‘โลหะ’ เป็นแร่ธาตุที่พบได้ทั่วไปในเปลือกโลก จึงพบการปนเปื้อนของโลหะในแหล่งน้ำธรรรมชาติทั้งน้ำบาดาลและน้ำผิวดินได้อยู่เสมอ นอกจากนี้การดำเนินกิจกรรมต่าง ๆ ในพื้นที่ ทั้งการทำการเกษตร อุตสาหกรรม รวมถึงกิจกรรมในครัวเรือนล้วนทำให้แหล่งน้ำธรรมชาติเกิดการปนเปื้อนโลหะได้เช่นกัน ดังนั้นแล้วผู้ผลิตน้ำประปาจึงควรหมั่นตรวจสอบคุณภาพแหล่งน้ำที่นำมาใช้ผลิต เพราะหากผู้บริโภครับประทานน้ำที่มีโลหะปนเปื้อนเข้าไปมากเกินขนาด หรือบริโภคต่อเนื่องจนเกิดการสะสม ‘โลหะเหล่านั้นอาจเป็นพิษต่อร่างกายของผู้บริโภคจนถึงขั้นเสียชีวิตได้’

กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) โดยศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) และศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) วิจัยและพัฒนา ‘M Sense’ ชุดตรวจโลหะปนเปื้อนในน้ำ อาทิ แมงกานีส  ทองแดง เหล็ก และพัฒนาอุปกรณ์เสริม ‘DuoEye Reader’ อุปกรณ์ IoT (Internet of Things) สำหรับประมวลผลปริมาณโลหะปนเปื้อนในน้ำชนิดแจ้งผลการตรวจได้ทันที พร้อมจัดเก็บข้อมูลเข้าสู่ระบบคลาวด์ (cloud) โดยอัตโนมัติ เพื่อช่วยลดภาระงานให้แก่เจ้าหน้าที่ภาคสนาม และเป็นเครื่องมือให้ประชาชนใช้ติดตามการปนเปื้อนของโลหะด้วยตนเอง ทั้งนี้ในการวิจัย สวทช. ได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.) หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการพัฒนาระดับพื้นที่ (บพท.) การประปาส่วนภูมิภาค (กปภ.) และหน่วยงานพันธมิตร

ดร.วีรกัญญา มณีประกรณ์ หัวหน้าทีมวิจัยวัสดุตอบสนองระดับนาโน (RNM) นาโนเทค สวทช. เล่าว่า จุดเริ่มต้นในการพัฒนาชุดตรวจคุณภาพน้ำในรูปแบบใช้งานง่ายและมีราคาจับต้องได้ มาจาก รศ. นสพ. ดร.ศุภชัย เนื้อนวลสุวรรณ ผู้เชี่ยวชาญจากศูนย์เชี่ยวชาญเฉพาะทางการวิเคราะห์ความเสี่ยงอาหารและน้ำ (Center of Excellence in Food and Water Risk Analysis: FAWRA) คณะสัตวแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เล็งเห็นถึงความสำคัญของความปลอดภัยด้านอาหารและน้ำดื่ม (ทั้งทางชีวภาพและกายภาพ) จึงได้ชี้ให้ทีมวิจัยทราบถึงปัญหาด้านการตรวจสอบคุณภาพน้ำประปาของประเทศไทยที่ปัจจุบันระบบผลิตน้ำประปาส่วนใหญ่เป็นรูปแบบประปาหมู่บ้าน (นอกเหนือจากการประปาส่วนภูมิภาคและการประปานครหลวงซึ่งมีกระบวนการผลิตที่ได้มาตรฐาน) ซึ่งมีการตรวจสอบคุณภาพน้ำเฉลี่ยเพียงปีละ 1 ครั้งตามกฎหมายกำหนดเท่านั้น เนื่องจากการส่งตรวจตัวอย่างน้ำในห้องปฏิบัติการที่ได้มาตรฐานมีราคาค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง และต้องใช้เวลารอผลตรวจนาน ส่วนอุปกรณ์ภาคสนามที่ใช้ตรวจได้ด้วยตัวเอง ทราบผลการตรวจได้รวดเร็วกว่า ก็มีราคาเครื่องมือที่สูงเกินกว่าที่ผู้ประกอบการรายย่อยจะลงทุนไหว

