ชุดตรวจโลหะปนเปื้อนในน้ำ M Sense กับคู่หู DuoEye Reader

โลหะเป็นแร่ธาตุที่พบได้ทั่วไปในเปลือกโลก จึงพบการปนเปื้อนในแหล่งน้ำธรรรมชาติทั้งน้ำบาดาลและน้ำผิวดินได้อยู่เสมอ นอกจากนี้การดำเนินกิจกรรมต่าง ๆ ในพื้นที่ ทั้งการทำการเกษตร อุตสาหกรรม รวมถึงกิจกรรมในครัวเรือนล้วนทำให้แหล่งน้ำธรรมชาติเกิดการปนเปื้อนโลหะได้เช่นกัน ผู้ผลิตน้ำประปาจึงควรหมั่นตรวจสอบคุณภาพแหล่งน้ำที่นำมาใช้ผลิต 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 พร้อมจัดเก็บข้อมูลเข้าสู่ระบบคลาวด์โดยอัตโนมัติ เพื่อช่วยลดภาระงานให้แก่เจ้าหน้าที่ภาคสนาม และเป็นเครื่องมือให้ประชาชนใช้ติดตามการปนเปื้อนของโลหะด้วยตนเอง ทั้งนี้ สวทช. ได้รับการสนับสนุนการวิจัยจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.) หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการพัฒนาระดับพื้นที่ (บพท.) การประปาส่วนภูมิภาค (กปภ.) และหน่วยงานพันธมิตร

ทีมวิจัยจากนาโนเทคและเนคเทค สวทช.

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 ชี้ให้ทีมวิจัยทราบถึงปัญหาด้านการตรวจสอบคุณภาพน้ำประปาของประเทศไทย ที่ระบบผลิตน้ำประปาส่วนใหญ่เป็นรูปแบบประปาหมู่บ้าน (นอกเหนือจากการประปาส่วนภูมิภาคและการประปานครหลวงซึ่งมีกระบวนการผลิตที่ได้มาตรฐาน) มีการตรวจสอบคุณภาพน้ำเฉลี่ยเพียงปีละ 1 ครั้งตามกฎหมายกำหนดเท่านั้น เนื่องจากการส่งตรวจตัวอย่างน้ำยังห้องปฏิบัติการที่ได้มาตรฐานมีราคาค่อนข้างสูงและรอผลตรวจนาน ส่วนอุปกรณ์ภาคสนามที่ใช้ตรวจได้ด้วยตัวเอง แม้ทราบผลการตรวจได้รวดเร็วกว่า แต่ก็มีราคาเครื่องมือสูงเกินกว่าที่ผู้ประกอบการรายย่อยจะลงทุนไหว

“การติดตามการปนเปื้อนในแหล่งน้ำเพียงปีละ 1 ครั้งอาจไม่เพียงพอ เพราะตามธรรมชาติแล้วคุณภาพของน้ำจะเปลี่ยนแปลงไปตามฤดูกาล รวมถึงการดำเนินกิจกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์ อาทิ การทำการเกษตร การขุดลอก การทำเหมืองแร่ ตัวอย่างชนิดของโลหะที่พบการปนเปื้อนได้บ่อยครั้งและมีผลเสียต่อสุขภาพในระยะยาว เช่น แมงกานีสทำให้เกิดอาการอ่อนเพลีย ปวดศีรษะ เยื่อบุในระบบทางเดินอาหารอักเสบ และอาจรุนแรงถึงขั้นเป็นอัมพาต เนื่องจากระบบประสาทถูกทำลาย ทองแดงก่อให้เกิดอาการเบื่ออาหาร อาเจียน อ่อนเพลีย เม็ดเลือดแดงแตกตัว และส่งผลต่อการทำงานของตับ”

