กระดาษชีวภาพ

กระดาษชีวภาพเป็นเซนเซอร์ที่ทำจากกระดาษซึ่งสามารถระบุสารปนเปื้อนต่างๆ ในอาหารและน้ำได้ มีการพัฒนาครั้งแรกในปี 2552 การวิจัยเกี่ยวกับกระดาษชีวภาพยังคงดำเนินต่อไป และในปี 2554 ได้รับทุนสนับสนุนเป็นเวลา 5 ปี รวมเป็นเงิน 7.5 ล้านดอลลาร์แคนาดา^{[ 1 ]}มีการพัฒนาไปถึง ระดับ ไบโอเซนเซอร์แล้ว ซึ่งหมายความว่าสามารถตรวจจับยาฆ่าแมลง ได้ ^{[ 2 ]}แต่ยังไม่สามารถขับไล่และทำให้สารพิษหมดฤทธิ์ได้ อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการตรวจจับอันตรายที่อาจเกิดขึ้นนั้นมีประโยชน์ต่อสุขภาพและความปลอดภัย ของมนุษย์ ^{[ 3 ]}ข้อดีของกระดาษชีวภาพคือ มีความเรียบง่าย พกพาสะดวก ใช้แล้วทิ้งได้ และราคาไม่แพง^{[ 4 ]}

กระดาษชีวภาพได้รับการพัฒนาโดยเครือข่ายกระดาษชีวภาพ Sentinel ของแคนาดา ซึ่งเป็นกลุ่มนักวิจัย พันธมิตรในอุตสาหกรรมและมหาวิทยาลัย และนักศึกษา^{[ 1 ]}เครือข่ายนี้ตั้งอยู่ที่มหาวิทยาลัย McMaster ในเมืองแฮมิลตัน รัฐออนแทรีโอและนำโดย ดร. โรเบิร์ต เพลตัน ผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ และ ดร. จอร์จ โรเซนเบิร์กกรรมการ ผู้จัดการ

จอห์น เบรนแนนและทีมวิจัยของเขาที่มหาวิทยาลัยแมคมาสเตอร์ได้พัฒนาวิธีการสร้างกระดาษชีวภาพโดยการพิมพ์ไบโอเซนเซอร์ตรวจจับสารปนเปื้อนซึ่งมีพื้นฐานมาจากการรวมกันของแอนติบอดี เอนไซม์ แอพทาเมอร์ หรือแบคทีริโอเฟจลงบนโครงสร้างของกระดาษ^{[ 1 ]}จากนั้นสารประกอบเหล่านี้จะเกาะติดกับเชื้อโรคและสารปนเปื้อนอื่นๆ ส่งผลให้เกิดการตอบสนองที่ตรวจจับได้ สารเคมีที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพอยู่ในรูปของ 'หมึก' ที่สามารถพิมพ์ เคลือบ หรือแทรกซึมลงบนหรือในกระดาษโดยใช้กระบวนการผลิตกระดาษและการพิมพ์ความเร็วสูงที่มีอยู่ หมึกนี้ถูกเคลือบเป็นชั้นๆ หมึกนี้คล้ายกับที่พบในตลับหมึกพิมพ์คอมพิวเตอร์ ทั่วไป แต่มีสารเติมแต่งพิเศษที่ทำให้เข้ากันได้ทางชีวภาพ

ประกอบด้วยอนุภาคนาโนซิลิกา ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ ซึ่งถูกเคลือบลงบนกระดาษก่อน จากนั้นจึงใช้หมึกอีกชนิดหนึ่งที่มีเอนไซม์ หมึกชีวภาพที่ได้จะก่อตัวเป็นฟิล์มบางๆ ของเอนไซม์ที่ถูกกักไว้ในซิลิกาบนกระดาษ^{[ 5 ]} เมื่อกระดาษสัมผัสกับสารพิษ โมเลกุลในหมึกจะเปลี่ยนสีตามปริมาณของสารพิษในตัวอย่าง

แม้ว่ากระดาษชีวภาพจะยังไม่พร้อมจำหน่ายให้แก่สาธารณชน แต่ก็ใกล้จะเข้าสู่เชิงพาณิชย์แล้ว กระดาษชีวภาพยังมีอายุการใช้งานที่ ยาวนาน นักวิจัยกล่าวว่าแถบกระดาษยังคงสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างน้อยสองเดือนหากเก็บรักษาอย่างถูกต้อง