“อย่างไรก็ตามการติดตามการปนเปื้อนในแหล่งน้ำเพียงปีละ 1 ครั้งอาจไม่เพียงพอ เพราะตามธรรมชาติแล้วคุณภาพของน้ำจะเปลี่ยนแปลงไปตามฤดูกาล รวมถึงการดำเนินกิจกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์ อาทิ การทำการเกษตร การขุดลอก การทำเหมืองแร่ ตัวอย่างชนิดของโลหะที่พบการปนเปื้อนได้บ่อยครั้งและมีผลเสียต่อสุขภาพในระยะยาว เช่น ‘แมงกานีส (manganese: Mn)’ ทำให้เกิดอาการอ่อนเพลีย ปวดศีรษะ เยื่อบุในระบบทางเดินอาหารอักเสบ และอาจรุนแรงถึงขั้นเป็นอัมพาต เนื่องจากระบบประสาทถูกทำลาย ‘ทองแดง (copper: Cu)’ ก่อให้เกิดอาการเบื่ออาหาร อาเจียน อ่อนเพลีย เม็ดเลือดแดงแตกตัว และส่งผลต่อการทำงานของตับ”

จากปัญหาดังกล่าว ทีมวิจัยได้นำความเชี่ยวชาญด้านการสังเคราะห์โมเลกุลสารอินทรีย์ในระดับนาโนที่พัฒนาขึ้นสำหรับใช้ในงานด้านการแพทย์มาประยุกต์ใช้ในการพัฒนา ‘โมเลกุลเซนเซอร์ที่ทำปฏิกิริยาจำเพาะกับโลหะแต่ละชนิด ซึ่งแสดงสีเฉพาะตัวได้หลังทำปฏิกิริยากับโลหะที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำ’ โดยทีมได้ตั้งชื่อชุดเทคโนโลยีนี้ว่า ‘M Sense (Metal Sense)’ ปัจจุบันเทคโนโลยีในกลุ่ม M Sense ที่พร้อมถ่ายทอดเทคโนโลยีแล้วมี 3 ชนิด คือ ‘Mn Sense (Manganese Sense)’ ชุดตรวจการปนเปื้อนของแมงกานีส ‘Cu Sense (Copper Sense)’ ชุดตรวจการปนเปื้อนของทองแดง และ ‘Fe Sense (Iron Sense)’ ชุดตรวจการปนเปื้อนของเหล็ก

ดร.วีรกัญญา อธิบายว่า ผลิตภัณฑ์ในกลุ่ม M Sense ผ่านการออกแบบให้ใช้งานง่าย เพียงผู้ทดสอบเก็บตัวอย่างน้ำมาใส่ในขวดทดลองตามปริมาณที่กำหนด เติมน้ำยาทดสอบลงในขวดแล้วรอเวลา 1-3 นาที (ระยะเวลาการตรวจขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะที่ต้องการตรวจ) หากสีของน้ำเปลี่ยนแปลงไปแสดงว่ามีการปนเปื้อนของโลหะชนิดที่ตรวจ ซึ่งผู้ตรวจสามารถตรวจสอบปริมาณการปนเปื้อนเชิงคุณภาพหรือเชิงกึ่งปริมาณได้จากการนำขวดการทดลองไปวางเทียบกับชาร์ตสีของผลิตภัณฑ์ นอกจากนี้เพื่อให้ผู้ตรวจทราบถึงผลเชิงปริมาณสำหรับนำไปใช้วางแผนปรับปรุงคุณภาพน้ำได้อย่างเหมาะสม ทีมวิจัยได้ร่วมกับกลุ่มวิจัยอุปกรณ์สเปกโทรสโกปีและเซนเซอร์ (SSDRG) จากเนคเทค สวทช. สร้างเครื่องอ่านปริมาณสารเคมีในน้ำแบบพกพา DuoEye Reader เพื่อใช้คำนวณปริมาณโลหะปนเปื้อนในน้ำและแจ้งผลโดยระบุปริมาณการปนเปื้อน

