บทความน่ารู้กับ LAB.TODAY

  ผลิตภัณฑ์ระงับกลิ่นอาจก่อ 
     มะเร็ง

  ปลาแซลมอลจากฟาร์มส่งผล
     ต่อสุขภาพ

  โปสการ์ดจากดาวอังคาร
  เดินสบายๆ หัวใจแข็งแรง
  ความเครียดทำให้อ้วนได้
  ครีมบำรุงผมจากเมือก
     ทารก



Dielectrophoresis เมื่อชีววิทยากับฟิสิกส์มาบรรจบกัน
Dielectrophoresis

เรียบเรียงโดย สิทธิศักดิ์ ปุยอ๊อก
st019011@ait.ac.th

      ในบางครั้งสิ่งที่เราไม่คิดว่าจะเกิดขึ้นได้จริงก็กลับกลายเป็นความจริงขึ้นมา เมื่อเวลาผ่านไป เทคโนโลยีที่ก้าวหน้าขึ้นอย่างรวดเร็วเช่น การติดต่อสื่อสารด้วยเสียงอย่างโทรศัพท์ตามบ้านซึ่งต้องมีการวางสายโทรศัพท์ ทำให้ไม่สามารถพกพาไปไหนมาไหนได้ แต่ในปัจจุบันได้มีความนิยมอย่างแพร่หลายในการใช้โทรศัพท์มือถือซึ่งสามารถนำติดตัวไปไหนมาไหนได้อย่างสะดวกสบาย จะเห็นได้ว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเป็นตัวขับเคลื่อนสำคัญ ในการพัฒนาและประดิษฐ์เครื่องมือที่ทันสมัยเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน โดยเฉพาะงานวิจัยทางด้านชีวการแพทย์ ด้วยความก้าวหน้าทางนาโนเทคโนโลยีทำให้การศึกษาวิจัยในระดับเซลล์เป็นเรื่องง่ายและรวดเร็วขึ้น ซึ่งได้นำไปสู่การประยุกต์ใช้ความรู้ทางด้านฟิสิกส์กับการศึกษาวิจัยทางด้านชีววิทยาในระดับเซลล์ ซึ่งรูปแบบหนึ่งของการประยุกต์ใช้งานก็คือความรู้ทางปรากฏการณ์ ไดอิเลคโตรโฟเลซีส (dielectrophoresis, DEP) ของเซลล์
        ปัจจุบันความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ ทำให้เกิดการประดิษฐ์อุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กมากจนถึงระดับนาโนมิเตอร์ได ้จึงทำให้เกิดความสนใจที่จะประดิษฐ์อุปกรณ์ ที่สามารถนำมาใช้ศึกษาและวิจัยเกี่ยวกับอนุภาคทางชีววิทยาในระดับเซลล์หรือโมเลกุลขนาดใหญ่เช่น โปรตีนหรือดีเอ็นเอ โดยที่ได้มีการประยุกต์ใช้ความรู้ทางไฟฟ้าจลน์และความรู้ทางชีววิทยาในระดับเซลล์ ผนวกเข้ากับอุปกรณ์ขนาดเล็กเกิดเป็นห้องทดลองในระดับเซลล์ ที่สามารถเฝ้ามองและติดตามการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ และการแบ่งแยกชนิดของเซลล์ได้ทันทีดังนั้น ความรู้และความเข้าใจดังกล่าว จึงเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการแพทย์และชีววิทยาในการที่จะช่วยย่นระยะเวลาในการวินิจฉัยโรค และเนื่องจากอุปกรณ์มีขนาดเล็ก จึงสามารถที่จะนำไปใช้ในที่ต่างๆได้อย่างสะดวกสบาย      
        จุดเริ่มต้นของความสนใจนี้ต้องย้อนกลับไปในปี ค.ศ.1978 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชื่อ Herbert Ackland Pohl ได้แต่งหนังสือชื่อ “Dielectrophoresis the behavior of neutral matter in nonuniform electric fields” ซึ่งบรรยายถึงความหมายและอธิบายถึงการเกิดปรากฏการณ์ไดอิเลคโตรโฟเลซีส เนื้อหาภายในหนังสือได้ให้นิยามของคำว่า “ไดอิเลคโตรโฟเลซีส” ไว้ดังนี้ คือ ไดอิเลคโตรโฟเลซีส เป็นการเคลื่อนที่ในแนวขนาน (translational motion) ของอนุภาคที่เป็นกลาง (neutral matter) ในสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ (nonuniform electric field) โดยมีสาเหตุจากปรากฏการณ์โพลาไรเซชั่น (polarization) ของอนุภาคนั้นๆ รูปที่ 1 จะชว่ยอธิบายเพื่อให้เกิด ความเข้าใจได้ดีขึ้น


