專利名稱：定域等離子體共振感測(cè)元件及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感測(cè)元件及其系統(tǒng)，特別是涉及一種定域等離子體共振感測(cè)元件
及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，使用貴金屬奈米粒子定域等離子體(等離子體即電漿，本文中均稱為電漿)共振現(xiàn)象的感測(cè)器，其偵測(cè)靈敏度與奈米粒子表面的電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)(導(dǎo)帶電子進(jìn)行集體式的震蕩時(shí)所誘導(dǎo)出的電場(chǎng))，距離表面越近，電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)；換句話說，當(dāng)分子越接近于奈米粒子表面時(shí)，其所造成的定域等離子體共振(LPR)變化會(huì)愈明顯；一般來說，較大直徑的奈米粒子，其電場(chǎng)強(qiáng)度在其表面遞減的距離也會(huì)越遠(yuǎn)，亦即可感測(cè)距離(SensingD印th)較大?；诖耍壳暗母袦y(cè)器使用的粒徑范圍約以介于1奈米2至40奈米的奈米粒子做為感測(cè)，多只能用于較大分子量的生化分子感測(cè)(如多去氧核醣核酸片段及蛋白質(zhì))。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述習(xí)知技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的就是在提供一種定域電漿共振感測(cè)元件及其系統(tǒng)，以解決與習(xí)知技術(shù)有關(guān)的問題。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種定域等離子體共振感測(cè)元件，其包含一感測(cè)基材；以及一貴金屬奈米粒子層，固定于該感測(cè)基材上，且貴金屬奈米粒子直徑范圍為2至12奈米；其中，當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋該貴金屬奈米粒子層表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
l元件，其中所述的感測(cè)基材為一玻璃、一光纖或一
元件，其中所述的波導(dǎo)感測(cè)裝置是一平面波導(dǎo)感測(cè)
元件，其中所述的貴金屬奈米粒子層由金奈米粒子
元件，其中所述的貴金屬奈米粒子層用以感測(cè)一化
元件，其中所述的化合物或該生化分子的分子量范
元件，其中所述的貴金屬奈米粒子層是修飾一辨識(shí)單元。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其包含一定域等離子體共振感測(cè)元件，包含一感測(cè)基材及一貴金屬奈米粒子層，固定于該感測(cè)基材上，且金屬奈米粒子直徑范圍為2至12奈米；一 前述的定域等離子體共振感測(cè)波導(dǎo)感測(cè)裝置。 前述的定域等離子體共振感測(cè)
裝置或一管狀波導(dǎo)感測(cè)裝置。 前述的定域等離子體共振感測(cè)
或銀奈米粒子所組成。 前述的定域等離子體共振感測(cè)
合物或一生化分子。 前述的定域等離子體共振感測(cè)圍為1至5000。 前述的定域等離子體共振感測(cè)光源，提供一光束入射該定域等離子體共振感測(cè)元件；一偵測(cè)單元，接收該定域等離子體共 振感測(cè)元件的出射光以產(chǎn)生一偵測(cè)信號(hào)；以及一處理單元，電性連接該偵測(cè)單元，接收并分 析該偵測(cè)信號(hào)；其中，當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋該貴金屬奈米粒子層表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo) 致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 前述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其中所述的感測(cè)基材為一玻璃、一光纖或一
波導(dǎo)感測(cè)裝置。 前述的定域等離子體共振感效 裝置或一管狀波導(dǎo)感測(cè)裝置。
前述的定域等離子體共振感效 子或銀奈米粒子所組成。
前述的定域等離子體共振感效 物或一生化分子。 前述的定域等離子體共振感效 圍是1至5000。 前述的定域等離子體共振感效
l系統(tǒng)，其中所述的波導(dǎo)感測(cè)裝置是一平面波導(dǎo)感領(lǐng)
l系統(tǒng)，其中所述的貴金屬奈米粒子層是由金奈米粒
l系統(tǒng)，其中所述的金屬奈米粒子層用以感測(cè)一化合
l系統(tǒng)，其中所述的化合物或該生化分子的分子量范
l系統(tǒng)，其中所述的貴金屬奈米粒子層是修飾一辨識(shí)
單元。




前述的定域等離子體共振感效 前述的定域等離子體共振感效 前述的定域等離子體共振感效 前述的定域等離子體共振感效
系統(tǒng)，其中所述的光源是一激光或一發(fā)光二極體。 系統(tǒng)，其中所述的偵測(cè)單元是一光強(qiáng)度偵測(cè)器。 系統(tǒng)，其中所述的處理單元是一電腦處理器。 系統(tǒng)，其還包含一信號(hào)產(chǎn)生器以及一鎖相放大器。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā) 明的主要技術(shù)內(nèi)容如下根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種定域等離子體共振感測(cè)元件，其包含 一感測(cè)基材以及一貴金屬奈米粒子層，此貴金屬奈米粒子層固定于感測(cè)基材上，此貴金屬 粒子直徑范圍為2奈米至12奈米，其中當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋貴金屬奈米粒子層表面產(chǎn)生介 電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。