การประยุกต์ใช้เซนเซอร์สำหรับอุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ทดสอบ
เทคโนโลยีเซนเซอร์เข้ามามีบทบาทสำคัญสำหรับมนุษย์ในชีวิตประจำวัน เพราะเป็นเครื่องมือที่สำคัญในการสนับสนุนอุตสาหกรรมหลักมากมาย โดยเมื่อพิจารณาถึงจุดกำเนิดและทิศทางการพัฒนาอุตสาหกรรมเทคโนโลยีเซนเซอร์ที่เริ่มต้นในประเทศไทย มีจุดกำเนิดจากอุปกรณ์ด้านชุดตรวจวิเคราะห์ทดสอบเพื่อใช้ประโยชน์ด้านการแพทย์และสาธารณสุข ใช้ในการตรวจวิเคราะห์ทั้งเชื้อโรคและสารเคมีต่างๆ ที่อยู่ในอาหารและสิ่งแวดล้อม ด้วยจุดประสงค์เพื่อให้ประชากรในประเทศไปสู่สังคมของการกินดี อยู่ดี และขยายผลไปยังงานวิจัยต่างๆ อย่างต่อเนื่อง
จากความต้องการอุปกรณ์และเทคโนโลยีเซนเซอร์ที่เพิ่มมากขึ้นเพื่อตอบโจทย์การพัฒนา ”อุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ทดสอบ” ในตลาดโลก ที่มุ่งเน้นไปสู่การใช้ในอุปกรณ์ เครื่องมือที่มีขนาดเล็ก สามารถพกพาได้อย่างสะดวก อัตโนมัติ ใช้งานง่ายและสามารถให้ผลการวิเคราะห์อย่างถูกต้องและรวดเร็ว
เพื่อให้เกิดความเข้าใจถึงความสำคัญของเทคโนโลยีเซนเซอร์ที่เชื่อมโยงกับอุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ทดสอบอย่างมีนัยสำคัญ คอลัมน์นี้จะมุ่งเน้นพูดถึงนิยามของอุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ทดสอบ และเทคโนโลยีเซนเซอร์ เพื่อให้ผู้อ่านเข้าใจถึงความแตกต่างและความสัมพันธ์ของ 2 สิ่งนี้
อุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ทดสอบ?
อุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ทดสอบ คือ เครื่องมือที่ใช้ในการวินิจฉัยและตัดสินใจ สามารถใช้ในการวินิจฉัยและวิเคราะห์ทั้งเชิงปริมาณและคุณภาพ เพื่อลดความเสี่ยงและการสูญเสียที่อาจเกิดขึ้น และยังช่วยเพิ่มโอกาสและทางเลือกให้แก่ผู้ใช้และผู้บริโภค ซึ่งถูกนำมาประยุกต์ใช้อุตสาหกรรมหลักที่สำคัญในหลายด้าน ได้แก่ อุตสาหกรรมเกษตรและอาหาร สุขภาพและการแพทย์ รวมถึงสิ่งแวดล้อมและที่อยู่อาศัย เป็นต้น กระบวนการในการตรวจและวินิจฉัยส่วนใหญ่จึงเป็นการตรวจด้วยปฏิกิริยาทางเคมี และปฏิกิริยาจำเพาะ โดยชุดตรวจวิเคราะห์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบของแผ่นแถบ (Strip) ที่ทำจากวัสดุ เช่น แผ่นไนโตรเซลลูโลส แผ่นไนลอน หรืออาจมีลักษณะเป็นหลุม (Well) เพื่อใช้ในการตึงวัตถุดิบทางชีวภาพ โดยอาศัยปฏิกิริยาที่สามารถสะท้อนและแสดงผลด้วยการแสดงสี โดยตัวอย่างชุดตรวจวิเคราะห์ที่นิยมใช้ได้แก่ ชุดตรวจการตั้งครรภ์ ชุดตรวจสารเสพติด และชุดตรวจสิ่งปนเปื้อนในอาหาร เป็นต้น
เซนเซอร์?