รูปที่ 1 ปรากฏการณืไดอิเลคโตรโฟเลซีสของอนุภาคใยสนามไฟฟ้า


       
        จากรูปจะเห็นว่าอนุภาคทรงกลมที่เป็นกลาง (มีประจุบวกและบจำนวนเท่ากัน) วางไว้ในตัวกลาง เช่น สารละลายน้ำตาลเมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าลงไปในสารละลายนั้นอนุภาคดังกล่าวก็จะมีการเรียงตัวของประจุที่ผิวเกิดเป็นขั้วบวกและลบขึ้นจะสังเกตเห็นว่าสนามไฟฟ้าที่ถูกปล่อยออกไปนั้นไม่สม่ำเสมอเนื่องจากที่ขั้วบวกจะมีความเข้มของสนามไฟฟ้าที่มากกว่าบริเวณขั้วลบหัวใจสำคัญของปรากฏการณ์ไดอิเลคโตรโฟเลซีสกับการประยุกต์
ใช้งานก็คือ การควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคทรงกลมภายใต้สนามไฟฟ้า ด้วยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสนามไฟฟ้า ดังที่แสดงในรูปที่ 1 อนุภาคทรงกลมจะเคลื่อนที่ไปทางขั้วบวก
โดยปรกติแล้ว อนุภาคทรงกลมแต่ละชนิดจะมีคุณสมบัติทางไดอิเลคโตรโฟเลซีสเฉพาะตัว ซึ่งเราสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการคัดแยก หรือศึกษาการเปลี่ยนแปลงสภาพของผิวอนุภาคทรงกลม
โดยอาศัยการเคลื่อนที่ที่ต่างทิศทาง หรือความเร็วในการเคลื่อนที่ที่ต่างกันของอนุภาคทรงกลมแต่ละตัว เช่น นำมาประยุกต์ใช้ในการแยกแยะเซลล์แบคทีเรียเซลล์เป็น และเซลล์ตาย หรือแม้แต่ อนุภาคที่มีขนาดเล็กมากเช่น ไวรัส โปรตีน และดีเอ็นเอ เพื่อความเข้าใจมากขึ้นในการศึกษาปรากฏการณ์ไดอิเลคโตรโฟเลซีส ผู้เขียนจะขอกล่าวถึงกลไกในการเกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคทรงกลมโดยอาศัยความรู้ทางด้านฟิสิกส์ช่วยในการอธิบาย
        การเคลื่อนที่ของอนุภาคทรงกลมเกิดขึ้นเนื่องจากแรงไดอิเลคโตรโฟเลซีสซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยสมการ

       เมื่อ FDEP คือแรงที่เกิดจากไดอิเลคโตรโฟเลซีส volume คือ ปริมาตรของอนุภาคทรงกลม polarisability คือความสามารถที่ทำให้เกิดการจัดเรียงตัวของประจุลบและบวก local field คือ สนามไฟฟ้าใช้ได้ทั้งกระแสตรงและกระแสสลับ และ field gradient
คือสภาพของสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ
        เนื่องจากความสลับสับซ้อนเชิงคณิตศาสตร์ซึ่งค่อนข้างยากที่จะเข้าใจได้ในเวลาอันสั้น ผู้เขียนจึงขอสรุปเป็นความสัมพันธ์ได้ดังสมการต่อไปนี้