較小尺寸的貴金屬奈米粒子由于 其電場(chǎng)強(qiáng)度遞減的距離較短，當(dāng)小分子經(jīng)由修飾特定辨識(shí)單元作用力而接近奈米粒子表面 時(shí)，相對(duì)于較大粒徑的奈米粒子來說，相對(duì)改變介電環(huán)境的效應(yīng)較大，所以造成其感測(cè)靈敏 度會(huì)優(yōu)于較大粒徑的奈米粒子。 另外，本發(fā)明提供了一種定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其包含上述的定域等離子 體共振感測(cè)元件、一光源、一偵測(cè)單元以及一處理單元，此光源提供一光束入射此定域等離 子體共振感測(cè)元件，偵測(cè)單元接收此定域等離子體共振感測(cè)元件的出射光以產(chǎn)生一偵測(cè)信 號(hào)，處理單元電性連接偵測(cè)單元，接收并分析偵測(cè)信號(hào)。若觀察貴金屬奈米粒子的吸收光 譜，能發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境折射率上升時(shí)，其定域等離子體共振的吸收波峰會(huì)往長(zhǎng)波長(zhǎng)處位移，并伴 隨著吸收度上升的現(xiàn)象；另外若從散射光的特性來觀察，則會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境折射率上升時(shí)，其 散射光的波峰同樣也會(huì)往長(zhǎng)波長(zhǎng)處偏移，并伴隨著光強(qiáng)度增強(qiáng)的現(xiàn)象。 借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明定域等離子體共振感測(cè)元件及其系統(tǒng)至少具有下列優(yōu) 點(diǎn)及有益效果 (1)此定域等離子體共振感測(cè)元件及其系統(tǒng)藉由提供一小粒徑的貴金屬奈米粒子層，以解決現(xiàn)有感測(cè)器對(duì)小分子化合物感測(cè)的缺陷。 (2)對(duì)小分子化合物感測(cè)而言，此定域等離子體共振感測(cè)元件及其系統(tǒng)其感測(cè)靈 敏度會(huì)優(yōu)于較大粒徑的奈米粒子。
(3)此定域等離子體共振感測(cè)元件及其系統(tǒng)可做為小分子化合物與特定蛋白質(zhì)間
的作用力大小量測(cè)、模擬生物體辨識(shí)的專一性，最終可利用于新藥開發(fā)的篩選工作。 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，
而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠
更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)元件第一實(shí)施例的示意圖。 圖2A是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)元件第二實(shí)施例的光纖整圈剝除的示意圖。 圖2B是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)元件第二實(shí)施例的光纖部分剝除的示意
面的感》:
J元件第二實(shí)施例的光纖末端鍍上一個(gè)鏡
圖2C是本發(fā)明的定域等離子體共振感i 探針的示意圖。
圖2D是本發(fā)明的定域等離子體共振感i 奈米粒子的感測(cè)探針的示意圖。
圖2E是本發(fā)明的定域等離子體共振感； 入多孔性材料并修飾貴金屬奈米粒子的感測(cè)探針的示意圖。
圖3是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)元件第三實(shí)施例的示意圖。 圖4A是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)元件第四實(shí)施例的示意圖。 圖4B是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)元件第四實(shí)施例的具有一封閉端的示意
J元件第二實(shí)施例的光纖末端修飾貴金屬
J元件第二實(shí)施例的光纖末端核心鏤空填
l系統(tǒng)第五實(shí)施例的示意圖。 U系統(tǒng)第五實(shí)施例的5奈米金奈米粒子修 圖5A是本發(fā)明的定域等離子體共振感領(lǐng)
圖5B是本發(fā)明的定域等離子體共振感領(lǐng) 飾11-硫醇基十一酸對(duì)十二基胺感測(cè)的光譜變化圖。 圖5C是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)第五實(shí)施例的30奈米金奈米粒子修 飾11-硫醇基十一酸對(duì)十二基胺感測(cè)的光譜變化圖。 圖6A是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)第六實(shí)施例的示意圖。 圖6B是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)第六實(shí)施例的5奈米金奈米粒子對(duì)
不同果糖濃度偵測(cè)的光譜變化圖。 圖6C是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)的最大波峰吸收度與log[果糖濃 度]相對(duì)作圖。 圖7A是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)的第七實(shí)施例的示意圖. 圖7B是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)第七實(shí)施例的固定吸收波峰波長(zhǎng)
530奈米的不同粒徑金奈米粒子波峰吸收度對(duì)不同濃度的維生素H的關(guān)系圖. 圖8A是本發(fā)明的域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)第八實(shí)施例的示意圖.
