RESEARCH DESCRIPTION

Project Name: การศึกษาและพัฒนาอิเลคโทรดคาร์บอนนาโนทูปสำหรับไบโอเซนเซอร์ เพื่อตรวจวัดฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของสมุนไพรไทยทางการแพทย์ (Studying and Developing the Carbon Nanotube Electrode for Biosensor for Detection the Antioxidant Capacity in Medicinal Thai Plants)

Researcher: Donrawee Leelarungrayub

Organization:Associated Medical Sciences/Physical Therapy

Time:1 October 2007 - 30 September 2008

RESEARCHER

  1. Donrawee Leelarungrayub (Head of project)

BUDGET

  1. BioMedical Engineering Center 100,000 Baht

ABSTRACT

อิเลคโทรดคาร์บอนนาโนทูป เป็นนวัตกรรมในระดับนาโนที่มีความทันสมัย โดยมีคุณสมบัติในการนำกระแสไฟฟ้าในระดับต่ำที่ยอดเยี่ยม  จึงได้มีการประยุกต์มาใช้การทดสอบฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของสมุนไพร โดยอาศัยหลักการตรวจวัดปริมาณไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เหลือด้วยเครื่องแอมเฟอโรเมตริกซ์ ไบโอเซนเซอร์  ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้ประกอบด้วย (1) เพื่อศึกษาปัจจัยและประสิทธิผลของอิเลคโทรดชนิดคาร์บอนนาโนทูป (2) เพื่อศึกษาเปรียบเทียบสัญญาณไฟฟ้าระหว่างอิเลคโทรดที่เป็นคาร์บอนสกรีนและแบบคาร์บอน นาโนทูปและ (3) เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการนำอิเลคโทรดชนิดคาร์บอนนาโนทูป มาใช้ตรวจฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของสมันไพรไทย โดยเปรียบเทียบกับอิเลคโทรดแบบคาร์บอนสกรีนและวิธีตรวจทางเคมีพื้นฐาน วิธีการศึกษา ประกอบด้วย 3 ขั้นตอนหลักคือ (1) การศึกษาขนาดและสัดสวนของผงคาร์บอนนาโนทูปที่เหมาะสม (2) ทำการศึกษาสัญญาไฟฟ้าที่ได้จากสารมาตรฐานไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ระดับความเข้มข้มที่ 10- 500 ไมโครโมลลาร์ ระหว่างอิเลคโทรดที่เป็นแบบคาร์บอนสกรีนและแบบคาร์บอนนาโนทูปที่ผลิตขึ้น และ (3) นำสมุนไพร 5 ชนิด ได้แก่  น้ำแครอท  น้ำมะนาว น้ำกระเทียม น้ำฝรั่ง และน้ำส้ม มาศึกษาคุณสมบัติในการทำลายสารมาตรฐานไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ระดับความเข้มข้นต่ำ  50 และสูง 300 ไมโครโมลลาร์  โดยใช้วิตามิน ซีเป็นสารต้านอนุมูลอิสระมาตราฐาน  และใช้วิธีเคมีพื้นฐาน ABTS decolorization และ DPPH เป็นวิธีควบคุมมาตราฐาน