       กำหนดให้ r คือรัศมีของอนุภาคทรงกลม ∈m คือ dielectric permittivity (อัตราความจุกระแสไฟฟ้า) ของตัวกลาง Re[K(w)] คือ Clausius-Mossoti function เป็นตัวกำหนดค่า polarizability ของอนุภาคทรงกลมและขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของสนามไฟฟ้า
∇E2 เป็นสัดส่วนโดยตรงต่อความแรงและความไม่สม่ำเสมอของสนามไฟฟ้า
        สิ่งที่น่าสนใจที่ได้จาก Re[K(w)] ก็คือเราสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคทรงกลมได้ โดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงความถี่ของสนามไฟฟ้า ซึ่งตามทฤษฎีแล้ว Re[K(w)] จะมีค่าอยู่ระหว่าง +1.0 ถึง –0.5 เมื่อใดที่ Re[K(w)] มีค่าเป็นบวกจะทำให้ได้
ไดอิเลคโตรโฟเลซีสชนิดบวก และในทางกลับกันถ้าได้ค่าที่เป็นลบจะทำให้เกิดปรากฏการณ์ไดอิเลคโตรโฟเลซีสชนิดลบดังที่แสดงในรูปที่ 2 และอีกหนึ่งความจริงก็คือ จาก∇E2 ไม่ว่าเราจะกลับขั้วของสนามไฟฟ้าอย่างไร ก็ยังคงได้การเคลื่อนที่ของอนุภาคทรงกลม
ตามสภาพของสนามไฟฟ้าอย่างที่แสดงไว้ในรูปที่ 3 ด้วยเหตุนี้ ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) หรือกระแสตรง (DC) ก็สามารถนำมาใช้ควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคทรงกลมได้


รูปที่2 ชนิดของปรากฏการณ์ไดอิเลคโตรโฟเลซีส a) ไดอิเลคโตรโฟเลซีสชนิดลบ (อนุภาคเคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวก) b) ไดอิเลคโตรโฟเลซีสชนิดบวก (อนุภาคเคลื่อนที่เข้าหา
ขั้วลบ) ทั้งสองชนิดเกิดจากสนามไฟฟ้าที่ไมส่ ม่ำเสมอแตส่ ิ่งที่ต่างกันคืออนุภาคทรงกลม ในรูป a เกิด polarization น้อยกว่าค่า polarization ของตัวกลาง ส่วนในรูป b นั้น
อนุภาคทรงกลมกลับมีค่า polarization ที่มากกว่า polarization ของตัวกลาง


จากรูปที่ 2 จะเห็นได้ว่า เราสามารถควบคุมการเคลื่อนที่
ของอนุภาคทรงกลมที่วางอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลวภายใต้
สนามไฟฟ้าได้ โดยการปรับเปลี่ยนตัวแปรบางตัว เช่น
1. ขนาดของอนุภาคทรงกลม ถ้าอนุภาคทรงกลมมีขนาดที่
ต่างกันแต่อยู่รวมกัน เมื่อวางอยู่ในสนามไฟฟ้าและตัวกลางเดียว
กันย่อมเกิดแรงไดอิเลคโตรโฟเลซีสที่ต่างกัน
2. การเพิ่มหรือลด dielectric permittivity ของตัวกลางที่
อนุภาคทรงกลมถูกวางไว้ จะเป็นผลให้แรงไดอิเลคโตรโฟเลซีส
เปลี่ยนแปลงไปด้วย
3. ขนาดและเครื่องหมาย (บวกหรือลบ) จาก K(w) จะส่งผลต่อความแรงและทิศทางของแรงไดอิเลคโตรโฟเลซีส
4. การเปลี่ยนแปลงความเข้มของสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอย่อมมีผลต่อการเกิดแรงไดอิเลคโตรโฟเลซีส


        เมื่ออ่านมาถึงตรงนี้แล้วบางท่านอาจจะนึกถึงการเคลื่อนที่ในลักษณะอิเลคโตรโฟเลซีส (electrophoresis) ที่มักพบในงานแยกดีเอ็นเอโดยอาศัย gel electrophoresis ในความเป็นจริงแล้ว ทั้งสองลักษณะมีความแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง โดยที่การเคลื่อนที่ของอนุภาคทรงกลมภายใต้ปรากฏการณ์อิเลคโตรโฟเลซีส จะขึ้นอยู่กับขั้วของสนามไฟฟ้าและต้องเป็นอนุภาคที่มีประจุ ผู้อ่านสามารถศึกษาเพิ่มเติมได้จากตารางที่ 1 ประกอบกับรูปที่ 3

