การสร้างอุปกรณ์ชิปของไหลจุลภาคแบบพกพาสำหรับตรวจวัดความผิดปกติในน้ำนมวัว

Fabrication of portable microfluidic chip for cow milk abnormality measurement

Name: จักรพงศ์ กิ่วแก้ว

ThaSH: อุปกรณ์วัดของไหลจุลภาค

ThaSH: ของไหลจุลภาค

ThaSH: ของไหลนาโน

Abstract: อุตสาหกรรมโคนมในปัจจุบัน หลังจากการได้มาของน้ำนมวัวจากแม่โคนม จำเป็นที่ต้องนำน้ำนมวัวดิบที่ได้นั้นไปตรวจสอบก่อนที่จะนำไปผลิตเป็นผลิตภัณฑ์นมต่อไป ซึ่งคุณภาพของน้ำนมดิบนั้นส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์นม และเพื่อที่จะให้ผลิตภัณฑ์นมอยู่ในมาตรฐานที่จะสามารถนำไปบริโภค การตรวจสอบน้ำนมดิบจึงเป็นสิ่งที่ภาคอุตสาหกรรมโคนมให้ความสำคัญ เนื่องจากคุณภาพของน้ำนมดิบเป็นปัจจัยหลักของการกำหนดราคาการรับซื้อน้ำนมดิบ น้ำนมดิบที่มีปริมาณที่มากและคุณภาพดี จะมีส่วนช่วยเพิ่มมูลค่าให้น้ำนมดิบมีมูลค่าที่สูง การตรวจคุณภาพน้ำนมดิบนั้นมีวัตถุประสงค์นอกจากใช้ในการพิจารณาราคาน้ำนมดิบและการแบ่งคุณภาพของน้ำนมดิบ เพื่อแยกน้ำนมดิบที่มีคุณภาพต่ำไม่ให้ไปปะปนกับน้ำนมดิบที่มีคุณภาพดีแล้ว ยังใช้ในการตรวจหาโรคเต้านมอักเสบจากวัวที่ส่วนใหญ่เกิดจากเชื้อแบคทีเรียโดยเฉพาะจีนัส Staphylococcus spp. และ Streptococcus spp. ซึ่งถือได้ว่าเป็นปัญหาที่สำคัญ นอกจากจะส่งผลกระทบต่อปริมาณและคุณภาพของน้ำนมดิบแล้ว โรคเต้านมอักเสบยังเป็นหนึ่งในโรคที่พบมากที่สุดของอุตสาหกรรมโคนม งานวิจัยฉบับนี้ได้นำระบบของไหลจุลภาคมาใช้ในการตรวจสอบ เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้มีความสะดวกในการพกพา สามารถทำการวิเคราะห์ผลที่แม่นยำและรวดเร็ว ผู้วิจัยจึงได้ทำการออกแบบและสร้างระบบของไหลจุลภาคพกพาสำหรับการตรวจวัดความผิดปกติในนมวัว เพื่อให้ได้ชิปของไหลจุลภาคที่มีความสามารถที่จะนำไปประยุกต์ใช้ในการตรวจความผิดปกติในนมวัว โครงสร้างระบบของไหลจุลภาคที่ได้เลือกใช้ในงานวิจัยนี้คือ โครงสร้าง Spiral-microchannel ด้วยหลักการของดีน โดยหาโครงสร้างที่ดีที่สุดภายใต้ปัจจัย 4 ปัจจัย ซึ่งประกอบไปด้วย ความกว้าง ความสูง จำนวนขดหอย และอัตราการไหล โดยการทดลองทั้งหมดของงานวิจัยนี้อยู่ภายใต้หลักการออกแบบการทดลอง (Design of Experiments) ผลการทดลองพบว่าโครงสร้างของชิปของไหลจุลภาคที่มีประสิทธิภาพในการคัดแยกเซลล์โซมาติกสูงที่สุดคือ ชิปของไหลจุลภาคที่มีปัจจัยความกว้าง 250 ไมโครเมตร ความสูง 100 ไมโครเมตร จำนวนขดหอย 10 ลูป และอัตราการไหลที่ 0.4 มิลลิลิตรต่อนาที โดยสามารถนำไปสร้างสมการคำตอบ คือ ประสิทธิภาพในการคัดแยกเซลล์โซมาติกของชิปของไหลจุลภาค เท่ากับ 1.092 - 0.00697A - 0.00515B - 0.0588C + 0.933D + 0.000045AB + 0.000535AC - 0.00411AD + 0.0079CtPt คำนวณค่าประสิทธิภาพของชิปของไหลจุลภาคสูงสุดเท่ากับ 0.67 ค่าตัวเลขเรย์โนลด์เท่ากับ 29.80 และค่าตัวเลขดีนเฉลี่ยเท่ากับ 3.15 ในการตรวจวัดความผิดปกติโดยชิปของไหลจุลภาค ผู้วิจัยได้วิเคราะห์ในส่วนของการตรวจวัดความผิดปกติโดยการใช้อัตราส่วนในการประเมินความผิดปกติของน้ำนมดิบ โดยใช้ปริมาณเซลล์ โซมาติกของช่องทางออกทั้งสองช่องทางคือ ช่องทางออกบริเวณผนังด้านใน (Inner wall outlet) และช่องทางออกบริเวณผนังด้านนอก (Outer wall outlet) เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างน้ำนมปกติ และน้ำนมผิดปกติโดยใช้ชิปของไหลจุลภาคที่ได้พัฒนา ผู้วิจัยได้การกำหนดเกณฑ์แบ่งที่ 1.8 ซึ่งสามารถแยกความแตกต่าง และระบุความผิดปกติของตัวอย่างน้ำนมดิบได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยพิจารณาจากความไว (Sensitivity) และความจำเพาะ (Specificity) ในการคำนวณ ซึ่งเกณฑ์นี้ช่วยลดการทับซ้อนระหว่างกลุ่มให้เหลือเกณฑ์ที่ชัดเจน และเชื่อถือได้ในการตรวจหาความผิดปกติในตัวอย่างนม โดยค่าความไวคำนวณได้เท่ากับ 0.90 และค่าความจำเพาะเท่ากับ 0.80 ซึ่งจากการใช้เกณฑ์อัตราส่วน 1.8 ในการระบุความผิดปกติของตัวอย่างน้ำนมดิบมีความแม่นยำอยู่ที่ 0.87 หรือ 87 เปอร์เซ็นต์

