TH
ENการพัฒนาต้นแบบแก๊สเซนเซอร์บนฐานของโครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์แบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกสังเคราะห์ด้วยเปลวไฟ สำหรับการตรวจวัดแก๊สจำเพาะในโรคของระบบทางเดินอาหาร
19 มีนาคม 2568 
บทวิเคราะห์งานวิจัย
งานวิจัยนี้มุ่งพัฒนาต้นแบบแก๊สเซนเซอร์สำหรับตรวจวัดแก๊สจำเพาะในโรคระบบทางเดินอาหาร โดยเฉพาะอย่างยิ่งการตรวจจับแอมโมเนีย (NH3) ซึ่งเป็นสารบ่งชี้ของการติดเชื้อ Helicobacter pylori (H. pylori) ที่เกี่ยวข้องกับโรคแผลในกระเพาะอาหารและมะเร็งกระเพาะอาหาร และการตรวจจับไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ซึ่งเกี่ยวข้องกับโรคลำไส้แปรปรวน (IBS) วิธีการตรวจสอบแบบเดิมๆ เช่น การเจาะตรวจชิ้นเนื้อกระเพาะอาหาร เป็นวิธีที่รุกรานและไม่สะดวก การตรวจจับแก๊สในลมหายใจจึงเป็นแนวทางที่มีประสิทธิภาพและไม่รุกรานมากขึ้น
งานวิจัยเลือกใช้โครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์แบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา โดยใช้วัสดุกลุ่ม SnO2 และ WO3 ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในด้านการตรวจจับแก๊สในปริมาณน้อย การใช้โครงสร้างนาโนช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัส ทำให้มีความไวต่อการตรวจจับสูงขึ้น การเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น CuO สำหรับการตรวจจับ H2S และ Pt/Ru สำหรับการตรวจจับ NH3 ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความจำเพาะในการตรวจจับแก๊สเป้าหมาย เทคนิคการสังเคราะห์ที่ใช้คือ Flame Spray Pyrolysis (FSP) ซึ่งเป็นเทคนิคที่ให้การควบคุมคุณสมบัติของวัสดุได้ดี นอกจากนี้ ยังมีการใช้เทคนิคการวิเคราะห์ขั้นสูงหลายอย่างในการศึกษาคุณสมบัติของวัสดุที่สังเคราะห์ได้ เช่น XRD, XPS, FE-SEM, TEM และ EDS เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและประสิทธิภาพของเซนเซอร์
กระบวนการพัฒนาเริ่มจากการสังเคราะห์และเพิ่มประสิทธิภาพเงื่อนไขการสังเคราะห์ด้วย FSP เพื่อให้ได้นาโนผงที่มีคุณภาพสูง จากนั้นจึงทำการขึ้นรูปเป็นฟิล์มเซนเซอร์ การทดสอบประสิทธิภาพเซนเซอร์จะคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ เช่น ความไว ความจำเพาะ เวลาตอบสนอง เวลาคืนตัว และความเสถียรภาพ ภายใต้ค่าความเข้มข้นของแก๊สที่ต่ำมาก (TLV) ซึ่งจำเป็นสำหรับการตรวจจับในลมหายใจหรืออุจจาระ สุดท้าย ต้นแบบเซนเซอร์จะถูกนำไปทดสอบกับกลุ่มผู้ป่วยเพื่อประเมินประสิทธิภาพในการใช้งานจริง รวมถึงการทดสอบการตอบสนองต่อแก๊สอื่นๆ เพื่อศึกษาผลของการรบกวนจากแก๊สอื่นๆ งานวิจัยนี้จึงเป็นงานวิจัยเชิงบูรณาการที่ครอบคลุมตั้งแต่การสังเคราะห์วัสดุ การออกแบบและสร้างต้นแบบเซนเซอร์ ไปจนถึงการทดสอบประสิทธิภาพในเชิงคลินิก
งานวิจัยนี้มีข้อดีหลายประการ ได้แก่ การใช้วัสดุที่มีประสิทธิภาพและราคาไม่แพง การใช้เทคนิคการสังเคราะห์ที่ให้ผลผลิตสูง และการออกแบบเซนเซอร์ที่เหมาะสมกับการใช้งานจริง อย่างไรก็ตาม การทดสอบในกลุ่มผู้ป่วยยังจำเป็นต้องมีการขยายกลุ่มตัวอย่างเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือมากขึ้น และยังต้องพิจารณาถึงความทนทานของเซนเซอร์ในระยะยาว รวมถึงการพัฒนาให้ใช้งานง่ายและพกพาสะดวก เพื่อเพิ่มโอกาสในการนำไปใช้ในทางคลินิกได้อย่างแพร่หลาย
งานวิจัยนี้เหมาะกับอุตสาหกรรมใด
งานวิจัยนี้เหมาะกับอุตสาหกรรมด้านการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์การแพทย์ อุตสาหกรรมเครื่องมือวิทยาศาสตร์ และอุตสาหกรรมชีวเวช เหตุผลคือ:
-
ความต้องการของตลาด: โรคระบบทางเดินอาหารเป็นโรคที่พบได้บ่อย การตรวจวินิจฉัยที่รวดเร็วและแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่ง ต้นแบบแก๊สเซนเซอร์นี้สามารถตอบสนองความต้องการดังกล่าวได้ โดยช่วยในการวินิจฉัยโรคได้อย่างรวดเร็วและไม่รุกราน ซึ่งจะช่วยลดระยะเวลาในการรักษาและเพิ่มคุณภาพชีวิตของผู้ป่วย
-
เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้น: เทคโนโลยีเซนเซอร์มีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง ต้นแบบเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นในงานวิจัยนี้มีความไวสูงและความจำเพาะสูง มีความเป็นไปได้สูงที่จะถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมการแพทย์ และอาจนำไปสู่การพัฒนาเซนเซอร์ชนิดอื่นๆ สำหรับตรวจจับสารชีวเคมีอื่นๆ ต่อไป