ตารางที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบพฤติกรรมระหว่างปรากฏการณ์ไดอิเลคโตรโฟเลซีสและอิเลคโตรโฟเลซีส
ลักษณะ Electrophoresis Dielectrophoresis
1. ชนิดของอนุภาคทรงกลม มีประจุ
เป็นกลาง (บวก-ลบเท่ากัน)
2. สนามไฟฟ้า ไม่สม่ำเสมอหรือสม่ำเสมอ ไม่สม่ำเสมอ
3. ชนิดของสนามไฟฟ้า
กระแสตรง กระแสตรงหรือกระแสสลับ
4. ทิศทางของการเคลื่อนที่ วิ่งเข้าหาขั้วตรงข้ามเสมอ ถ้าวางอนุภาคไว้ในสนามไฟฟ้ากระแสสลับมันจะไม่เคลื่อนที่ วิ่งไปยังขั้วที่มีความเข้มของสนามไฟฟ้ามากเสมอถึงแม้ว่าจะมีสลับขั้วของสนามไฟฟ้า

Dielectrophoresis

รูปที่ 3 การเปรียบเทียบพฤติกรรมของอนุภาคทรงกลมที่เป็นกลาง (ขนาดใหญ่)กับอนุภาคที่มีประจุ (ขนาดเล็ก) วางอยู่ในสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอจะเห็นว่าไม่ว่าจะกลับขั้วของสนามไฟฟ้าอย่างไรอนุภาคทรงกลมที่เป็นกลางจะเคลื่อนที่ไปทางซ้ายเสมอในขณะที่อนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่ตามขั้วสนามไฟฟ้า

เซลล์กับปรากฏการณ์ไดอิเลคโตรโฟเลซีส
        ในสภาพเซลล์ปกติสารอาหารและโมเลกุลภายนอกเซลล์จะเคลื่อนที่ผ่านเข้าออกเซลล์ได้โดยการควบคุมของเยื่อหุ้มเซลล์ (cell permeability) โดยที่สภาพการนำไฟฟ้า (conductance) ของเยื่อหุ้มเซลล์จะต่ำ และมีค่าความจุไฟฟ้า (capacitance) ของเยื่อหุ้มเซลล์สูง เกิดเปน็ ไดอิเลคโตรโฟเลซีสชนิดลบ เมื่อวางเซลล์ภายใต้สนามไฟฟ้ามันจะเคลื่อนที่ออกห่างจากขั้วไฟฟ้าที่มีความเข้มสนามไฟฟ้าสูง (รูปที่ 2a) แต่เมื่อองคป์ระกอบของเยื่อหุม้ เซลล์เปลี่ยนไปอันเนื่องมาจากสารพิษ จะนำไปสู่การตายของเซลล์หรือ apoptosis (ข้อมูลเพิ่มเติมอ่านได้จาก LAB.TODAY ฉบับที่ 32 เดือนตุลาคม 2548) ความสามารถในการเลือกผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์จะลดลง โมเลกุลและไอออนต่างๆจะสามารถเคลื่อนที่เข้าสู่เซลล์ได้มากขึ้นเกิดสภาพนำไฟฟ้าได้ดีขึ้นเป็นผลให้เซลล์เคลื่อนที่เข้าหาขั้วไฟฟ้าที่มีความเข้มสนามไฟฟ้าสูง(ไดอิเลคโตรโฟเลซีสชนิดบวก) ความแตกต่างที่เกิดขึ้นนี้ได้ถูกนำใช้ในการคัดแยกระหว่างเซลล์ปกติกับเซลล์ผิดปกติเพื่อช่วย ในการวินิจฉัยโรค เช่น การติดเชื้อ ของเม็ดเลือดแดงจากมาลาเรีย

Dielectrophoresis
รูปที่ 4 ภาพแสดงการจัดเรียงขั้วไฟฟ้าแบบ electrorotation
Dielectrophoresis

