็กมาก พื้นที่ในการเกิดปฏิกิริยาหรือเกิดกระบวนการทางเคมีต่าง ๆ อยู่ในระดับ µm หรือ nm ซึ่งเล็กมาก ๆ เมื่อเทียบกับการทำการทดลองแบบดั้งเดิมในห้องปฏิบัติการ นอกจากนี้ยังสามารถลดปริมาณของเสียทางเคมี ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและทำให้ผู้ทำการทดลองมีความปลอดภัยมากขึ้น เห็นหรือยังคะว่า อุปกรณ์จิ๋ว ๆ แบบ Lab–on–a–chip ก็สามารถทำการทดลองตามกระบวนการทางเคมีได้อย่างครบถ้วนและให้ผลการทดลองที่ถูกต้อง แม่นยำ เช่นเดียวกับห้องปฏิบัติการขนาดใหญ่ได้เลย ถึงขนาดจะเล็กแต่ประสิทธิภาพไม่เล็กนะคะ จิ๋วแต่แจ๋วตัวจริงเลยค่ะ
reference
[1] https://www.hull.ac.uk/work–with–us/research/groups/lab–on–a–chip
[2] https://www.gene–quantification.de/lab–on–chip–index.html
[3] Mater. Adv., 2021,2, 845–855
[4] Instrumentation Science & Technology 43, (2015), 303–318
[5] International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 93 (2013) 739–754.
บทความโดย : ผศ.ดร.ภารวี รัตนกิจ
