ในทางการแพทย์ หนึ่งในวิธีสำคัญที่ใช้วินิจฉัยโรคและติดตามความผิดปกติของอวัยวะภายใน คือการฉีดสารเรืองแสงเข้าไปในร่างกายและตรวจสอบผ่านทางภาพชีวภาพ หรือ Bioimaging นักวิทยาศาสตร์หลายกลุ่มจึงได้คิดค้นและพยายามอย่างมากในการพัฒนาให้สารเรืองแสงที่เป็นตัวเอกของวิธีการรักษานี้ มีประสิทธิภาพและนำมาใช้ได้อย่างปลอดภัยต่อสิ่งมีชีวิต ในปัจจุบันนี้อนุภาคคาร์บอนดอท (Carbon dots หรือ CDs) กำลังได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก เนื่องจากสมบัติเฉพาะตัวที่โดดเด่น เช่น ไม่เป็นพิษ มีสมบัติเชิงแสงที่ดี ปรับเปลี่ยนสมบัติการเรืองแสงได้ และราคาถูก เป็นต้น นอกจากงานทางด้านการแพทย์ อนุภาค CDs ยังสามารถใช้เป็นวัสดุในการทำเซนเซอร์ทางเคมีและชีวเคมี รวมไปถึงใช้เป็นวัสดุในอุปกรณ์ฉายแสง

อนุภาค CDs สามารถเรืองแสงได้ภายใต้การฉายแสงที่มีความยาวคลื่นเหมาะสม คณะผู้วิจัยนำโดย Assoc. Prof. Hui Ding จาก School of Chemical Engineering, China University of Mining and Technology สาธารณรัฐประชาชนจีน จึงได้พัฒนาการสังเคราะห์อนุภาค CDs ที่สามารถเรืองแสงได้ในช่วงใกล้แสงใต้แดง (Deep-red หรือ near-infrared emissive CDs) เนื่องจากสารที่เรืองแสงในย่านนี้ถูกรายงานว่า สามารถแทรกซึมผ่านเนื้อเยื่อได้ดีและลดการเรืองแสงโดยอัตโนมัติที่เกินความต้องการได้ด้วย

ที่น่าสนใจคือคณะผู้วิจัยได้สังเคราะห์อนุภาค CDs นี้ จากน้ำเลมอน แล้วนำสารละลายของอนุภาคที่สังเคราะห์ได้ไปทดสอบกับเซลล์ HeLa ซึ่งเป็นเซลล์ที่มักถูกใช้เพื่อเป็นตัวแทนสำหรับทดสอบผลกระทบของสารเคมีอื่นๆ ที่มีต่อเซลล์ของมนุษย์ พวกเขาพบว่าอนุภาค CDs มีความเสถียรเชิงแสงสูงและแทบไม่มีพิษต่อเซลล์ HeLa

นอกจากนั้นจากการทดสอบในหนูทดลอง คณะผู้วิจัยพบว่าเมื่อฉีดสารละลายของอนุภาคที่สังเคราะห์นี้ผ่านทางผิวหนัง สารละลายสามารถซึมผ่านผิวหนังและเนื้อเยื่อของหนูทดลองได้ดี แต่ถ้าหากฉีดเข้าเส้นเลือดบริเวณหาง จะพบการเรืองแสงที่สว่างบริเวณกระเพาะปัสสาวะ แสดงให้เห็นว่าอนุภาค CDs ที่ฉีดเข้าเส้นเลือดจะถูกขับออกเป็นหลักผ่านทางปัสสาวะ

จากผลการศึกษา คณะผู้วิจัยพบว่าขนาดของอนุภาคและปริมาณไนโตรเจนที่มีบนอุภาค CDs เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้อนุภาคดังกล่าวมีประสิทธิภาพที่ดีเช่นนี้ โดยหนึ่งในหลายเทคนิคที่คณะผู้วิจัยได้ใช้ศึกษา คือเทคนิคสเปกโตรสโกปีของการปลดปล่อยอิเล็กตรอนด้วยรังสีเอกซ์ (X-ray photoelectron spectroscopy หรือ XPS) โดยใช้พิสูจน์องค์ประกอบบนพื้นผิวของอนุภาค CDs จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า บริเวณพื้นผิวของอนุภาคที่สังเคราะห์ขึ้นมานั้นมีองค์ประกอบของไนโตรเจนอยู่จริงและมีในปริมาณที่สูงมาก จากองค์ความรู้ที่ได้ในงานนี้ สามารถนำไปต่อยอดและพัฒนาเพื่อสังเคราะห์วัสดุอนุภาค CDs ที่มีประสิทธิภาพดีเพื่อใช้ในงานด้านอื่นๆได้ด้วย

 

บทความโดย
ดร.สุภิญญา นิจพานิชย์ นักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสง
ดร.ณรงค์ จันทร์เล็ก ผู้จัดการระบบลำเลียงแสงและนักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสง

เอกสารอ้างอิง :
[1] https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.03.064
[2] https://doi.org/10.1007/s12274-019-2569-3