“DuoEye Reader เป็นอุปกรณ์ IoT ที่ผ่านการออกแบบให้ใช้งานง่าย เพียงนำขวดทดสอบที่บรรจุน้ำตัวอย่างใส่ในเครื่องอ่านแล้วกดปุ่ม ‘blank’ เพื่อบันทึกค่าสีเริ่มต้น จากนั้นนำขวดทดสอบออกมาเติมสารทดสอบ M Sense แล้วนำกลับไปใส่ในเครื่องอ่านฯ อีกครั้ง แล้วกดปุ่ม ‘measure’ เพื่อเริ่มประมวลผล เครื่องอ่านจะคำนวณค่าสีที่เปลี่ยนแปลงไปและแสดงผลการปนเปื้อนออกมาเป็นตัวเลข (ใช้เวลาในการประมวลผล 1-3 นาที ขึ้นอยู่กับชนิดของสารปนเปื้อนที่ตรวจ) พร้อมจัดส่งข้อมูลการตรวจวัดทั้งวันที่ เวลา พิกัด และปริมาณการปนเปื้อนเข้าสู่ระบบคลาวด์โดยอัตโนมัติ เพื่อให้ผู้ได้รับสิทธิ์เข้าถึงข้อมูลการตรวจสอบได้จากทุกที่ทุกเวลาแบบเรียลไทม์ ปัจจุบัน DuoEye Reader ผ่านการทดสอบมาตรฐานความปลอดภัยทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ IEC/EN 61010-1 จากศูนย์ทดสอบผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (PTEC) สวทช. เรียบร้อยแล้ว”

ชุดตรวจโลหะปนเปื้อนในน้ำ M Sense ที่ทีมวิจัยพัฒนาขึ้นมีประสิทธิภาพการตรวจสอบการปนเปื้อนเทียบเท่ากับชุดตรวจมาตรฐานสากลที่ประเทศไทยต้องนำเข้าจากต่างประเทศ แต่มีจุดแข็งที่โดดเด่นกว่าหลายประการ อาทิ มีความจำเพาะกับชนิดของโลหะ มีความปลอดภัยในการใช้งานสูงเนื่องจากหลีกเลี่ยงการใช้สารเคมีอันตรายในการทดสอบ การตรวจแต่ละตัวอย่างใช้เวลาในการตรวจสั้น เพียงประมาณ 3-5 นาทีเท่านั้น ขณะที่ชุดตรวจทั่วไปใช้เวลา 15-30 นาที นอกจากนี้ทั้ง M Sense และ DuoEye Reader ยังผ่านการออกแบบให้ใช้งานง่ายเหมาะกับทั้งเด็กและผู้ใหญ่ด้วย ทั้งนี้หากพิจารณาเพิ่มเติมในมุมของการลงทุนค่าอุปกรณ์เพื่อการใช้งานในระยะยาวแล้ว เครื่อง DuoEye Reader ยังมีอีกหนึ่งจุดแข็งที่สำคัญ คือ ออกแบบให้ใช้งานร่วมกับชุดตรวจสารปนเปื้อนในน้ำทุกประเภทที่ทีมวิจัยนาโนเทค สวทช. พัฒนาขึ้นได้ ภาครัฐและภาคเอกชนที่มีอุปกรณ์นี้แล้วไม่ต้องลงทุนค่าอุปกรณ์เพิ่มเติมเมื่อต้องการตรวจสารปนเปื้อนชนิดอื่น ๆ ที่ทีมวิจัยพัฒนาออกมาใหม่ ทำให้ช่วยประหยัดงบประมาณได้เป็นอย่างดี

ดร.วีรกัญญา เล่าว่า ที่ผ่านมาทีมวิจัยได้นำทั้ง ‘M Sense’ และ ‘DuoEye Reader’ เข้าทดสอบการใช้งานจริงร่วมกับการประปาส่วนภูมิภาค (กปภ.) ศูนย์อนามัยที่ 7 จังหวัดขอนแก่น และสำนักงานสิ่งแวดล้อมและควบคุมมลพิษจังหวัดขอนแก่นเรียบร้อยแล้ว นอกจากนี้ยังได้รับความร่วมมือทดสอบการใช้งานจริงจากภาคประชาชน ชุมชน หมู่บ้าน องค์การบริหารส่วนท้องถิ่นในจังหวัดขอนแก่น และภาคการศึกษาซึ่งเป็นครูและนักเรียนในจังหวัดลำปางมากกว่า 20 โรงเรียน ทีมวิจัยคาดหวังเป็นอย่างยิ่งว่าเมื่ออุปกรณ์ที่พัฒนาขึ้นได้รับการยอมรับจากภาครัฐและภาคประชาชนแล้ว จะมีโอกาสขึ้นทะเบียนเป็นชุดตรวจสอบคุณภาพน้ำที่ใช้ยื่นผลการตรวจต่อภาครัฐได้ตามกฎหมาย เพื่อให้ภาคเอกชนและองค์กรส่วนท้องถิ่นเข้าถึงอุปกรณ์ในราคาย่อมเยา ทำให้ดำเนินการตรวจสอบคุณภาพน้ำได้บ่อยครั้งมากขึ้น ซึ่งจะเกิดผลดีต่อผู้บริโภคต่อไป

นอกจากการวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ในกลุ่ม M Sense ทั้ง 3 ชนิดดังที่กล่าวถึงข้างต้น​ ปัจจุบันทีมวิจัยยังกำลังดำเนินงานพัฒนาชุดตรวจการปนเปื้อนเคมีในน้ำอีกหลายชนิด เพื่อให้ครอบคลุมการตรวจสอบคุณภาพน้ำในประเทศไทยมากยิ่งขึ้น โดยได้เลือกใช้เทคโนโลยีหลักที่มีขั้นตอนการทดสอบเหมือนชุดตรวจที่ผ่านมาหรือมีความคล้ายคลึงกันสูง เพื่อให้ประชาชนใช้งานได้ง่าย ไม่ต้องเรียนรู้การใช้งานใหม่

ดร.วีรกัญญา เสริมว่า ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่พร้อมถ่ายทอดเทคโนโลยีแล้ว คือ ‘F Sense ชุดตรวจฟลูออไรด์ในน้ำ’ ซึ่งมักตรวจพบการปนเปื้อนเกินมาตรฐานในน้ำอุปโภคและบริโภคโดยเฉพาะน้ำบาดาล นอกจากนี้ยังมีชุดตรวจอื่นที่อยู่ในขั้นตอนการพัฒนาและคาดว่าจะถ่ายทอดเทคโนโลยีได้ในอนาคตอันใกล้ เช่น ชุดตรวจการปนเปื้อนของโลหะหรือโลหะหนักชนิดอื่น ๆ อาทิ ตะกั่ว แคดเมียม ปรอท สารหนู ชุดตรวจการตกค้างของสารเคมีกำจัดศัตรูพืชที่มีการใช้งานมากในประเทศไทย ส่วนด้านการแสดงผลผ่านช่องทางออนไลน์ของเครื่อง DuoEye Reader ปัจจุบันทีมวิจัยกำลังพัฒนาระบบแสดงผลข้อมูลจากรูปแบบตารางให้เป็นรูปแบบ web dashboard เพื่อให้ผู้ใช้งานเลือกดูข้อมูลตามความสนใจได้ง่ายยิ่งขึ้น และจะเปิดให้บริการการเข้าถึงข้อมูลในรูปแบบ API (application programming interface) เพื่อให้องค์กรที่ใช้บริการดึงข้อมูลไปแสดงผลในระบบของตัวเองแบบเรียลไทม์ได้ด้วย โดยคาดว่าระบบทั้งสองจะพร้อมให้บริการภายในไตรมาสแรกของปีนี้

ชุดตรวจการปนเปื้อนเคมีในน้ำและ DuoEye Reader เป็นตัวอย่างความร่วมมือในการวิจัยและพัฒนาเพื่อสนับสนุนการเพิ่มคุณภาพชีวิตให้แก่ประชาชนไทย ช่วยเสริมสร้างความมั่นคงด้านสาธารณสุข และยังช่วยลดการนำเข้าเทคโนโลยีจากต่างประเทศได้เป็นอย่างดี ปัจจุบัน สวทช. พร้อมแล้วที่จะถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตทั้ง M Sense, F Sense และ DuoEye Reader แก่ผู้ประกอบการที่สนใจ เพื่อรับช่วงต่อในการผลิตอุปกรณ์สำหรับจำหน่ายให้แก่หน่วยงานต่าง ๆ ที่มีความต้องการสูงทั้งในไทยและต่างประเทศ นอกจากนี้ทีมวิจัยยังพร้อมให้บริการวิจัยเพื่อพัฒนาชุดตรวจตามความต้องการเฉพาะด้วย

สำหรับผู้ที่สนใจติดต่อได้ที่ งานพัฒนาธุรกิจ ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ โทรศัพท์ 0 2564 7100 ต่อ 6504, 6770 อีเมล bitt-bdv@nanotec.or.th หรือ อีเมล weerakanya@nanotec.or.th

เรียบเรียงโดย ภัทรา สัปปินันทน์ ฝ่ายสร้างสรรค์สื่อและผลิตภัณฑ์ สวทช.
อาร์ตเวิร์กโดย ภัทรา สัปปินันทน์
ภาพประกอบโดย นาโนเทค สวทช.