เซนเซอร์ คือ ชุดอุปกรณ์ ระบบ หรือวงจร ที่ทำหน้าที่ในการตรวจวัด เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการรับรู้ของมนุษย์ และตรวจจับการเปลี่ยนแปลง คุณสมบัติ หรือ ลักษณะของเป้าหมายวิเคราะห์ (Analytical target) และแสดงผลในลักษณะของสัญญาณที่สามารถตรวจสอบได้ ทั้งสัญญาณไฟฟ้า สัญญาณกลศาสตร์ และสัญญาณเชิงแสง
อุปกรณ์เซนเซอร์สามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทตามคุณสมบัติในการตรวจวัด ประกอบด้วย:
1.เซนเซอร์ด้านกายภาพ (Physical Sensor) คือ เซนเซอร์ที่ใช้ในการตรวจวัดคุณสมบัติทางกายภาพต่างๆ เช่น เซนเซอร์ในการจับภาพ เซนเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้น
2. เซนเซอร์ด้านเคมี (Chemical Sensor) คือ เซนเซอร์ที่ใช้ในการตรวจวัดสารเคมีต่างๆ โดยอาศัยปฏิกิริยาจำเพาะทางเคมี และมีการแปลงเป็นข้อมูลหรือสัญญาณที่สามารถอ่านวิเคราะห์ได้ เช่น เซนเซอร์ตรวจวัดสารเคมีปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม หรือดินและน้ำ
3. เซนเซอร์ทางชีวภาพ (Biosensor) คือ เซนเซอร์ที่อาศัยเทคนิคการนำสารชีวภาพ (Biological recognition material) มาเป็นตัวทำปฏิกิริยาจำเพาะกับสารเป้าหมาย เช่น เซนเซอร์ที่ใช้ในการตรวจวัดระดับน้ำตาลในเลือด
เซนเซอร์ และ อุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ทดสอบ สัมพันธ์กันอย่างไร?
ทิศทางการพัฒนาอุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ทดสอบมีแนวโน้มจะประยุกต์เป็นอุปกรณ์เซนเซอร์ที่เป็นเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถอ่านผลได้ง่าย แสดงผลเป็นระบบดิจิตอลหรือตัวเลข โดยไม่จำเป็นต้องอาศับผู้เชี่ยวชาญในการตรวจวิเคราะห์และอ่านผล ผู้ใช้สามารถใช้อุปกรณ์ดังกล่าวได้ด้วยตัวเอง (Point-of-Care: PoC)
จากลักษณะเฉพาะของเซนเซอร์ที่สามารถใช้เป็นอุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ที่มีขนาดพกพาสะดวกและใช้งานง่ายนั้น จึงถูกนำมาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ดังนี้:
เซนเซอร์ด้านการเกษตรและอาหาร – เซนเซอร์ถูกนำมาใช้เพื่อมุ่งสร้างผลผลิตด้านการเกษตรเพิ่มมากขึ้น และมีบทบาทสำคัญสำหรับเทคโนโลยี “การเกษตรแม่นยำสูง (SMART Farming)” ที่มุ่งเน้นการบริหารจัดการทรัพยากรที่มีอยู่จำกัดให้เกิดประโยชน์สูงสุด รวมถึงการใช้เทคโนโลยีเพื่อการวิเคราะห์ปัจจัยแวดล้อมที่ผลกระทบต่อผลผลิตที่เกิดขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อพิจารณาจากกระบวนการแปรรูปวัตถุดิบทางการเกษตรเพื่อผลิตเป็นอาหารแล้วนั้น ระดับความปลอดภัยและคุณภาพของอาหารเป็นปัจจัยสนับสนุนที่สำคัญ ดังนั้น อุปกรณ์ด้านเซนเซอร์ที่ใช้ในการตรวจวิเคราะห์จึงมีบทบาทที่สำคัญ ตั้งแต่การตรวจวัดค่าปนเปื้อนและความปลอดภัยในวัตถุดิบทางการเกษตร ก่อนนำมาเข้าสู่กระบวนการแปรรูปเป็นอาหาร จนถึงการจำหน่ายและแจกจ่ายสู่ผู้บริโภค