圖8B是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)第八實(shí)施例的小尺寸金奈米粒子對(duì) 不同濃度的維生素H所得信號(hào)線性關(guān)系的示意圖。 圖8C是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)第八實(shí)施例的不同金奈米粒子在偵 測(cè)濃度10—7M維生素H的信號(hào)時(shí)間曲線的示意圖。 1 :感測(cè)基材 3 :鏡面 5 :光柵 7 :光源 9 :定域等離子體共振感測(cè)元件 11 :待測(cè)樣品 13 :信號(hào)產(chǎn)生器
2
貴金屬奈米粒子層
4 :多孔隙材料 6 :波導(dǎo) 8 :偵測(cè)單元 10 :處理單元 12 :辨識(shí)單元 14 :鎖相放大器
具體實(shí)施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合 附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的定域等離子體共振感測(cè)元件及其系統(tǒng)其具體實(shí)施 方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效進(jìn)行詳細(xì)說明。 請(qǐng)參閱圖1所示，是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)元件的第一實(shí)施例的示意 圖。本發(fā)明第一實(shí)施例的定域等離子體共振感測(cè)元件包含一感測(cè)基材l以及一貴金屬奈米 粒子層2。 上述的感測(cè)基材1可為一玻璃基材，上述的貴金屬奈米粒子可為金奈米粒子，亦 可為一銀奈米粒子。貴金屬奈米粒子直徑范圍為2至12奈米，其中當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋貴金 屬奈米粒子層2表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。將小 尺寸的貴金屬奈米粒子層2固定在感測(cè)基材1上所開發(fā)而成的任何感測(cè)元件，搭配利用在 以LPR原理所建立而成的感測(cè)元件，此感測(cè)元件用以感測(cè)化合物或生化分子，其分子量(相 對(duì)分子質(zhì)量)范圍為1至5000。而這些貴金屬奈米粒子層2的裸露面上，則能藉由修飾特定 辨識(shí)單元的動(dòng)作，以達(dá)到高專一性的檢測(cè)能力。圖l將金奈米粒子固定于干凈的玻璃表面， 藉由光學(xué)感測(cè)元件量測(cè)入射光和穿透光(transmitted light)、反射光(reflected light) 或散射光(scatteredlight)，可由分析共振波峰強(qiáng)度變化或共振波長(zhǎng)的偏移程度與分析物 濃度的相對(duì)關(guān)系建立感測(cè)系統(tǒng)。 請(qǐng)參閱圖2A至圖2E所示，其是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)元件的第二實(shí)施 例的示意圖。本發(fā)明第二實(shí)施例的定域等離子體共振感測(cè)元件包含一感測(cè)基材l以及一貴 金屬奈米粒子層2。 上述的感測(cè)基材1可為一光纖基材，此貴金屬奈米粒子可為金奈米粒子，亦可為 一銀奈米粒子。貴金屬奈米粒子直徑范圍是2奈米至12奈米，其中當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋貴金 屬奈米粒子層2表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。藉由 選用光纖基材，即構(gòu)成一光纖式定域等離子體共振元件(Fiber-0ptic Localized Plasmon Resonance, F0-LPR) ， F0-LPR利用了反射介面處的漸逝波(Evanescent wave)現(xiàn)象來累積 定域等離子體共振的能量變化，因?yàn)闈u逝波能量會(huì)受到LPR共振能量的特性變化所影響， 因此可得前后的信號(hào)差異。光纖基材部分可以選用剝除整圈外殼(cladding)的方式(如圖
