อุปกรณ์แบบกระดาษสำหรับวิเคราะห์แอลกอฮอล์โดยอาศัยการตรวจวัดทางเอนไซม์ Paper Based Analytical Device For Alcohol Using Enzymatic Detection
Abstract
บทคัดย่อ งานวิจัยนี้พัฒนาวิธีการวิเคราะห์แอลกอฮอล์โดยใช้อุปกรณ์ตรวจวัดของไหลจุลภาคแบบกระดาษที่ทำงานร่วมกับเอนไซม์ออกซิเดสและเอนไซม์ฮอร์สราดิสเปอร์ออกซิเดส โดยมี 3,3′,5,5′-เตตระเมทิลเบนซิดิน เป็นซับสเตรทที่เปลี่ยนสีจากไม่มีสีเป็นสี-เขียวปนน้ำเงิน สามารถตรวจวัดความเข้มสีบนอุปกรณ์แบบกระดาษด้วยโปรแกรมประมวลผลภาพ จากการวิเคราะห์เอทา-นอลด้วยสภาวะที่เหมาะสมพบว่าให้กราฟมาตรฐานเป็นเส้นตรงในช่วงความเข้มข้น 50-1000 µM ขีดจำกัดการตรวจวัดเท่ากับ 1.50 µM และมีความสามารถการทำซ้ำที่ความเข้มข้น 100,500 และ 1000 µM ที่มีร้อยละส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ เท่ากับ 1.93, 1.66, 1.24 ตามลำดับ (n=10) จากผลการทดลองเบื้องต้น ชี้ให้เห็นว่าอุปกรณ์ตรวจวัดที่พัฒนาขึ้นมีแนวโน้มสามารถใช้หาปริมาณแอลกอฮอล์ ที่ความเข้มข้นต่ำ มีราคาถูก และเหมาะสำหรับการตรวจวัดภาคสนาม คำสำคัญ : อุปกรณ์ของไหลจุลภาคแบบกระดาษ / แอลกอฮอล์ / เอทานอล / เอนไซม์ Abstract This research has developed a method for alcohol analysis using a microfluidic paper based analytical device (µPAD) with enzymatic assay using peroxidase in a presence of 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine as a substrate dye with color changing from colorless to greenish blue. The color intensity was analyzed using an imaging software. Using optimal condition to study method performance, the ethanol standard curve was linear in the concentration range of 50-1000 µM with a limit of detection of 1.50 µM. High reproducibility at concentrations of 100, 500 and 1000 µM was observed with % RSD of 1.93, 1.66, and 1.24, respectively (n=10). As indicated by the preliminary results, the developed µPAD is promising to be used for alcohol analysis at low concentration level with inexpensive analysis cost and suitable for field-testing. Keywords : Microfluidic Paper Based Analytical Device / Alcohol / Ethanol / EnzymeReferences
1. Zima, T., aacute, scaron, Fialová, L., Mestek, O., Janebová, M., Crkovská, J., Malbohan, I., Štípek, S., Mikulíková, L., et al. (2001). Oxidative stress, metabolism of ethanol and alcohol-related diseases. Journal of biomedical science 8, 59-70.
2. Neuman, M.G., Haber, J.A., Malkiewicz, I.M., Cameron, R.G., Katz, G.G., and Shear, N.H. (2002). Ethanol signals for apoptosis in cultured skin cells. Alcohol 26, 179-190.
3. Karavalakis, G., Durbin, T.D., Shrivastava, M., Zheng, Z., Villela, M., and Jung, H. (2012). Impacts of ethanol fuel level on emissions of regulated and unregulated pollutants from a fleet of gasoline light-duty vehicles. Fuel 93, 549-558.
4. DiLoreto, J.T., Siegel, M., Hinchey, D., Valerio, H., Kinzel, K., Lee, S., Chen, K., Shoaff, J.R., Kenney, J., and Jernigan, D.H. (2012). Assessment of the average price and ethanol content of alcoholic beverages by brand—United States, 2011. Alcoholism: Clinical and Experimental Research 36, 1288-1297.
5. Azevedo, A.M., Prazeres, D.M.F., Cabral, J., and Fonseca, L.P. (2005). Ethanol biosensors based on alcohol oxidase. Biosensors and Bioelectronics 21, 235-247.
6. Apers, S., Van Meenen, E., Pieters, L., and Vlietinck, A. (2003). Quality control of liquid herbal drug preparations: ethanol content and test on methanol and 2-propanol. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis 33, 529-537.