เซนเซอร์ด้านสุขภาพและการแพทย์ – ชุดตรวจวิเคราะห์ด้านสุขภาพและการแพทย์นั้นใช้เพื่อการตรวจวิเคราะห์สารชีวโมเลกุลขนาดเล็ก เปลี่ยนวิถีการตรวจรักษาที่ปกติตรวจวัดที่โรงพยาบาลเป็นการตรวจวัดที่บ้านได้ เช่น เครื่องตรวจวัดน้ำตาลในเลือดสำหรับผู้ป่วยโรคเบาหวาน เครื่องตรวจวัดความดันโลหิต อัตราการเต้นของหัวใจ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเซนเซอร์ที่ใช้เพื่อตรวจวัดลักษณะภายนอกและเซนเซอร์ที่ใช้เพื่อการตรวจวัดสารเคมีต่างๆ โดยการใช้โมเลกุลชีวภาพที่มีความสามารถในการจดจำเป็นตัวถูกวิเคราะห์ ได้แก่ เอนไซต์ ดีเอ็นเอ แอนติบอดี้ และโปรตีน เป็นต้น และมีการแปลงสัญญาณเพื่อการวิเคราะห์ค่าต่างๆ อย่างไรก็ดี ถึงแม้จะมีการนำระบบไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์เข้ามามีส่วนช่วยในการในการพัฒนาเซนเซอร์ พบว่าการนำไฟฟ้าหรือการส่งผ่านอิเล็กตรอนนำมาใช้กับสารตรวจวัดทางชีวภาพไม่ดีเท่าที่ควร จึงได้มีการพัฒนาและปรับปรุงโดยการนำนาโนเทคโนโลยีเข้ามาเป็นตัวช่วยให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
เซนเซอร์ในอุตสาหกรรมยานยนต์และระบบโลจิสติกส์ – แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีของโลกที่มุ่งสู่โลกของระบบยานยนต์อัจฉริยะ (SMART Cars) และระบบขนส่งอัจฉริยะ (Intelligent Transport System) ที่ตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ การใส่ใจในสิ่งแวดล้อม การประหยัดพลังงานและความปลอดภัยของผู้ขับขี่ จึงนำไปสู่การใช้อุปกรณ์และวัสดุที่มีประสิทธิภาพ นาโนเทคโนโลยีจึงเข้ามามีบทบาทสำคัญ รวมถึงการพัฒนาให้เกิดระบบอัจฉริยะของยานยนต์ที่สามารถติดต่อสื่อสารและเชื่อมโยงด้วยระบบไร้สายเกิดการสื่อสารกันระหว่างยานพาหนะกับยานพาหนะ (Vehicle-to-Vehicle: V2V) และยานพาหนะกับระบบโครงสร้างพื้นฐานต่างๆ (Vehicle-to-Infrastructure: V2I) เพื่ออำนวยความสะดวกแก่ผู้บริโภคเพิ่มมากขึ้น
เซนเซอร์ด้านสิ่งแวดล้อมและที่อยู่อาศัย – การพัฒนาองค์ประกอบต่างๆให้เข้าสู่ระบบบ้านอัจฉริยะ (SMART Home) เพื่อเสริมสร้างคุณภาพชีวิตของประชากร ทั้งด้านสุขภาพ ความปลอดภัย การประหยัดพลังงาน อาทิเช่น การใช้ระบบเซนเซอร์ควบคุมระบบปรับอากาศ ระบบส่องสว่างและการควบคุมพลังงาน ระบบตรวจและติดตามสิ่งแวดล้อม การแจ้งเตือนภัย การควบคุมการปิดเปิดของประตูและหน้าต่าง นอกจากนั้น การพัฒนาเซนเซอร์ที่ใช้ในการตรวจวิเคราะห์สภาพแวดล้อมต่างๆ ในสังคมมีส่วนในการยกระดับคุณภาพชีวิตของประชากรอีกด้วย ได้แก่ เซนเซอร์ที่ใช้ในการตรวจวัดคุณภาพน้ำ อากาศ ของเสียและขยะมูลฝอย การตรวจวัดระดับของเสียง แสง อุณหภูมิตามสถานที่ต่างๆ เป็นต้น
