เข็มแบบดั้งเดิมจะทำจากซิลิคอนหรือพอลิเมอร์ชนิดต่างๆซึ่งผลิตขึ้นด้วยเทคนิคลิโทกราฟี (lithography) เทคนิคเดียวกับการผลิตชิปในคอมพิวเตอร์ แต่เข็มแบบใหม่ในงานวิจัยชิ้นล่าสุดของโรเจอร์ นารายาน ศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมชีวการแพทย์นั้นใช้วิธีการขึ้นรูปต้นแบบรวดเร็วด้วยเลเซอร์ (laser-based rapid-prototype) ที่ง่ายต่อการควบคุมรูปร่างและขนาดของเข็ม เขากล่าวว่า เทคนิคนี้เป็นเทคนิคที่ง่ายกว่าวิธีเดิมเพราะทำได้ในขั้นตอนเดียว เหมาะกับโรงงานทั่วไปที่มีกำลังการผลิตสูงแต่ต้นทุนต่ำเพราะไม่จำเป็นต้องใช้ห้องสะอาดที่ปราศจากฝุ่นและจุลชีพหรือห้องที่ปรับสภาพพิเศษต่างๆ

วัสดุที่คณะวิจัยใช้ทำเข็มจิ๋วนี้ก็คือเรซินที่ใช้ทำเครื่องช่วยฟังและเครื่องมือแพทย์ต่างๆ เป็นวัสดุที่หาได้ง่ายและมีราคาถูก การขึ้นรูปต้นแบบรวดเร็วด้วยเลเซอร์นี้อาศัยหลักการพอลิเมอไรเซชั่นแบบสองโฟตอน (two-photon polymerization) โดยฉายแสงเลเซอร์ชนิด femtosecond laser (ชนิดเดียวกับที่โรงพยาบาลศิริราชใช้ผ่าตัดเปลี่ยนเลนส์กระจกตา) ลงบนเรซินเหลวที่ไวต่อแสงเพื่อให้เกิดการพอลิเมอไรเซชั่นจนได้เข็มพลาสติกกลวงจิ๋วที่สามารถบรรจุควอนตัมดอทได้

ควอนตัมดอท เป็นผลึกนาโนของเซมิคอนดักเตอร์เช่น ซิงก์ซัลไฟด์ และ แคดเมียมเซเลไนด์ สามารถเรืองแสงได้หลายสีเหมาะที่จะนำมาใช้เป็นเครื่องมือช่วยส่งยาเข้าสู่เซลล์หรือใช้สำหรับติดตามการเจริญของเนื้องอกหรือมะเร็งโดยอาศัยเทคนิคการสร้างภาพ
โดยทั่วไปการสร้างภาพของเนื้องอกมักใช้สีย้อมอินทรีย์เรืองแสงแต่เมื่อเทียบสีย้อมชนิดนี้กับควอนตัมดอทแล้วพบว่าควอนตัมดอทจะเรืองแสงสว่างกว่าสีย้อมแบบเดิมถึง 20 เท่าและมีความเสถียรกว่า 100 เท่าเมื่ออยู่ในร่างกาย ความเสถียรทางแสงที่สูงเป็นพิเศษจะช่วยให้ควอนตัมดอทสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ได้ตามเวลาจริง (real time) ตลอดระยะเวลาที่เฝ้าติดตาม ทั้งยังให้ภาพในระนาบโฟกัสที่ต่อเนื่องเพื่อสร้างเป็นภาพสามมิติได้อีกด้วย

ความสำเร็จของเข็มจิ๋วกับควอนตัมดอท

หลังจากคณะวิจัยผลิตเข็มจิ๋วด้วยเทคโนโลยีดังกล่าวได้สำเร็จแล้ว พวกเขาก็นำมาทดสอบกับผิวหนังของสุกรซึ่งมีลักษณะใกล้เคียงกับผิวหนังของมนุษย์โดยใช้สารละลายควอนตัมดอทที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบเป็นสีย้อมเรืองแสง จากนั้นใช้เทคนิค multiphoton microscopy จับภาพที่แสดงถึงกลไกการส่งควอนตัมดอทเข้าไปใต้ผิวหนังซึ่งสามารถใช้ยืนยันประสิทธิภาพของเข็มจิ๋วได้