7. Mendes, L.S., Oliveira, F.C., Suarez, P.A., and Rubim, J.C. (2003). Determination of ethanol in fuel ethanol and beverages by Fourier transform (FT)-near infrared and FT-Raman spectrometries. Analytica chimica acta 493, 219-231.
8. Martinez, A.W., Phillips, S.T., Butte, M.J., and Whitesides, G.M. (2007). Patterned paper as a platform for inexpensive, low-volume, portable bioassays. Angewandte Chemie-International Edition 46, 1318-1320.
9. Carrilho, E., Martinez, A.W., and Whitesides, G.M. (2009). Understanding Wax Printing: A Simple Micropatterning Process for Paper-Based Microfluidics. Analytical Chemistry 81, 7091-7095.
10. Sameenoi, Y., and NaNhongkhai, P. One Step Polymer Printing for Paper Based Microfluidic Analytical Device Fabrication. Manuscript in Preparation.
11. Guilbault, G.G. (1976). Handbook of enzymatic methods of analysis, (M. Dekker).
12. Gao, L.Z., Zhuang, J., Nie, L., Zhang, J.B., Zhang, Y., Gu, N., Wang, T.H., Feng, J., Yang, D.L., Perrett, S., et al. (2007). Intrinsic peroxidase-like activity of ferromagnetic nanoparticles. Nat. Nanotechnol. 2, 577-583.
13. Li, X., Tian, J., Nguyen, T., and Shen, W. (2008). Paper-based microfluidic devices by plasma treatment. Analytical chemistry 80, 9131-9134
2. Neuman, M.G., Haber, J.A., Malkiewicz, I.M., Cameron, R.G., Katz, G.G., and Shear, N.H. (2002). Ethanol signals for apoptosis in cultured skin cells. Alcohol 26, 179-190.
3. Karavalakis, G., Durbin, T.D., Shrivastava, M., Zheng, Z., Villela, M., and Jung, H. (2012). Impacts of ethanol fuel level on emissions of regulated and unregulated pollutants from a fleet of gasoline light-duty vehicles. Fuel 93, 549-558.
4. DiLoreto, J.T., Siegel, M., Hinchey, D., Valerio, H., Kinzel, K., Lee, S., Chen, K., Shoaff, J.R., Kenney, J., and Jernigan, D.H. (2012). Assessment of the average price and ethanol content of alcoholic beverages by brand—United States, 2011. Alcoholism: Clinical and Experimental Research 36, 1288-1297.
5. Azevedo, A.M., Prazeres, D.M.F., Cabral, J., and Fonseca, L.P. (2005). Ethanol biosensors based on alcohol oxidase. Biosensors and Bioelectronics 21, 235-247.
6. Apers, S., Van Meenen, E., Pieters, L., and Vlietinck, A. (2003). Quality control of liquid herbal drug preparations: ethanol content and test on methanol and 2-propanol. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis 33, 529-537.
7. Mendes, L.S., Oliveira, F.C., Suarez, P.A., and Rubim, J.C. (2003). Determination of ethanol in fuel ethanol and beverages by Fourier transform (FT)-near infrared and FT-Raman spectrometries. Analytica chimica acta 493, 219-231.
8. Martinez, A.W., Phillips, S.T., Butte, M.J., and Whitesides, G.M. (2007). Patterned paper as a platform for inexpensive, low-volume, portable bioassays. Angewandte Chemie-International Edition 46, 1318-1320.
9. Carrilho, E., Martinez, A.W., and Whitesides, G.M. (2009). Understanding Wax Printing: A Simple Micropatterning Process for Paper-Based Microfluidics. Analytical Chemistry 81, 7091-7095.
10. Sameenoi, Y., and NaNhongkhai, P. One Step Polymer Printing for Paper Based Microfluidic Analytical Device Fabrication. Manuscript in Preparation.
11. Guilbault, G.G. (1976). Handbook of enzymatic methods of analysis, (M. Dekker).
12. Gao, L.Z., Zhuang, J., Nie, L., Zhang, J.B., Zhang, Y., Gu, N., Wang, T.H., Feng, J., Yang, D.L., Perrett, S., et al. (2007). Intrinsic peroxidase-like activity of ferromagnetic nanoparticles. Nat. Nanotechnol. 2, 577-583.
13. Li, X., Tian, J., Nguyen, T., and Shen, W. (2008). Paper-based microfluidic devices by plasma treatment. Analytical chemistry 80, 9131-9134