เทคโนโลยีเซนเซอร์และอุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์จากที่กล่าวมาแล้วข้างต้นถูกนำมาใช้งานในชีวิตประจำวันของมนุษย์เป็นอย่างมาก จึงเกิดการวิจัยในการสร้างและพัฒนาอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยีนี้ และผู้เชี่ยวชาญในห้องปฏิบัติและประยุกต์ให้เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ที่ตรงตามความต้องการของผู้บริโภค
เนื่องจากเป็นอุกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ ดังนั้น มาตรฐานเพื่อรับรองความปลอดภัยและคุณภาพของอุปกรณ์และเทคโนโลยีเหล่านี้เข้ามามีบทบาทสำคัญ มาตรฐานของผลิตภัณฑ์ถูกแบ่งออกตามหน้าที่การใช้งาน เช่น อุปกรณ์เครื่องมือแพทย์ ผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ในยานยนต์ เป็นต้น
มาตรฐานที่สำคัญในเทคโนโลยีเซนเซอร์และอุปกรณ์ในการตรวจวิเคราะห์ทดสอบ
มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม (มอก.) คือ เกณฑ์หรือข้อกำหนดทางเทคนิคที่กำหนดขึ้น สำหรับผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมของประเทศไทย ซึ่งรวมถึงจำพวก แบบ รูปร่าง มิติ วิธีทำ วัตถุที่นำมาใช้ คุณสมบัติและคุณลักษณะที่ต้องการ วิธีตรวจหรือวิธีทดสอบเพื่อใช้ในการตัดสินว่าผลิตภัณฑ์นั้นเป็นไปตามมาตรฐาน โดยทั่วไปมาตรฐานของ มอก. แบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่ม ได้แก่
1. มาตรฐานทั่วไป เป็นมาตรฐานที่เป็นการอนุญาตให้แสดงเครื่องหมายมาตรฐานสำหรับสินค้นที่ผู้ประกอบการต้องการให้แสดงเครื่องหมายมาตรฐาน เพื่อแสดงคุณสมบัติและคุณภาพของสินค้า
2. มาตรฐานบังคับ เป็นมาตรฐานที่ถูกใช้ในกรณี ที่มีความจำเป็นเพื่อประโยชน์ในการคุ้มครองผู้บริโภค และความปลอดภัยในชีวิตและทรัพย์สินของประชาชนและสาธารณะ และเพื่อปกป้องสิ่งแวดล้อมและการอนุรักษ์พลังงาน รวมถึงความมั่นคงและการคุ้มครองเศรษฐกิจของประเทศด้วย
ผู้ที่มีบทบาทสำคัญในการดูแลและกำหนดมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม คือ สำนักงานมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม (สมอ.) กระทรวงอุตสาหกรรม และยังมีหน่วยงานสำคัญที่เกี่ยวข้องกับมาตรฐานของอุปกรณ์เซนเซอร์ภายในประเทศอีกมาก เช่น
สมาคมเอโอเอซี ประเทศไทย ทำหน้าที่เป็หน่วยงานประสานและพัฒนา เพื่อยกระดับคุณภาพและมาตรฐานด้านการวิเคราะห์ทดสอบให้เท่าเทียมมาตรฐานสากล โดยผ่านความร่วมมือร่วมกับองค์กร AOAC Thailand ประเทศสหรัฐอเมริกา
สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา (อย.) ทำหน้าที่ในการดูและและกำหนดผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับการแพทย์และสาธารณสุข เช่น อาหาร ยารักษาโรค เวชภัณฑ์ และเครื่องสำอาง