รูปที่ 5 ภาพแสดงการจัดเรียงขั้วไฟฟ้าแบบ travelling wave DEP

รูปร่างลักษณะของการจัดวางขั้วไฟฟ้า (electrode)
         ในการจัดทำขั้วไฟฟ้าเพื่อการศึกษาวิจัยทางด้านไดอิเลคโตรโฟเลซีสนั้น ส่วนมากจะทำจากทองคำให้เป็นรูปร่างต่างๆ (ตามที่แสดงไว้ในรูปที่ 6 และ 7) แล้วจัดวางขั้วไฟฟ้าลงบนแผ่นกระจกให้อยู่ในระนาบเดียวกัน ส่วนใหญ่แล้วการจัดวางขั้วไฟฟ้าแบบ quadrupole (ขั้วทั้งสี่วางหันหน้าเข้าหากันโดยมีช่องว่างตรงกลาง) เป็นที่นิยมกัน เนื่องจากไม่มีความซับซ้อนมาก และใช้ได้ทั้งไดอิเลคโตรโฟเลซีส ประเภท conventional และ electrorotation โดยช่องว่างตรงกลางจะมีความเข้มของสนามไฟฟ้าน้อยที่สุด เมื่อเทียบกับบริเวณใกล้ขั้วไฟฟ้า ส่วนรูปแบบการจัดวางแบบอื่น เช่น interdigitated castellated หรือ spiral ก็มีผู้ประดิษฐ์และทดลองใช้ เช่น ในการทดลองของ Goater และคณะ หรือ Markx และ Pething

ลักษณะเครื่องมือและอุปกรณ์สำหรับการศึกษา
ไดอิเลคโตรโฟเลซีส
       
เนื่องจากปรากฏการณ์ไดอิเลคโตรโฟเลซีสมักจะถูกใช้ในการคัดแยก และควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคหรือเซลล์ภายใต้สนามไฟฟ้า ดังนั้น แหล่งจ่ายไฟฟ้าจึงมีความจำเป็นอันดับแรกโดยแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่ใช้อาจเป็นได้ทั้งกระแสตรงที่ปรับเปลี่ยนความต่างศักย์ได้ หรือกระแสสลับที่สามารถปรับเปลี่ยนความถี่ได้ อันดับต่อมาจะเป็นขั้วไฟฟ้าซึ่งจะมีหลายรูปแบบดังที่ได้กล่าวไว้แล้ว การเลือกใช้ขึ้นอยู่กับประเภทของไดอิเลคโตรโฟเลซีสที่สนใจจะศึกษา อันดับสุดท้าย เนื่องจากขนาดที่เล็กมากของอนุภาคทรงกลมจึงจำเป็นต้องอาศัยเครื่องมือช่วย เช่น กล้องจุลทรรศน์ชนิดแสงธรรมดา หรือกล้องดิจิตอลพร้อมคอมพิวเตอร์เพื่อการประมวลผล ตัวอย่างเครื่องมือและอุปกรณ์แสดงไว้ในรูปที่ 8

Dielectrophoresis
รุปที่ 6 ลักษณะการจัดวางขั้นไฟฟ้าแบบ quadrupole
Dielectrophoresis
รูปที่ 7 ลักษณะการจัดวางขั้วไฟฟ้าแบบ A) interdigitated castellated และ B) spiral microelectrode

การประยุกต์ใช้งาน
   
    เราอาจแทนที่อนุภาคทรงกลมที่กล่าวถึงข้างต้นด้วยเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เช่น เซลล์เม็ดเลือด เซลล์มะเร็งชนิดแขวนลอย (เช่น เซลล์ลูคีเมีย (leukemia)) ไวรัส แบคทีเรีย โมเลกุลของโปรตีนหรือดีเอ็นเอ เนื่องจากความแตกต่างทางขนาดและรูปร่าง (ทรงกลมหรือแท่ง) ของเซลล์ รวมทั้งองค์ประกอบของผนังเซลล์หรือเยื้อหุ้มเซลล์ (โปรตีน คาร์โบไฮเดรต) และองค์ประกอบภายในเซลล์ เช่น RNA และ DNA ปัจจัยทั้งหลายเหล่านี้เป็นลักษณะเฉพาะของเซลล์แต่ละชนิด แม้แต่ชนิดเดียวกันแต่อยู่ในสถานะภาพที่ต่างกันและเป็นตัวช่วยให้เกิดการจัดเรียงประจุของเซลล์ (polarization)ได้ต่างกัน ส่งผลต่อการตอบสนองต่อการเกิดแรงไดอิเลคโตรโฟเลซีสที่เฉพาะตัว จึงเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในการคัดแยกเซลล์ที่ต้องการออกจากสิ่งแวดล้อม Lapizco-Encinas และคณะ ได้ศึกษาการใช้ประโยชน์จากไดอิเลคโตรโฟเลซีสกับการคัดแยกเซลล์แบคทีเรีย E. Coli ที่มีชีวิตออกจากเซลล์ที่ตายแล้ว ด้วยเครื่องมือที่เรียกว่า electrodeless dielectrophoresis ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า เซลล์ที่มีชีวิตจะถูกแยกออกจากเซลล์ที่ตายโดยอาศัยความแตกต่างระหว่างค่าการนำไฟฟ้า (conductivity) ของเยื่อหุ้มเซลล์ นั่นคือ เซลล์ที่มีชีวิตอยู่จะมีค่าการนำไฟฟ้าที่ต่ำกว่าเซลล์ที่ตาย เป็นผลให้เซลล์ที่มีชีวิตเมื่อวางอยู่ภายใต้สนามไฟฟ้า จะอยู่ในตำแหน่งที่ห่างจากขั้วไฟฟ้า (ไดอิเลคโตรโฟเลซีสชนิดลบ) มากกว่าเซลล์ตาย (เป็นไดอิเลคโตรโฟเลซีสชนิดลบที่น้อยกว่า) ทำให้เห็นเป็นการแยกกลุ่มชนิดของเซลล์ได้ตามรูปที่ 9
   