-
ศักยภาพในการทำกำไร: ตลาดอุปกรณ์การแพทย์มีขนาดใหญ่และมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง ต้นแบบเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นมีศักยภาพในการสร้างรายได้สูง โดยสามารถนำไปผลิตและจำหน่ายเป็นอุปกรณ์การแพทย์ได้
งานวิจัยนี้เหมาะกับอาชีพใด
งานวิจัยนี้เหมาะกับบุคลากรทางการแพทย์หลายสาขา เช่น แพทย์เฉพาะทางด้านระบบทางเดินอาหาร นักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และนักวิจัย เหตุผลคือ:
-
แพทย์เฉพาะทางด้านระบบทางเดินอาหาร: สามารถนำต้นแบบเซนเซอร์ไปใช้ในการวินิจฉัยและติดตามการรักษาผู้ป่วยโรคระบบทางเดินอาหาร ช่วยให้สามารถวินิจฉัยโรคได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำขึ้น
-
นักวิทยาศาสตร์และนักวิจัย: สามารถนำงานวิจัยนี้ไปต่อยอดพัฒนาเซนเซอร์สำหรับตรวจจับสารชีวเคมีอื่นๆ หรือพัฒนาวัสดุและเทคนิคการผลิตเซนเซอร์ที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
-
วิศวกร: สามารถนำไปใช้ในการออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์ตรวจวัดแก๊ส หรือพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเซนเซอร์ให้มีประสิทธิภาพและต้นทุนต่ำลง
-
นักวิเคราะห์ข้อมูล: สามารถใช้ข้อมูลจากเซนเซอร์ในการวิเคราะห์และพยากรณ์โรค ช่วยในการวางแผนการรักษาที่เหมาะสม
| รหัสโครงการ : | 12575 |
| หัวหน้าโครงการ : | รศ.ดร. ชัยกานต์ เลียวหิรัญ |
| ปีงบประมาณ : | 2563 |
| หน่วยงาน : | มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ |
| สาขาวิจัย : | กลุ่มข้อมูลด้านวิศวกรรมและเทคโนโลยี |
| ประเภทโครงการ : | โครงการเดี่ยว |
| สถานะ : | ปิดโครงการ |
| คำสำคัญ : | |
| วัตถุประสงค์ : | Objectives Research Rationale Gastrointestinal (GI) diseases are among the most common diseases affecting human health especially peptic ulcer, gastric cancer and irritable bowel disease (IBS), which are caused by changes in gut-residing bacteria. The most common cause of peptic ulcer and gastric cancer is infection by H. pylori. There are difficulties in diagnosis of H. pylori infection and in monitoring effectiveness of antibiotic treatment in the patients, which usually relies on the invasive methods including gastric tissue biopsy and culture. H. pylori can produce NH3 gas, which can be detected in the breath air. Therefore, detection of NH3 in breath air represents a promising approach to diagnose H. pylori infection-associated peptic ulcer and gastric cancer and to monitor the effectiveness of antibiotics treatment of H. pylori infection, in which effective eradication of H. pylori can lead to the successful treatment of peptic ulcer and the prevention of gastric cancer. Likewise, IBS is a functional disease that is difficult to diagnose and at present there is no biomarkers aided in diagnosis of this disease. Interestingly, IBS is associated with an increase in numbers of sulfate-reducing bacteria, which generate H2S in colon. H2S detection in breath air or from colon/feces may provide a useful method for helping support the diagnosis of IBS. These two methods of disease detection may lead to the early diagnosis of H. pylori-infection-associated gastric cancer and IBS, which therefore speeds up the patient’s access to effective therapies and accordingly improves quality of life or survival of these patients. In materials science and gas-sensing research rationale, practical gas-sensing sensors are one of the most interesting challenging to design sensing prototype which can be useful in medical application. It can be found that the