72A)，或使用只剝除一部分外殼的構(gòu)型(如圖2B)，其中感測(cè)的貴金屬奈米粒子層2可搭配使 用小尺寸貴金屬奈米粒子，則適用于小分子高靈敏度光纖感測(cè)器的開發(fā)及快速篩選。如圖 2C所示，為一反射式光纖定域等離子體共振感測(cè)元件，即在光纖尾端鍍上一個(gè)鏡面3，因此 能反射光信號(hào)，使得其結(jié)構(gòu)有如探針，只要將之浸入或剌入到特定區(qū)塊，便能完成檢測(cè)，因 此更適合開發(fā)成醫(yī)療或是即時(shí)抽樣檢驗(yàn)的器材，其中的感測(cè)元件粒子，搭配使用小尺寸貴 金屬奈米粒子，則適用于開發(fā)小分子的高靈敏度光纖感測(cè)器。如圖2D所示，感測(cè)元件在感 測(cè)基材1的光纖末端鍍上小尺寸貴金屬奈米粒子層2的感測(cè)探針，將小尺寸貴金屬奈米粒 子層2固定在光纖末端，利用散射光或是反射光信號(hào)的強(qiáng)度來當(dāng)作感測(cè)原理，由于此實(shí)施 例中光纖并未被剝除外殼，所以會(huì)有著更好的機(jī)械強(qiáng)度。如圖2E所示，感測(cè)元件則使用蝕 刻的方式將光纖末段的核心部分鏤空，并保留一部分的外殼，然后在這個(gè)空間中填入多孔 隙材料4，(例如溶膠凝膠(sol-gel)等材料)，最后再將小尺寸貴金屬奈米粒子固定在這 些多孔隙材料4表面以完成此類探針的建構(gòu)。希望藉由材料多孔隙及高表面積的優(yōu)點(diǎn)，以 增加分析樣品在質(zhì)量傳遞的速率，同時(shí)再增加小尺寸貴金屬奈米粒子的作用量，以達(dá)到更 好的小分子化合物感測(cè)效果。 請(qǐng)參閱圖3所示，本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)元件的第三實(shí)施例的示意圖。
本發(fā)明第三實(shí)施例的定域等離子體共振感測(cè)元件包含一感測(cè)基材1以及一貴金屬奈米粒 子層2。 上述的感測(cè)基材1可為一平面波導(dǎo)感測(cè)裝置，此貴金屬奈米粒子可為金奈米粒
子，亦可為一銀奈米粒子，此貴金屬粒子直徑范圍是2至12奈米，其中當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋貴
金屬奈米粒子層2表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。藉
由菱鏡或是光柵5，將光導(dǎo)入于具有透光能力的薄膜，在傳導(dǎo)過程中，因?yàn)橘F金屬奈米粒子
的LPR特性，會(huì)使得傳導(dǎo)光受到吸收而強(qiáng)度遞減，而搭配光波導(dǎo)6可使光在薄膜內(nèi)藉由全反
射現(xiàn)象進(jìn)行傳導(dǎo)，可以有效的增強(qiáng)信號(hào)以量測(cè)最后的出光光源的強(qiáng)度，再由出光強(qiáng)度與入
光強(qiáng)度的差值可以得知感測(cè)器單元上的變化。此光學(xué)感測(cè)元件，因其體積較小，且為平面結(jié)
構(gòu)，可以制作成陣列型式感測(cè)單元；再以此結(jié)構(gòu)搭配上小尺寸貴金屬奈米粒子層2，不但可
分析濃度極低的小分子化合物，更可以有效的做為小分子藥物分子庫篩選。 請(qǐng)參閱圖4A、圖4B所示，是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)元件的第四實(shí)施例的
示意圖。本發(fā)明第四實(shí)施例的定域等離子體共振感測(cè)元件包含一感測(cè)基材l以及一貴金屬