     การประยุกต์ใช้กับงานทางด้านพิษวิทยาก็มีความเป็นไปได้เพื่อศึกษาการตอบสนองของแบบจำลองเซลล์ต่อสารพิษในเชิงปริมาณและเวลา โดย Ratanachoo และคณะ ไดท้ ดลองโดยนำแบบจำลองเซลล์ ที่เรียกว่า HL-60 มารับสารพิษสี่ชนิดคือ พาราควอต (paraquat) สไตรีนออกไซด์ (SO) N-nitroso-N-methylurea (NMU) และ puromycin แล้วทำการตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงทางไดอิเลคโตรโฟเลซีสของเยื่อหุ้มเซลล์ ตามปริมาณของสารพิษและเวลาที่แตกต่างกันผลการทดลองได้แสดงให้เห็นชัดว่า เทคนิควิธีไดอิเลคโตรโฟเลซีสเป็นวิธีที่มีความไวต่อการตอบสนองของเซลล์ต่อสารพิษและรวดเร็วมาก เมื่อเทียบกับวิธีดั้งเดิม (viability testing) อาจจะกล่าวได้ว่า เทคนิคไดอิเลคโตรโฟเลซีสเป็นอีกวิธีหนึ่งของการทดสอบความเป็นพิษของสารเคมีโดยไม่ใช้สัตว์ทดลอง นอกจากนี้ ความรู้ทางไดอิเลคโตรโฟเลซีสยังได้ถูกนำไปใช้งานร่วมกับเทคนิควิธี field-flow fractionation (FFF) เพื่อช่วยคัดแยกเซลล์ที่ต้องการออกจากสิ่งแวดล้อม ผลที่ได้รับเป็นที่น่าพอใจตามที่ Huang และคณะ ได้เสนอไว้ในรายงานการทดลอง “The removal of human breast cancer cells from hematopietic CD34+ stem cells by dielectrophoretic field-flow-fractionation” เซลล์มะเร็งซึ่งมีสภาพทางด้านไดอิเลคโตรโฟเลซีสชนิดบวกมากกว่า CD34+ จะถูกจับไว้ในห้อง FFF ได้นานกว่า เป็นผลให้เซลล์มะเร็งเคลื่อนตัวออกมาช้ากว่า เซลล์ CD34+ เกิดการแยกส่วนกันอย่างชัดเจน ดังที่รายงานไว้ว่าความสามารถในการคัดแยกทำได้มากกว่า 99.2%

Dielectrophoresis
รูปที่ 8 ภาพแสดงเครื่องมือสำหรับการทดลองไดอิเลคโตโฟเลซีส
Dielectrophoresis
รูปที่ 9 แสดงการใช้ไดอิเลคโตรโพลิซีสแยกเซลล์ E. coli ที่มีชีวิตออกจากเซลล์ตาย

 