จากปัญหาดังกล่าว ทีมวิจัยได้นำความเชี่ยวชาญด้านการสังเคราะห์โมเลกุลสารอินทรีย์ในระดับนาโนที่พัฒนาขึ้นสำหรับใช้ในงานด้านการแพทย์มาประยุกต์ใช้ในการพัฒนาโมเลกุลเซนเซอร์ที่ทำปฏิกิริยาจำเพาะกับโลหะแต่ละชนิด ซึ่งแสดงสีเฉพาะตัวได้หลังทำปฏิกิริยากับโลหะที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำ โดยทีมได้ตั้งชื่อชุดเทคโนโลยีนี้ว่า ‘M Sense (เอ็มเซนส์)’ ปัจจุบันเทคโนโลยีในกลุ่ม M Sense ที่พร้อมถ่ายทอดเทคโนโลยีแล้วมี 3 ชนิด คือ ‘Mn Sense (แมงกานีสเซนส์)’ ชุดตรวจการปนเปื้อนของแมงกานีส ‘Cu Sense (คอปเปอร์เซนส์)’ ชุดตรวจการปนเปื้อนของทองแดง และ ‘Fe Sense (ไอร์ออนเซนส์)’ ชุดตรวจการปนเปื้อนของเหล็ก

ดร.วีรกัญญาอธิบายว่า ผลิตภัณฑ์ในกลุ่ม M Sense ผ่านการออกแบบให้ใช้งานง่าย เพียงเก็บตัวอย่างน้ำมาใส่ในขวดทดลองตามปริมาณที่กำหนด เติมน้ำยาทดสอบลงไปแล้วรอเวลา 1-3 นาที (ระยะเวลาการตรวจขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะที่ต้องการตรวจ) หากสีของน้ำเปลี่ยนแปลงไปแสดงว่ามีการปนเปื้อนของโลหะชนิดที่ตรวจ จากนั้นนำขวดทดลองไปเทียบกับชาร์ตสีของผลิตภัณฑ์เพื่อดูผลการปนเปื้อนเชิงคุณภาพหรือเชิงกึ่งปริมาณ นอกจากนี้เพื่อให้ผู้ตรวจทราบถึงผลเชิงปริมาณสำหรับนำไปใช้วางแผนปรับปรุงคุณภาพน้ำได้อย่างเหมาะสม ทีมวิจัยได้ร่วมกับกลุ่มวิจัยอุปกรณ์สเปกโทรสโกปีและเซนเซอร์ (SSDRG) จากเนคเทค สวทช. สร้าง DuoEye Reader (ดูโออาย รีดเดอร์) เครื่องอ่านปริมาณสารเคมีในน้ำแบบพกพา เพื่อใช้คำนวณและแจ้งผลปริมาณโลหะปนเปื้อนในน้ำ

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

ชุดตรวจโลหะปนเปื้อนในน้ำ M Sense มีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับชุดตรวจมาตรฐานสากลที่ประเทศไทยต้องนำเข้าจากต่างประเทศ แต่มีจุดแข็งที่โดดเด่นกว่าหลายประการ อาทิ มีความจำเพาะกับชนิดของโลหะ มีความปลอดภัยสูงเนื่องจากไม่ได้ใช้สารเคมีอันตรายในการทดสอบ ระยะเวลาการตรวจสั้นเพียง 3-5 นาทีเท่านั้น ขณะที่ชุดตรวจทั่วไปใช้เวลา 15-30 นาที นอกจากนี้ยังใช้งานง่ายเหมาะกับทั้งเด็กและผู้ใหญ่ด้วย และหากพิจารณาเพิ่มเติมในมุมของการลงทุนค่าอุปกรณ์เพื่อใช้งานในระยะยาวแล้ว เครื่อง DuoEye Reader ยังมีจุดแข็งที่สำคัญคือใช้งานร่วมกับชุดตรวจสารปนเปื้อนในน้ำทุกประเภทที่ทีมวิจัยนาโนเทค สวทช. พัฒนาขึ้นได้ ภาครัฐและภาคเอกชนที่มีอุปกรณ์นี้แล้วไม่ต้องลงทุนค่าอุปกรณ์เพิ่มเติมเมื่อต้องการตรวจสารปนเปื้อนชนิดอื่น ๆ ที่ทีมวิจัยพัฒนาออกมาใหม่ จึงช่วยประหยัดงบประมาณได้

