ระบบของไหลจุลภาค (microfluidic system) เป็นเทคโนโลยีที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการตรวจวิเคราะห์เชิงชีวเคมี หรือทางการแพทย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพเนื่องจากมีข้อดีคือใช้ปริมาณสาร ตัวอย่างในการตรวจวิเคราะห์ หรือสารที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยาเพื่อแสดงผลในการตรวจวิเคราะห์ในปริมาณต่ำ ระยะเวลาในการตรวจวิเคราะห์สั่น อีกทั้งยังสามารถใช้ในการตรวจสอบสารที่มีหมูฟังชันได้หลากหลายประเภท หรือสารที่มีขนาดเล็กมากๆ อย่าง DNA ได้ แต่อย่างไรก็ตามการเตรียมระบบของไหลจุลภาคในปัจจุบันยังคงค่อนข้างใช้เทคนิค ที่มีความซับซ้อน และค่าใช้จ่ายในการเตรียมจำเป็นต้องใช้เครื่องมือ อุปกรณ์ และวัสดุที่มีราคาแพง โดยทั่วไปการเตรียมระบบของไหลจุลภาคสามารถเตรียมได้จากเทคนิค photolithography โดยเป็นการสร้างแบบ (pattern) บนแม่แบบ (mold) บนแผ่นซิลิคอนเวเฟอร์ (Silicon Wafer) แล้วหล่อด้วยพอลิเมอร์ชนิด PDMS ได้เป็น micro channel ก่อนนำพอลิเมอร์ดังกล่าวมาประกอบกับ Glass slide จึงได้เป็นระบบของไหลจุลภาคที่สมบรูณ์ หรือที่นิยมเรียกกันว่า Lab on a cjip ต่อมาได้มีความพยายามที่จะเตรียมระบบของไหลจุลภาคบนวัสดุที่มีราคา ถูกอย่างกระดาษกรองเพื่อนำไปประยุกต์ใช้ในการตรวจวิเคราะห์ทางการแพทย์ โดยการสร้างระบบของไหลจุลภาคบนกระดาษกรองด้วยการเคลือบสารเช่น Photoresist หรือ wax เพื่อทำให้กระดาษไม่ชอบน้ำ (hydrophobic) แล้วจึงใช้กระบวนการ photolithography irradiation treatment หรือ Plasma treatment ในการสร้าง microchannel โดยการเปลี่ยนบริเวณกระดาษในส่วน microchannel ให้เป็น hydrophilic ถึงแม้วิธีการเตรียมดังกล่าวจะใช้วัสดุราคาถูกอย่างกระดาษ แต่ยังคงใช้เทคนิคที่มีต้นทุนสูงอย่าง photolithography irradiation treatment หรือ Plasma treatment ดังนั้นการพัฒนาเทคนิคการสร้างระบบของไหลจุลภาคด้วยวิธีการที่ไม่ซับซ้อน และมีราคาถูกเพื่อเป็นทางเลือกนอกเหนือจากวิธีที่ได้กล่าวมาข้างต้น สำหรับนำมาประยุกต์ใช้เป็นอุปกรณ์ตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ และไบโอเซ็นเซอร์เพื่อให้มีต้นทุนในการเตรียมที่ต่ำลง

เทคนิคการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ท (Inkjet printing technology) เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายแล้วว่าสามารถนำมาใช้ในการสร้างภาพในรูปแบบ 2 มิติ โดยเฉพาะงานทางด้าน Art work หรือการพิมพ์งานเอกสารทั่วไป แต่ปัจจุบันพบว่าได้มีการนำเทคนิคการพิมพ์แบบเจ็ทมาประยุกต์ใช้กับการสร้าง วงจรอิเล็กทรอนิกส์ ที่มีลายวงจรในระดับไมโครเมตรเพื่อเป็นการลดค่าใช้จ่าย และกระบวนการที่ซับซ้อนจากการสร้างลายวงจรแบบเดิมได้ ตัวอย่างเช่น สิทธิบัตรสหรัฐเลขที่ US 6,123,861 ชื่อเรื่อง “Fabrication of microchip drug delivery devices” ของสถาบัน Massachusetts Inst Technology ซึ่งได้แสดงการสร้าง microchip สำหรับการค้นพบยา (drug discovery)โดยกระบวนการต่างๆรวมถึง inkjet printing ด้วยคุณสมบัติที่เป็นข้อดีของเทคนิคการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ทที่สามารถออกแบบรูป แบบต่างๆ และสั่งพิมพ์งานได้ด้วย desktop software ทั่วไป นอกจากนี้เทคนิคการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ทสามารถพิมพ์งานได้โดยไม่สัมผัสกับ pattern และทั้งระบบทำงานภายใต้อุณหภูมิที่ต่ำ อีกทั้งยังสามารถพิมพ์งานลงบน substrate ได้หลายประเภท ดังนั้นเทคนิคการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ทจึงมีความเหมาะสมที่จะนำมาใช้ในการเตรียม micro channel ในระบบของไหลจุลภาค ดังนั้นโครงการวิจัยนี้จึงมีแนวคิดที่จะนำเทคโนโลยีการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ทมา ประยุกต์ใช้กับการเตรียมระบบของไหลจุลภาคบนกกระดาษ (Paper based microfluidic system) เพื่อนำไปประยุกต์ใช้ในงานทางด้านการตรวจวิเคราะห์วิเคราะห์ทางเคมีและ ชีวเคมี เพื่อสร้างชุดตรวจที่มี ราคาถูก และกระบวนการเตรียมที่ไม่ซับซ้อน โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ท (Inkjet printing) เพื่อสร้าง hydrophobic barrier หรือ hydrophilic channel ร่วมกับการพิมพ์สกรีน (screen printing) เพื่อสร้างขั้วอิเล็กโทรดบนกระดาษ และวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้า (electrochemical)

วัตถุ ประสงค์ของโครงการ

เพื่อ สร้างเทคโนโลยีฐานในการระบบของไหลจุลภาคบนกระดาษ (Paper based microfluidic system) ราคาถูกด้วยเทคนิคการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ท (Inkjet printing) ที่มีความสามารถในการตรวจวิเคราะห์ทางทางเคมีและชีวเคมีด้วยวิธีการทางเคมี ไฟฟ้า (electrochemical) ได้

บท คัดย่อ

โครงการ วิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีฐานการสร้างระบบของไหลจุลภาคบนกระดาษ (Paper based microfluidic platform) มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบ และสร้างระบบของไหลจุลภาคบนกระดาษ ที่มีต้นทุนในการผลิตต่ำ ราคาถูก สำหรับการใช้งานด้านเซ็นเซอร์ ด้วยการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีด้านการพิมพ์สกรีน (screen printing) และการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ท (Inkjet printing) ร่วมกับวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้า (electrochemical) ซึ่งมีความสามารถในการตรวจวัดเชิงปริมาณที่มีประสิทธิภาพสูง โดยในส่วนแรกของโครงการจะเป็นการออกแบบ และสร้างระบบของไหลจุลภาคบนกระดาษ พร้อมทั้งศึกษาปัจจัยต่างๆ ที่สำคัญ ได้แก่ ขนาด และรูปร่างที่เหมาะสมต่อการเคลื่อนที่ของของไหล ความสามารถทางการตรวจวัดทางเคมีไฟฟ้า และในส่วนที่สอง คือการนำมาประยุกต์ใช้สำหรับการตรวจวิเคราะห์ทางทางเคมีและชีวเคมี

ระยะ เวลาดำเนินโครงการ : 1 มิถุนายน พ.ศ.2554 ถึง 26 พฤษภาคม พ.ศ.2555

คณะผู้ วิจัย
หัวหน้าโครงการ :     นายอนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ
ผู้ร่วมวิจัย :     นายอดิสร เตือนตรานนท์, นางสาวจันทร์เพ็ญ ครุวรรณ์, นายชาคริต ศรีประจวบวงษ์, นายดิษยุทธ โภคารัตน์กุล