การประยุกต์ใช้กระดาษชีวภาพในปัจจุบันอย่างหนึ่งคือการต่อต้านการก่อการร้ายทางชีวภาพและความปลอดภัยของอาหารเนื่องจากสามารถตรวจจับอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสหรือสารพิษต่อระบบประสาทได้^{[ 3 ]}ด้วยความก้าวหน้านี้ กระดาษชีวภาพจึงกลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่น่าสนใจสำหรับกองทัพและอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์^{[ 3 ]}ในขณะที่ความพยายามกำลังดำเนินอยู่เพื่อพัฒนาการประยุกต์ใช้กระดาษชีวภาพให้มากขึ้น ปัจจุบันมีการใช้งานและการวิจัยกระดาษชีวภาพที่สำคัญ 4 ด้าน ได้แก่ การทดสอบทางชีวภาพบนกระดาษหรืออุปกรณ์วิเคราะห์บนกระดาษสำหรับการปรับสภาพตัวอย่าง การตรวจจับเชื้อโรคสำหรับการตรวจสอบคุณภาพอาหารและน้ำ การปลอมแปลงและการดัดแปลงในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์และการก่อสร้าง และการทำให้แบคทีเรียก่อโรคไม่ทำงานโดยใช้กระดาษต้านจุลชีพ^{[ 5 ]}

ในสหรัฐอเมริกา มีผู้ป่วยจากอาหารเป็นพิษประมาณ 76 ล้านรายต่อปี ส่งผลให้ต้องเข้ารับการรักษาในโรงพยาบาลมากกว่า 325,000 ราย และเสียชีวิต 5,000 ราย [Mead et al., 1999] เชื้อแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคส่วนใหญ่ ได้แก่Campylobacter , Salmonella , Escherichia coli O157:H7และListeria monocytogenesส่งผลให้ค่าใช้จ่ายทางการแพทย์ที่เกี่ยวข้องกับเชื้อโรคเหล่านี้ในปัจจุบันสูงกว่า 7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ การให้ ความรู้แก่ผู้บริโภคควบคู่ไปกับการตรวจหาเชื้อโรคในผลิตภัณฑ์อาหารอย่างน่าเชื่อถือและง่ายดาย ถือเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการลดความถี่ของการเกิดโรคเหล่านี้ได้อย่างมาก

ความก้าวหน้าล่าสุดคือการตรวจจับสารกำจัดศัตรูพืชในอาหารได้แม้หลังจากล้างแล้ว นวัตกรรมนี้เป็นประโยชน์ต่อประเทศกำลังพัฒนาที่อาจใช้สารกำจัดศัตรูพืชที่ถูกห้ามใช้ในอาหารเนื่องจากมีราคาถูกกว่า

ในประเทศกำลังพัฒนาคุณภาพน้ำมักไม่น่าไว้วางใจ ทำให้ประชาชนในท้องถิ่นต้องพยายามใช้ระบบกรองแบบดั้งเดิม เช่น การใช้ผ้าที่ไม่ถูกสุขอนามัยเพื่อพยายามทำให้น้ำดื่มได้ ซึ่งเป็นวิธีการที่ไม่ได้ผลและเห็นได้ชัดว่าไม่ปลอดภัยสำหรับการบริโภค โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังน้ำท่วมและภัยพิบัติทางธรรมชาติ อื่นๆ ลองนึกถึงประโยชน์ของแถบกระดาษชีวภาพที่เมื่อจุ่มลงในภาชนะใส่น้ำขนาดเล็กแล้ว สามารถกำจัดเชื้อโรคและให้สีบ่งบอกว่าน้ำนั้นปลอดภัยสำหรับการใช้

อีกหนึ่งการใช้งานที่เป็นไปได้ของกระดาษชีวภาพ ได้แก่ การสร้างหน้ากากอนามัยที่ช่วยปกป้อง บุคลากร ทางการแพทย์โดยการดักจับไวรัสและยึดไวรัสไว้กับพื้นผิวของแผ่นกรอง ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้ไวรัสผ่านรูพรุนของแผ่นกรองได้

เนื่องจากสามารถทดสอบส่วนประกอบบางอย่างได้ง่าย จึงมีความสนใจในการใช้กระดาษชีวภาพในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บริษัทต่างๆ กำลังพิจารณาใช้กระดาษชีวภาพเป็นวิธีการตรวจจับสินค้าปลอมหรือการดัดแปลง^{[ 4 ]}การใช้งานอื่นๆ ได้แก่ การตรวจจับจุลินทรีย์หรือคุณสมบัติต้านจุลินทรีย์ที่เป็นไปได้^{[ 4 ]}