NECTEC SERS Chips ชิปขยายสัญญาณรามาน พิสูจน์หลักฐานแม่นยำ

โดย...วัชราภรณ์ สนทนา/วีณา ยศวังใจ

การตรวจสอบวัตถุพยานในสถานที่เกิดเหตุ เพื่อใช้เป็นหลักฐานสาวไปถึงผู้กระทำผิดและผู้บงการได้อย่างถูกต้อง รวดเร็ว และน่าเชื่อถือนั้น ถือเป็นงานที่ยากและท้าทายต่อเจ้าหน้าที่ผู้ปฏิบัติงานด้านนิติวิทยาศาสตร์อย่างมาก และยิ่งหากวัตถุพยานเป็นสารเคมีที่มีปริมาณน้อยมากๆ หรือหลงเหลือเพียงคราบจางๆ ด้วยแล้ว ก็ยิ่งยากลำบากต่อการพิสูจน์หลักฐาน

แต่ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีในปัจจุบัน ทำให้นักวิจัยจากศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) สามารถนำ เทคนิคการใช้พื้นที่ผิวขยายสัญญาณรามาน หรือ Surface-Enhanced Raman Substrate (SERS) มาพัฒนาเป็นชุดตรวจสารเคมีด้วยสัญญาณการกระเจิงแสงแบบรามานชนิดพกพา สำหรับงานด้านนิติวิทยาศาสตร์ เพื่อการตรวจวิเคราะห์วัตถุพยาน เช่น สารเสพติดและสารระเบิดที่มีปริมาณน้อยมากๆ ในสภาพแวดล้อมจริงนอกห้องปฏิบัติการได้สำเร็จ โดยเรียกชุดตรวจนี้ว่า “เนคเทค เซอร์ส ชิปส์ (NECTEC SERS Chips)”

ดร.นพดล นันทวงศ์ นักวิจัย ห้องปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีฟิล์มบางเชิงแสง ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) กล่าวว่า เทคนิคการวิเคราะห์สัญญาณรามานเป็นเทคนิคที่สามารถบอกลักษณะเฉพาะของสารชีวเคมีหรือสารชีวโมเลกุลที่เกิดจากการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นของโฟตอนที่มากระตุ้น จึงเป็นเทคนิคที่มีการนำไปใช้ในการตรวจจับทางเคมีโมเลกุลและชีวโมเลกุล เช่น การตรวจหาสารเสพติด เชื้อโรค และสารตกค้างต่างๆ

 

“เดิมทีนักวิจัย นักนิติวิทยาศาสตร์ และตำรวจ ใช้การยิงเลเซอร์เพื่อดูการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณรามาน ที่ค้นพบโดยนักวิจัยสัญชาติอินเดียเจ้าของรางวัลโนเบล เพื่อดูการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลเมื่อถูกรบกวนว่า มีค่าความถี่เปลี่ยนแปลงไปอย่างไร ซึ่งการเปลี่ยนแปลงความถี่ของสารแต่ละชนิดจะมีค่าเฉพาะตัวที่เครื่องตรวจวัดสัญญาณรามานสามารถตรวจจับและระบุชนิดได้”

แม้การตรวจจับสัญญาณรามาน คือ วิธีการที่จะบ่งบอกถึงชนิดของสารเคมีได้ แต่เนื่องจากสารเคมีโมเลกุลและชีวโมเลกุลส่วนมากจะมีสัญญาณการกระเจิงของรามานที่ต่ำ จึงทำให้การตรวจสอบอยู่ภายใต้ข้อจำกัดว่าปริมาณสารเคมีชนิดนั้นๆ ต้องมีปริมาณมากเพียงพอ การศึกษาและพัฒนาการขยายสัญญาณรามานให้มากขึ้น