บทสรุป
       
ความก้าวหน้าทางนาโนเทคโนโลยี ได้นำเรามาสู่ยุคใหม่ของการศึกษาทดลองในระดับเซลล์และโมเลกุลผนวกกับความรู้ความเข้าใจทางไฟฟ้าจลน์ เป็นผลให้เราสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคทรงกลม เช่น เซลล์เม็ดเลือดภายใต้สนามไฟฟ้าผ่านปรากฏการณ์ไดอิเลคโตรโฟเลซีส การเคลื่อนที่ของอนุภาคทรงกลมนี้ ถูกควบคุมด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพสนามไฟฟ้า และความถี่ของกระแสไฟฟ้า (กรณีที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ) ความสามารถในการควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคทรงกลม ได้ถูกนำมาใช้ให้เป็นประโยชน์กับการคัดแยกเซลล์ที่มีชีวิตออกจากเซลล์ตาย นอกจากนี้ ยังนำมาใช้ศึกษาการตอบสนองของเซลล์ต่อสารพิษกับงานด้านพิษวิทยาได้อีกด้วย

เอกสารอ้างอิง

1.   http://www.jyu.fi/science/laitokset/fysiikka/en/research/material/nanoele/research/dna (First picture reference)
2.  Lapizco-Encinas, B.H., Simmons, B.A., Cummings, E.B. and Fintschenko, Y. (2004) “Dielectrophoretic concentration and separation of live and dead bacteria inan array of insulators” Anal. Chem. 76:1571-1579. Available online: http://www.ca.sandia.gov/chembio/microfluidics/pdfs/DielectroPre.pdf [Date: May 2, 2005]
3. Kua, C.H., Lam, Y.C., Yang, C. and Youcef-Toumi, K. (2004). “Review of bio-particle manipulation using dielectrophoresis”. Available online: http://dspace.mit.edu/bitstream/1721.1/7464/1/IMST026.pdf [Date: May 2, 2005]
4. The University of Texas, MD Anderson Cancer Center (2002). “A DEP Primer”. Available online: http://www.dielectrophoresis.org/PagesMain/DEP.htm[Date: May 6, 2005]
5. Zelena, J. (2002). “Electrokinetics of microparticles using AC dielectrophoresis”. Available online: http://www.ee.upenn.edu/~sunfest/pastProjects/Papers02/JohnZ.pdf [Date: May 9, 200]
6. Hughes, M.P. (2003). “ AC electrokinetics: applications for nanotechnology”. Available online: http://www.foresight.org/Conferences/MNT7/Papers/Hughes/index.html [Date: 01, 2003]
7. Goater, A.D., Burt, J.P.H. and Pethig, R. (1997). “Rapid communication-A combined traveling wave dielectrophoresis and electrorotation device:applied to the concentration and viability determination of Cryptosporidium”. J. Phys. D:Appl. Phys. 30, L65-L69
8. Markx, G.H. and Pething, R. (1995). “Dielectrophoretic separation of cells: continuous separation”. Biotechnol. Bioeng., 45
9. Ratanachoo K, Gascoyne PR, Ruchirawat M. (2002). “Detection of cellular responses to toxicants by dielectrophoresis”. Biochim Biophys Acta.;1564(2):449-58
10.Huang, Y., Yang, J. Wang, X.B., Becker, F.F. and Gascoyne P.R.C. (1999). “The removal of human breast cancer cells from hematopietic CD34+ stemcells by dielectrophoretic field-flow-fractionation”. Journal of Hematotherapy & Stem Cell research 8, 481-490
11.Gascoyne, P.R.C, Pethig, R., Satayavivad, J., Becker, F.F., Ruchirawat, M. (1997) “Dielectrophoretic detection of changes in erythrocyte membranesfollowing malarial infection” Biochimica Et Biophysica Acta, 1323:240-252
12. Pohl, H.A. (1978). Dielectrophoresis the behavior of neutral matter in nonuniform electric fields. Cambridge University Press. Cambridge

LAB.TODAY
บทความบางส่วนติดตามได้ในเล่ม
เว็บไซต์ที่เกี่ยวข้อง www.vertichrom.com,
www.ligandsci.com

แนะนำ ติ-ชม หรือมีข่าวสารที่น่าสนใจต้องการนำเสนอ E-mail มาที่ labtoday@thaiscience.com
copyright 2004 www.thaiscience.com Allrights reserved*