ผลการศึกษาพบว่า (1) คาร์บอนนาโนทูปในรูปแบบ Multi-walled carbon nanotube (MWCNT) สามารถสังเคราะห์ได้ที่ 6 ชั่วโมง มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่ 20-50 นาโมเมตร เฉลี่ย 27 นาโนเมตรและมีความยาว 10 ไมโครเมตรอย่างน้อย และนำมาผลิตแบบจุ่มหมึกบนแผ่นใส ทำให้ค่าความต้านทานมากกว่า (100 กิโลโอห์ม) เมื่อเปรียบเทียบกับแบบคาร์บอนสกรีน (1.5 กิโลโอห์ม)  (2) อิเลคโทรทชนิดคาร์บอนนาโนทูปในระบบแอมเฟอโรเมตริกซ์ ไบโอเซนเซอร์ สามารถตรวจวัดปริมาณไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้ในช่วงความเข้มข้นที่ต่ำกว่าชนิดคาร์บอนสกรีนแบบเดิม แต่ในการตรวจวัดจะใช้วิธีการหยดลงบนแผ่นอิเลคโทรดและใช้เวลาในการทดสอบไม่เกิน 5 นาที และ (3) อิเลคโทรดชนิดคาร์บอนนาโนทูป สามารถนำมาใช้ในการตรวจฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของสมุนไพร 5 ชนิด คือ น้ำแครอท น้ำมะนาว น้ำกระเทียม น้ำฝรั่งและน้ำส้ม ได้เช่นเดียวกับวิธีมาตราฐานทางเคมีคือทั้งวิธี ABTS decolorization ( r = 0.98) และ DPPH (r=0.82) ขณะที่อิเลคโทรดแบบคาร์บอนสกรีนแบบเดิม มีความสัมพันธ์กับวิธีทางเคมีพื้นฐานต่ำกว่าคือ  ABTS decolorization ( r = 0.65) และแบบ DPPH ( r = 0.42)

ดังนั้นงานศึกษาครั้งนี้ แสดงให้เห็นว่า การใช้อิเลคโทรดคาร์บอนนาโนทูปมาใช้แทนแบบคาร์บอนสกรีนแบบเดิม สามารถนำใช้ในการตรวจวัดฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระได้ดีเช่นเดียวกับวิธีทางเคมีพื้นฐาน แต่ปัญหาที่พบว่าอิเลคโทรดที่ผลิตขึ้นแบบจุ่มจะละลายในน้ำได้ไว ดังนั้นข้อจำกัดในการศึกษาครั้งนี้

Carbon nano tube (CNT) is novel nano particle with a low electrical conduction that can modified for testing the antioxidant of Thai plants. Basic measurement on amperometric biosensor was detection the remaining of hydrogen peroxide in system after treated with any antioxidant substance.  Aims of this study were: (1) studied the factors and efficiency of carbon nano tube electrode (2) comparing the electrical signal between electrodes from carbon screening and synthesized carbon nano tube on standard hydrogen peroxide  then (3) studied the possible useful of a synthesized carbon nano tube on evaluation of antioxidant activity of five Thai herbs compared to carbon screening electrode and basic chemical tests. Methods were composed of three main experiments; Firstly, synthesized the carbon nano tube and evaluated the size of electrode, Second, standard hydrogen peroxide at 10-500 micromolar was assayed with 600 mill voltage activation on amperometric biosensor with different electrodes; carbon screening and carbon nano tube, and finally, carrot, lemon, garlic, guava, orange juices were tested their activity on destroy the hydrogen peroxide at low concentration (50 micromolar) or  high concentration (100 micromolar) by compared to the standard antioxidant, L-ascorbic acid, and controlled the methods with ABTS decolorization and DPPH assays.

Results showed that (1) the synthezied carbon nano tube with multi-walled carbon nano tube (MWCNT) at 6 hr had an average 27 nanometer in diameter (20-25 nanometer) and a length was more than 10 micrometer. After, dripping ink technique was used on a thin plastic, the resistance of MWCNT (100 kOhm) was higher than the carbon screening (1.5 kOhm). (2) Amperometric biosensor with MWCNT showed ability on detection the hydrogen peroxide with lower concentration compared to the carbon screening electrode. But limitation of assayed time was within 5 minutes after dropped the sample test on surface electrode and, (3). This synthesized MWCNT electrode was also used to test the activity of five Thai herbs; carrot, lemon, garlic, guava, orange juices as well as testing in standard chemical assays; ABTS decolorization (r = 0.985), and DPPH ( r = 0.82). Whereas, carbon screening electrode showed lower correlation to the ABTS decolorization (r = 0.65), and DPPH ( r = 0.42).

From this study, MWCNT can be worked better than carbon screening and useful in test the antioxidant of Thai herbs as well as the previous chemical assays. But their less stability and poor of repeatability for many times of measurement because of dissolving in buffer solution test, so this is the limitation of this electrode.