กระทรวงพลังงาน ทำหน้าที่ดูแลและกำหนดมาตรฐานด้านพลังงาน – มาตรฐานเบอร์ 5
สถาบันรับรองมาตรฐานไอเอสโอ (สรอ.) ทำหน้าที่ให้บริการรับรองตามมาตรฐาน ISO และมาตรฐานระบบอื่นๆ เพื่อเสริมสร้างประสิทธิภาพและคุณภาพของอุตสาหกรรม
นอกจากมาตรฐานที่ใช้กันภายในประเทศแล้ว มาตรฐานและหน่วยงานในระดับนานาชาตินั้นมีส่วนสำคัญมาก โดยเฉพาะในเรื่องการกีดการทางการค้าระหว่างประเทศ จึงจำเป็นต้องใช้เป็นเกณฑ์อ้างอิงเพื่อยกระดับมาตรฐานสินค้าภายในประเทศ ซึ่งมาตรฐานและหน่วยงานเกี่ยวข้องที่ควรรู้จัก เช่น
European Conformity: CE เป็นเครื่องหมายที่แสดงการรับรองจากผู้ผลิต ที่สามารถผลิตสินค้าที่มีคุณสมบัติตามข้อกำหนดด้านสุขภาพและความปลอดภัยสำหรับประเทศในสหภาพยุโรป
Underwriters Laboratories Inc. (UL) เป็นองค์กรอิสระที่ให้การรับรองเกี่ยวกับความปลอดภันของผลิตภัณฑ์ในสหรัฐอเมริกา
Japanese Industrial Standard (JIS) เป็นมาตรฐานของประเทศญี่ปุ่น
International Electrotechnical Commission (IEC) เป็นมาตรฐานขององค์กรระหว่างประเทศด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
กลไกสำคัญในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ด้านเซนเซอร์ของผู้ประกอบการที่ต่อยอดจากผลงานวิจัยของนักวิจัยและผู้เชี่ยวชาญนั้นจำเป็นต้องอาศัยการเชื่อมโยงอย่างเป็นรูปธรรม เช่น การรับโจทย์วิจัยจากภาคอุตสาหกรรมเพื่อนำมาวิจัยให้เกิดการแก่ปัญหาโดยนักวิจัยและผู้เชี่ยวชาญ และอาศัยรูปแบบของการลงทุนเป็นหุ้นส่วนอุตสาหกรรม ดังเช่นกรณีศึกษาของสหรัฐอเมริกา ที่เกิดจากความร่วมมือกันระหว่างสถาบันเทคโนโลยีสารสนเทศและโทรคมนาคมแห่งแคลิฟอร์เนีย มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส และมหาวิทยาลัยเบิร์กลีย์ โดยการได้รับโจทย์วิจัยที่มีเป้าหมายเฉพาะเจาะจงจากบริษัทเอกชน ได้รับเงินสนับสนุนจากรัฐบาลจนสามารถนำผลงานวิจัยไปใช้ในเชิงพาณิชย์ และบริษัทเอกชนรับนักศึกษาที่ร่วมโครงการ เข้าทำงานในบริษัทเหล่านั้น นอกจากนั้น ยังมีรูปแบบที่นักวิจัยจัดตั้งบริษัทเอง (Start-Up) โดยนำงานวิจัยมาผลิตเป็นสินค้า เป็นต้น
ที่มา:
1) รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการการจัดทำแผนกลยุทธ์และการพัฒนาเครือข่ายเชี่ยวชาญเฉพาะทางและอุตสาหกรรมด้านเทคโนโลยีเซนเซอร์และระบบเครือข่ายเซนเซอร์ของประเทศ, ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ 2558
2) รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการจัดทำแผนที่นำทางและแผนปฏิบัติการเพื่อการพัฒนาบุคลากรและเครือข่ายเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีชุดตรวจและเซนเซอร์, ศูนย์พันธุวิศวกรรมกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ 2555