Abstract: In modern dairy farming, after obtaining raw cow's milk from dairy cows, it is essential to test the raw milk before processing it into dairy products. The quality of raw milk directly influences the quality of the final dairy products. To ensure that dairy products meet consumption standards, raw milk quality testing is a critical focus for the dairy industry. The quality of raw milk also determines its purchasing price. High-quality and substantial quantities of raw milk contribute to increased value and higher prices. Quality testing of raw milk serves several purposes: determining the raw milk’s price, grading its quality, and ensuring that low-quality milk does not mix with high-quality milk. It also detects mastitis in cows, a prevalent issue caused mainly by bacterial infections, particularly Staphylococcus spp. and Streptococcus spp. Mastitis not only affects the quantity and quality of raw milk but is also one of the most common diseases in the dairy industry. This research utilizes a microfluidic system for testing due to its portability, accuracy, and speed. The researchers have designed and developed a portable microfluidic system to detect abnormalities in cow’s milk, aiming to create a microfluidic chip that can be applied for milk abnormality detection. The microfluidic system structure selected for this research is the Spiral-microchannel based on Dean's principle. The optimal structure was determined considering four factors: width, height, number of spiral loops, and flow rate. The experiments conducted followed the Design of Experiments (DOE) methodology. Results indicate that the most effective microfluidic chip for somatic cell separation had a width of 250 micrometers, a height of 100 micrometers, 10 spiral loops, and a flow rate of 0.4 milliliters per minute. The efficiency equation derived is as follows: Efficiency = 1.092 − 0.00697A − 0.00515B − 0.0588C + 0.933D + 0.000045AB + 0.000535AC − 0.00411AD + 0.0079CtPt The maximum efficiency calculated for the microfluidic chip is 0.697, with a Reynolds number of 29.80 and an average Dean number of 3.15. For abnormality detection using the microfluidic chip, the study analyzed abnormalities in raw milk by measuring somatic cell counts at both the Inner Wall Outlet and Outer Wall Outlet. This differentiation helps distinguish between normal and abnormal milk samples using the developed microfluidic chip. The researchers established a threshold ratio of 1.8, which effectively differentiates and identifies abnormalities in raw milk samples with high efficiency. The sensitivity and specificity calculated for this threshold are 0.90 and 0.80, respectively. Using the threshold ratio of 1.8 to identify abnormalities in raw milk samples achieves an accuracy of 0.87 or 87%.

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. สำนักหอสมุด

Address: เชียงใหม่

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: คมกฤต เล็กสกุล

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2567

Modified: 2567-11-27

Issued: 2567-11-27

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมอุตสาหการ

Grantor: มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

©copyrights มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	640631056.pdf	13.47 MB	1	2025-02-09 19:14:12

ใช้เวลา

0.017244 วินาที