จึงถือเป็นหนทางที่จะทำให้สามารถตรวจวิเคราะห์สารเคมีได้แม้มีปริมาณน้อย ซึ่งในปี ค.ศ. 1974 มีงานวิจัยที่สามารถขยายสัญญาณรามานของสสารที่สนใจได้มากกว่า 100 เท่า จากการใช้โครงสร้างนาโนของโลหะเงิน และนั่นก็ได้นำมาสู่การประดิษฐ์คิดค้น ชิปขยายสัญญาณรามาน NECTEC SERS Chips ที่ใช้สำหรับเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจวัดสารเคมีด้วยเทคนิค Raman Spectroscopy ทำให้สามารถวัดสัญญาณของโมเลกุลในปริมาณที่น้อยมากหรือเป็นเพียงแค่ร่องรอย

 

ดร.นพดล กล่าวว่า NECTEC SERS Chips ที่ทีมพัฒนาขึ้น ประกอบไปด้วยอุปกรณ์ตรวจวัดเคลื่อนที่ และชิปขยายสัญญาณรามาน ที่สร้างขึ้นด้วยเทคนิคการเคลือบฟิล์มขั้นสูง ซึ่งพัฒนาขึ้นเป็นพิเศษโดยห้องปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีฟิล์มบางเชิงแสงของเนคเทค โดยพัฒนาฟิล์มบางโครงสร้างนาโนของโลหะเงินที่มีคุณลักษณะเฉพาะตัว สามารถขยายสัญญาณรามานได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีค่าอัตราการขยายสัญญาณสูงกว่าผลิตภัณฑ์ประเภทเดียวกันที่มีขายในท้องตลาดกว่า 100 เท่า แต่มีต้นทุนในการผลิตที่ต่ำกว่า

“พื้นผิวขยายสัญญาณประกอบด้วยชิปคู่ขนาด 5.0 x 5.0 มิลลิเมตร บรรจุในถุงฟอยล์ป้องกันการทำปฏิกิริยากับอากาศ ใช้งานได้กับเครื่องวัดสัญญาณรามานทั่วไปที่มีเลเซอร์กระตุ้นในย่าน 633 นาโนเมตร และ 785 นาโนเมตร จึงสามารถประยุกต์ใช้ได้กับการตรวจวัดสารตัวอย่างที่มีความเจือจางมาก ซึ่งไม่สามารถตรวจวัดได้ด้วยเทคนิคการตรวจวัดสัญญาณรามานแบบปกติ ทำให้สามารถตรวจวิเคราะห์ชนิดของสารเสพติด หรือแยกแยะชนิดของสารระเบิด เพื่อหาแหล่งที่มาได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ แม้ปริมาณสารเคมีที่ตกค้างอยู่ในจุดเกิดเหตุจะมีปริมาณน้อยมากก็ตาม

สำหรับการใช้งาน NECTEC SERS Chips จะต้องเช็ดหรือซับบริเวณผิวสัมผัสในบริเวณที่มีสารต้องสงสัยที่ต้องการตรวจวัดแม้จะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า นำมาละลายในตัวทำละลายก่อนหยดลงบนชิปในปริมาณเล็กน้อย โดยแม้จะมีปริมาณเพียง 2-3 ไมโครลิตรก็เพียงพอสำหรับการตรวจพิสูจน์ จากนั้นนำชิปมาใช้วิเคราะห์สารต้องสงสัยร่วมกับเครื่องวัดสัญญาณรามานทั่วไปทั้งแบบเครื่องมือในระดับห้องปฏิบัติการ หรือเครื่องมือชนิดพกพาก็ได้” ดร.นพพล อธิบาย

อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน NECTEC SERS Chips สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย เช่น การตรวจพิสูจน์สารตกค้างทางการเกษตร เช่น ยาฆ่าแมลง การตรวจพิสูจน์เชิงนิติวิทยาศาสตร์ เช่น สารเสพติด สารระเบิด สารหมึกปากกา และการตรวจพิสูจน์ทางการแพทย์ เช่น สารชีวโมเลกุล เป็นต้น โดยทางห้องปฏิบัติการวิจัยฯ มีผลงานตีพิมพ์ทางวิชาการและคำขอยื่นจดสิทธิบัตรรองรับโดยสมบูรณ์