奈米粒子層2。 上述的感測(cè)基材1可為一管狀波導(dǎo)感測(cè)裝置，此貴金屬奈米粒子可為金奈米粒 子，亦可為一銀奈米粒子，此貴金屬奈米粒子直徑范圍是2至12奈米，其中當(dāng)一待測(cè)樣品 覆蓋貴金屬奈米粒子層2表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn) 象。管狀波導(dǎo)定域等離子體共振感測(cè)裝置的核心概念，即是利用了光波導(dǎo)技術(shù)能產(chǎn)生多次 全反射的原理，與反射介面處的漸逝波(Evanescent wave)現(xiàn)象來累積定域等離子體共振 的能量變化，因此波導(dǎo)信號(hào)的強(qiáng)弱變化，便帶有著和待測(cè)樣品濃度相關(guān)的訊息(圖4A);另 外，由于使用了管狀構(gòu)形的波導(dǎo)基材，因此有著體積小、構(gòu)形良好的優(yōu)點(diǎn)。而使用封口的管 狀波導(dǎo)LPR感測(cè)元件亦可同時(shí)為樣品的盛裝容器(圖4B)，因此可以用陣列式的方式安排， 然后再搭配適當(dāng)?shù)墓庠?與偵測(cè)單元8，便能達(dá)到高效率高輸出的感測(cè)能力了 ，因此若以陣 列式方式組裝，便能開發(fā)一種有著高靈敏感測(cè)能力，同時(shí)兼具高效能篩選的LPR感測(cè)技術(shù)。
請(qǐng)參閱圖5A至圖5C所示，是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)的第五實(shí)施例 的示意圖。本發(fā)明第五實(shí)施例的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)包含一定域等離子體共振感測(cè) 元件9、一光源7、一偵測(cè)單元8以及一處理單元10。 上述的光源7可為一激光或發(fā)光二極體；上述的偵測(cè)單元8可為一光強(qiáng)度偵測(cè)器； 上述的處理單元10可為一電腦處理器；光源7提供一光束入射此定域等離子體共振感測(cè)元 件9，偵測(cè)單元8接收此定域等離子體共振感測(cè)元件9的出射光以產(chǎn)生一偵測(cè)信號(hào)，處理單 元10電性連接偵測(cè)單元8，接收并分析偵測(cè)信號(hào)； 上述的定域等離子體共振感測(cè)元件9包含一感測(cè)基材1以及一貴金屬奈米粒子層 2，此感測(cè)基材1可為一玻璃基材，此貴金屬奈米粒子可為一金奈米粒子，并將金奈米粒子 固定于玻璃基材上，此貴金屬奈米粒子直徑范圍為2至12奈米，其中當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋此 貴金屬奈米粒子層2表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。
在此實(shí)施例中，設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證小尺寸金圓球奈米粒子相較于其他大粒徑的圓 球形奈米粒子對(duì)小分子量的化合物有更好的感測(cè)靈敏度。首先利用一帶正電的高分子聚 丙烯胺鹽酸鹽(polyallylamine hydrochloride, PAH)將粒徑5奈米的圓球型奈米粒子固 定于玻璃基材上，再將其浸泡于化合物ll-硫醇基i^一酸(ll-mercaptoundecanoic acid， MUA)的溶液中，在奈米粒子表面以硫醇基(-SH)修飾上末端帶有羧基(-C00H)的化合物 MUA，由吸收光譜發(fā)現(xiàn)有些微的紅位移并且吸收度有上升的現(xiàn)象，如圖5B所示，顯示MUA確 實(shí)有形成的自我組裝單層而鍵結(jié)在金奈米粒子表面，如此為一基本的感測(cè)系統(tǒng)(圖5A)。 在實(shí)施過程中，控制適當(dāng)?shù)乃釅A度(pH 7)使金圓球奈米粒子表面上MUA分子所帶的官 能基-C00H解離為-C00—的離子狀態(tài)，如此可以藉由正負(fù)電相吸的作用力，吸附帶有正電 (_NH3+)的待測(cè)樣品ll十二基胺(dodecylamine，麗=185)，利用檢測(cè)前后金圓球奈米粒 子定域等離子體共振波峰吸收光譜的變化來判斷十二基胺是否有吸附至金奈米粒子表面 上。為了驗(yàn)證小尺寸金奈米粒子對(duì)于小分子的確有較好的感測(cè)能力，另外也使用粒徑約為 24奈米的金圓球奈米做為感測(cè)，在相同的待測(cè)樣品濃度(10—6M)下，吸收?qǐng)D譜并無明顯的變 化，如圖5C所示。由此可推論小尺寸金奈米粒子相較于較大的金奈米粒子對(duì)小分子的量測(cè) 的確有較好的感測(cè)能力。 