significant possibility to detect the small amount of gases released in human’s breath can be initially used to identify health or disease. Particularly, the abnormal human’s gastrointestinal systems can be basically identified the peptic ulcer, gastric cancer and irritable bowel disease (IBS) by releasing the NH3 and H2S gases under threshold limit values in ppm levels. We believe that the effective materials directly play an important role for gas-sensing enhancement in terms of sensor response and selectivity of provided sensor. Hence, the sensing materials based functionalized binary complex nanostructure will be selectively used to perform the effective sensor for medical application. Several lines of medical evidence have supported the scientific reason in the basis of the relationship of chemical reaction in tissue level and chemical reaction in chemistry and materials science. Since H2S and NH3 are toxic gases commonly produced from coal, oil, and natural gas industries which may be releasable via manufacturing process and human’s breath, some medical applications are still of particular interest especially the initial diagnosis via breath release or fecal odor from bowel/colons. Therefore, the high efficacy in working accuracy and possibly detected as low TLVs-H2S and NH3 concentrations are essentially required with sensing prototypes being designed using the selective sensing materials and sensor chip. Various individual and binary complex metal oxide nanostructures based sensing materials such as SnO2, WO3 have been established to detect trace concentrations of H2S, whereas WO3, Zn2SnO4 have been widely used to detect trace concentrations of NH3 with promotion by effective catalyst functionalization required TLVs concentration for many years. With the experimental and practical H2S gas-sensing enhancement, various functional or catalytic materials are selectively promoted in the basis of specific gas interaction and chemical reaction during sensing test between sensing material and target gas. For examples, almost all reported materials such as CuO-functionalized SnO2 are known as one of the most promising materials for the sensitive and selective detection of H2S at low concentrations by the promotion of a resistive p-CuO/n-SnO2 heterojunctions under atmospheric conditions, the chemical reaction in conversion of the functionalized CuO cluster into metallic CuS upon exposure to H2S, and the high chemical affinity of the alkaline CuO toward the acidic H2S gas [51]. In order to maximize the sensitivity to H2S, the CuO should be deposited homogeneously onto the entire SnO2 sensing surfaces. In this case, the CuO-induced sensitization of the SnO2 surface leading to the rapid diffusion of H2S can be accomplished. This implies that the sensor response and selectivity of Cu-doped SnO2 gas sensors may be selectively controlled by two mechanisms including the normal gas sensing mechanism of pure SnO2 grains and the promotion of sensing mechanism caused by the transformation between CuO and CuS in H2S detection. Similarly, the NH3 sensing mechanism is selectively conducted by common functionalization of excellent catalyst such as Ru/WO3, Pt/WO3, Pt/Zn2SnO4. The selectivity was mainly related to the different oxygen species causing variations in the depletion region of WO3 surface under atmospheric condition. When NH3 gas is throughroughly exposed, part of NH3 molecules will react with the oxygen ions adsorbed on the WO3 surface and probably generate some