เซอร์คูลาร์ไดโครอิซึมเซนเซอร์ (Circular dichroismSensor, CD Sensor) เป็นแนวทางการตรวจวัดเชิงแสงแบบใหม่ ที่มีการนำเสนอขึ้นเป็นครั้งแรก โดยกลุ่มวิจัยของ รศ. ดร. วิทยา เงินแท้ เมื่อปี พ.ศ. 2558 เป็นการอาศัยสมบัติพิเศษของอนุภาคนาโนของสารกึ่งตัวนำ (ควอนตัมดอท) ที่สามารถบิดระนาบแสงโพลาไรซ์ได้มาเป็นโพรบ โดยสิ่งที่น่าสนใจคือการเพิ่มสภาพไวของเทคนิคเซอร์คูลาร์ไดโครอิซึมสเปกโทรสโกปีและความเลือกจำเพาะของการตรวจวัดที่สูง ในงานวิจัยชิ้นนี้ ผู้วิจัยได้พัฒนาเซอร์คูลาร์ไดโครอิซึมเซนเซอร์จากการสังเคราะห์แคดเมียมซัลไฟด์ควอนตัมดอทที่สามารถบิดระนาบแสงโพลาไรซ์ได้ ดังแสดงในรูปที่ 1 โดยการปรับปรุงพื้นผิวของแคดเมียมซัลไฟด์ควอนตัมดอทที่ปกคลุมพื้นผิวด้วยซีสเตียมีน (Cys-CdS QDs) ให้มีหมู่ที่มีสมบัติเป็นไครัล โดยใช้ ดี-เพนนิซิลลามีน (DPA) โดยปกติแล้ว Cys-CdS QDs จะไม่สามารถบิดระนาบแสงโพลาไรซ์ได้ แต่เมื่อทำการปรับปรุงพื้นผิวของ Cys-CdS QDs ด้วย DPA ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีสมบัติเป็นไครัล ผ่านการเกิดพันธะระหว่างแคดเมียม (Cd) ของควอนตัมดอทและซัลเฟอร์ (S) ในโมเลกุลของ DPA จะได้แคดเมียมซัลไฟด์ควอนตัมดอทที่มีสมบัติไครัลบนพื้นผิวอนุภาค (DPA@Cys-CdS QDs) และสามารถบิดระนาบแสงโพลาไรซ์ได้ แต่เมื่อมีไอออนของคอปเปอร์ (Cu2+) อยู่ในระบบสัญญาณการบิดระนาบแสงโพลาไรซ์จะลดลงอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากCu2+ มีสมบัติเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรง สามารถทำลายพันธะระหว่าง DPA กับ Cys-CdS QDs และส่งผลให้โมเลกุล DPA หลุดออกจากพื้นผิวของควอนตัมดอท ทำให้จำนวนอนุภาคควอนตัมดอทที่มีสมบัติไครัลมีจำนวนลดลง

แสดงแนวคิดของการตรวจวัด Cu2+โดยใช้ไครัลแคดเมียมซัลไฟด์ควอนตัมดอทเป็นโพรบ

ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นนี้สามารถพบได้เมื่อเติม Cu2+เท่านั้น ในขณะที่การเติมไอออนของโลหะชนิดอื่นไม่ส่งผลต่อสัญญาณการบิดระนาบแสงของเซนเซอร์ จึงสามารถติดตามปริมาณของ Cu2+ได้โดยติดตามการลดลงของสัญญาณการบิดระนาบแสงโพลาไรซ์ของ DPA@Cys-CdSQDs อย่างเลือกจำเพาะ กลไกการเกิดปฏิกิริยานี้สามารถยืนยันได้โดยการติดตามการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของ Cu2+ โดยใช้เทคนิค X-ray absorption near edge structure (XANES) ดังแสดงในรูปที่ 2 จากการศึกษาพบว่าเลขออกซิเดชันของไอออนคอปเปอร์ที่เติมลงไปมีการเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม และมีรูปแบบของสเปกตรัมที่เหมือนกับสเปกตรัมของสารมาตรฐาน Cu2S ดังแสดงในรูปที่ 2(a) และ 2(b) ซึ่งอธิบายได้ว่า Cu2+ จะไปออกซิไดซ์พันธะระหว่าง DPA กับ Cys-CdS QDs แล้วเกิดเป็นสารประกอบซัลไฟด์กับอะตอมของซัลเฟอร์บนพื้นผิวของอนุภาคควอนตัมดอท ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เซนเซอร์นี้มีความเลือกจำเพาะต่อ Cu2+จากการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการตรวจวัดพบว่าการลดลงของสัญญาณการบิดระนาบแสงโพลาไรซ์จะแปรผันตามความเข้มข้นของ Cu2+ ในช่วงความเข้มข้น 0.50–2.25 mM และมีขีดจำกัดการตรวจวัดเป็น 0.34 mM นอกจากนี้ยังสามารถประยุกต์ใช้เซนเซอร์นี้สำหรับตรวจวัดปริมาณ Cu2+ในตัวอย่างน้ำดื่มได้ สำหรับรายละเอียดของงานวิจัยนี้สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ในวารสาร Spectrochimica Acta Part A ปี 2019 ฉบับ 211 หน้า 313

(a) สเปกตรัม Cu K-edge XANES (b) อนุพันธ์อันดับหนึ่งของสเปกตรัม XANES ของ DPA@Cys-CdS QDs เมื่อเติม Cu2+เทียบกับวัสดุอ้างอิงสำหรับคอปเปอร์ที่มีเลขออกซิเดชันที่ต่างกัน