โรเจอร์ นารายาน ผู้นำคณะวิจัย กล่าวว่า “แรงจูงใจในการศึกษาครั้งนี้ก็คือ พวกเราอยากเห็นว่า สามารถใช้เข็มจิ๋วนี้ส่งควอนตัมดอทเข้าสู่ผิวหนังได้และเทคโนโลยีดังกล่าวน่าจะเป็นประโยชน์ต่อการวินิจฉัยและรักษาโรคมะเร็งผิวหนังมากกว่าวิธีอื่นๆ เพราะว่ามีความเป็นไปได้ที่นักวิจัยจะสามารถส่งควอนตัมดอทเข้าสู่ผิวหนังได้ในระดับที่ลึกขึ้นกว่าเดิม และอาจนำเทคโนโลยีการผลิตที่เราใช้นี้ไปประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์การแพทย์ขนาดเล็กอื่นๆได้อีกด้วย”
การศึกษาครั้งนี้ได้รับทุนจาก มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (National Science Foundation : NSF)  และ สถาบันสุขภาพแห่งชาติ (National Institutes for Health : NIH) และได้รับการตีพิมพ์ใน Faraday Discussion ฉบับเดือนกันยายน 2010

ทิ้งท้าย
น่าชื่นชมนักวิจัยที่มองการณ์ไกลอย่างนารายานที่พยายามสร้างเทคโนโลยีใหม่ๆขึ้นมาและยังคิดเผื่อไปถึงการต่อยอดเพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุด

ข้อมูลเพิ่มเติม
ควอนตัมดอท

ควอนตัมดอท หรือ ผลึกนาโน (nanocrystal) เป็นผลึกอนุภาคที่มีขนาดเพียงระดับนาโนเมตร (2 – 10 นาโนเมตร) หรือ 10-50 อะตอม มีคุณสมบัติกึ่งตัวนำ ประกอบขึ้นจากธาตุในตารางธาตุระหว่างหมู่ II-VI,III-V หรือ IV-VI เช่น แคดเมียมซัลไฟด์ (CdS) แคดเมียมเซเลไนด์ (CdSe) แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) เมื่อมองโครงสร้างของควอนตัมดอทนี้ผ่านเครื่องมือที่สามารถสำรวจโครงสร้างระดับนาโนได้จะมองเห็นโครงสร้างนี้มีลักษณะเป็นจุด (dot) จุดระดับนาโนนี้จะแสดงพฤติกรรมภายในอะตอมหรือภายในโมเลกุลแบบควอนตัม (quantum) ตามหลักการทางฟิสิกส์ควอนตัม (quantum physics) นอกจากนี้ควอนตัมดอทยังมีคุณสมบัติที่เรืองแสงได้ดีทั้งยังปรับสีของแสงเรืองได้โดยเปลี่ยนขนาดและส่วนประกอบ ความสามารถในการปรับสีได้นี้เป็นสมบัติที่โดดเด่นกว่าสารฟลูออเรสเซนส์อื่น
ที่มา : ควอนตัมดอท (Quantum dot) มีโครงสร้างอย่างไร ใช้ทำอะไรได้บ้าง
http://www.mtec.or.th/index.php?option=com_content&task=view&id=1307&Itemid=178

ขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชั่นแบบเหนี่ยวนำด้วยโฟตอน

2 โฟตอน + สารตั้งต้น -> ไอออนของสารตั้งต้น
ไอออนของสารตั้งต้น  -> พอลิเมอร์
พอลิเมอร์ + พอลิเมอร์ -> End of reaction
ที่มา : http://www.appropedia.org

แหล่งข้อมูลอ้างอิงและข้อมูลเพิ่มเติม
http://www.nanowerk.com/news/newsid=17779.php
http://www.technologyreview.com/biomedicine/26177
http://www.biotechdaily.com/therapeutics/articles/294731044/quantum_dot_technology_extends_clinical_cancer_tools.html
Advantages over organic dye-based fluorophores : http://www.pharmainfo.net/reviews/quantum-dots-novel-technique-drug-delivery-and-therapy

หากท่านคิดว่าข่าวนี้มีประโยชน์มากน้อยแค่ไหน รบกวนโหวตให้คะแนนด้านบนด้วยนะคะ ติชมได้ที่ marisak