ทีมวิจัยได้นำ ‘M Sense’ และ ‘DuoEye Reader’ เข้าทดสอบการใช้งานจริงร่วมกับการประปาส่วนภูมิภาค (กปภ.) ศูนย์อนามัยที่ 7 จังหวัดขอนแก่น และสำนักงานสิ่งแวดล้อมและควบคุมมลพิษจังหวัดขอนแก่นเรียบร้อยแล้ว รวมทั้งยังได้รับความร่วมมือทดสอบการใช้งานจริงจากภาคประชาชน ชุมชน หมู่บ้าน องค์การบริหารส่วนท้องถิ่นในจังหวัดขอนแก่น และภาคการศึกษาซึ่งเป็นครูและนักเรียนในจังหวัดลำปางมากกว่า 20 โรงเรียน ทีมวิจัยคาดหวังเป็นอย่างยิ่งว่าเมื่ออุปกรณ์ที่พัฒนาขึ้นได้รับการยอมรับจากภาครัฐและภาคประชาชนแล้ว จะมีโอกาสขึ้นทะเบียนเป็นชุดตรวจสอบคุณภาพน้ำที่ใช้ยื่นผลการตรวจต่อภาครัฐได้ตามกฎหมาย เพื่อให้ภาคเอกชนและองค์กรส่วนท้องถิ่นเข้าถึงอุปกรณ์ในราคาย่อมเยา ตรวจสอบคุณภาพน้ำได้บ่อยครั้งมากขึ้น ซึ่งเกิดผลดีต่อผู้บริโภคต่อไป

ปัจจุบันทีมวิจัยยังดำเนินงานพัฒนาชุดตรวจการปนเปื้อนสารเคมีในน้ำอีกหลายชนิด เพื่อให้ครอบคลุมการตรวจสอบคุณภาพน้ำในประเทศไทยมากยิ่งขึ้น โดยได้เลือกใช้เทคโนโลยีหลักที่มีขั้นตอนการทดสอบเหมือนชุดตรวจที่ผ่านมาหรือมีความคล้ายคลึงกันสูง เพื่อให้ประชาชนใช้งานง่าย ไม่ต้องเรียนรู้ใหม่

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่พร้อมถ่ายทอดเทคโนโลยีแล้ว คือ ‘F Sense (เอฟเซนส์)’ ชุดตรวจฟลูออไรด์ปนเปื้อนในน้ำอุปโภคและบริโภค ซึ่งมักพบการปนเปื้อนเกินมาตรฐาน โดยเฉพาะน้ำบาดาล นอกจากนี้ยังมีชุดตรวจอื่นที่อยู่ระหว่างการพัฒนาและคาดว่าจะถ่ายทอดเทคโนโลยีได้เร็ว ๆ นี้ เช่น ชุดตรวจการปนเปื้อนของโลหะหรือโลหะหนักชนิดอื่นอย่างตะกั่ว แคดเมียม ปรอท สารหนู ชุดตรวจการตกค้างของสารเคมีกำจัดศัตรูพืชที่มีการใช้งานมากในประเทศไทย

ภาพตัวอย่าง web dashboard ที่กำลังพัฒนา

ส่วนด้านการแสดงผลผ่านช่องทางออนไลน์ของเครื่อง DuoEye Reader ปัจจุบันทีมวิจัยกำลังพัฒนาระบบแสดงผลข้อมูลจากรูปแบบตารางให้เป็นรูปแบบเว็บแดชบอร์ดเพื่อให้ผู้ใช้งานเลือกดูข้อมูลตามความสนใจได้ง่ายยิ่งขึ้น และจะเปิดให้บริการการเข้าถึงข้อมูลในรูปแบบ API (application program interface) เพื่อให้องค์กรที่ใช้บริการดึงข้อมูลไปแสดงผลในระบบของตัวเองแบบเรียลไทม์ได้ด้วย ระบบทั้งสองจะพร้อมให้บริการภายในปีนี้

ชุดตรวจการปนเปื้อนเคมีในน้ำและ DuoEye Reader เป็นตัวอย่างความร่วมมือในการวิจัยและพัฒนาเพื่อสนับสนุนการเพิ่มคุณภาพชีวิตให้แก่ประชาชนไทย ช่วยเสริมสร้างความมั่นคงด้านสาธารณสุข และยังช่วยลดการนำเข้าเทคโนโลยีจากต่างประเทศได้เป็นอย่างดี

ปัจจุบัน สวทช. พร้อมถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตทั้ง M Sense, F Sense และ DuoEye Reader แก่ผู้ประกอบการที่สนใจ เพื่อรับช่วงต่อการผลิตอุปกรณ์สำหรับจำหน่ายให้แก่หน่วยงานทั้งในประเทศและต่างประเทศ นอกจากนี้ทีมวิจัยยังพร้อมให้บริการวิจัยเพื่อพัฒนาชุดตรวจตามความต้องการเฉพาะด้วย

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