chemical products such as H2O. While the gas-sensing enhancement by catalyst, the Pt or Ru incorporation can selectively promote during NH3 sensing. This is expected to selectively enhance performance due to the substantial catalytic activity and increased surface-to-volume ratio of the incorporated Pt, Ru catalyst [52]. In addition, due to the significantly negative electricity of oxygen, more oxygen molecules are easily adsorbed on the surfaces of Pt or Ru and changed to oxygen ions leading to selectivity of NH3 sensing. From this significant research rationale, it is envisioned that the effective sensing materials and selective excellent catalysts plays an important parameters in enhancement the S-problems via specific catalytic reaction for the most suitable specific gas detection. Research Objective This research project focuses on the established production and fabrication of effective and selective binary complex nanostructure by using FSP techniques and their hybridized strategies which will be experimentally tested for medical applications. The main purposes of this study are: To firstly develop and selectively optimize conditions of flame spray pyrolysis for high potential production of as-prepared nanopowders and their sensing film based on selective catalyst-functionalized binary complex nanostructures. To characterize the physical, chemical and electrical properties of as-prepared catalyst-functionalized binary complex nanostructure by various advanced techniques To experimentally evaluate and optimize the specific gas sensing performances as functions of selective catalyst-functionalized binary complex nanostructure To fabricate selective sensing prototypes in the basis of catalyst-functionalized binary complex nanostructure for practical gas-sensing applications To practically evaluate and optimize the specific gas sensing performances as functions of selective catalyst-functionalized binary complex nanostructure for diagnosis of specific gastrointestinal diseases To fulfill new integral knowledge and theoretical assumptions for synthetic process and intensive sensing mechanism for experimental and practical gas-sensing research |
รศ.ดร. ชัยกานต์ เลียวหิรัญ. (2563). การพัฒนาต้นแบบแก๊สเซนเซอร์บนฐานของโครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์แบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกสังเคราะห์ด้วยเปลวไฟ สำหรับการตรวจวัดแก๊สจำเพาะในโรคของระบบทางเดินอาหาร. มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. .
รศ.ดร. ชัยกานต์ เลียวหิรัญ. 2563. "การพัฒนาต้นแบบแก๊สเซนเซอร์บนฐานของโครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์แบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกสังเคราะห์ด้วยเปลวไฟ สำหรับการตรวจวัดแก๊สจำเพาะในโรคของระบบทางเดินอาหาร". มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. .
รศ.ดร. ชัยกานต์ เลียวหิรัญ. "การพัฒนาต้นแบบแก๊สเซนเซอร์บนฐานของโครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์แบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกสังเคราะห์ด้วยเปลวไฟ สำหรับการตรวจวัดแก๊สจำเพาะในโรคของระบบทางเดินอาหาร". มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, 2563. .
รศ.ดร. ชัยกานต์ เลียวหิรัญ. การพัฒนาต้นแบบแก๊สเซนเซอร์บนฐานของโครงสร้างนาโนโลหะออกไซด์แบบทวิภาคเชิงซ้อนเสริมฟังก์ชันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกสังเคราะห์ด้วยเปลวไฟ สำหรับการตรวจวัดแก๊สจำเพาะในโรคของระบบทางเดินอาหาร. มหาวิทยาลัยเชียงใหม่; 2563. .
Creative Commons : CC
รายการที่เกี่ยวข้อง
OECD : กลุ่มข้อมูลด้านวิศวกรรมและเทคโนโลยี
OECD : กลุ่มข้อมูลด้านวิศวกรรมและเทคโนโลยี