請(qǐng)參閱圖6A至圖6C所示，是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)的第六實(shí)施例 的示意圖。本發(fā)明第六實(shí)施例的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)包含一定域等離子體共振感測(cè) 元件9、一光源7、一偵測(cè)單元8以及一處理單元10。 上述的光源7可為一激光或發(fā)光二極體；上述的偵測(cè)單元8可為一光強(qiáng)度偵測(cè)器； 上述的處理單元10可為一電腦處理器；光源7提供一光束入射此定域等離子體共振感測(cè)元 件9，偵測(cè)單元8接收此定域等離子體共振感測(cè)元件9之出射光以產(chǎn)生一偵測(cè)信號(hào)，處理單 元10電性連接偵測(cè)單元8，接收并分析偵測(cè)信號(hào)。 上述的定域等離子體共振感測(cè)元件9其包含一感測(cè)基材1以及一貴金屬奈米粒 子層2，此感測(cè)基材1可為一玻璃基材，此貴金屬奈米粒子可為一金奈米粒子，將金奈米粒 子固定于玻璃基材上，且該貴金屬奈米粒子直徑范圍是2至12奈米，其中當(dāng)一待測(cè)樣品覆 蓋該貴金屬奈米粒子層2表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn) 象。 在此實(shí)施例中，我們使用粒徑大小約為5奈米的金圓球奈米粒子來驗(yàn)證小尺寸金奈米粒子對(duì)小分子而言是否有較佳的感測(cè)靈敏度。相同的，先利用聚合物PAH將金奈米 粒子固定于玻璃基材上，再以3-硫醇基丙酸(3-mercaptopropionic acid， MPA)在表面 上形成自我組裝單層而帶有羧基C00H官能基，經(jīng)過l-(3- 二甲基胺基丙烷)-N-乙基二 亞胺基碳*鹽酸(N_(3-dimethylaminopropyl)_N_ethylcarbodiimide hydrochloride, EDC HC1)/N-羥基琥珀酰亞胺(N-hydroxysuccinimide， NHS)活化后，可與3-氨基苯硼酸 (3-aminophenylboronic acid)以酰胺鍵(-NHCO-)形成共價(jià)鍵鍵結(jié)，如此完成感測(cè)系統(tǒng)， 如圖6A所示。其中一貴金屬奈米粒子修飾一辨識(shí)單元12用以感測(cè)待測(cè)樣品ll，辨識(shí)單元 12可為3-氨基苯硼酸分子，用以感測(cè)醣類分子，分子會(huì)與醣類分子上的雙醇(diol)形成鍵 結(jié)而新形成五環(huán)或六環(huán)結(jié)構(gòu)，所以在本實(shí)施例子中，我們以此分子苯硼酸(phenylboronic acid)做為化學(xué)感測(cè)分子，來偵測(cè)醣類的小分子，在果糖(麗=180)濃度介于O. l-5mM的操 作中，可以清楚看到表面等離子體共振波峰吸收度上升的變化。如圖6B所示，是本發(fā)明第 六實(shí)施例的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)的5奈米金奈米粒子對(duì)不同果糖濃度偵測(cè)的光譜 變化圖，從光譜圖中可發(fā)現(xiàn)5奈米的金奈米粒子對(duì)于果糖小分子的感測(cè)有不錯(cuò)的感測(cè)靈敏 度；如圖6C所示，是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)的最大波峰吸收度與log[果糖濃 度]相對(duì)作圖，表面等離子體共振波峰吸收度變化的數(shù)據(jù)經(jīng)由處理后，可以發(fā)現(xiàn)隨著濃度 的改變，吸收度隨之成線性的信號(hào)變化。 請(qǐng)參閱圖7A、圖7B所示，是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)的第七實(shí)施例的 示意圖。本發(fā)明第七實(shí)施例的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)的包含一定域等離子體共振感測(cè) 元件9、一光源7、一偵測(cè)單元8以及一處理單元10。 上述的光源7可為一激光或發(fā)光二極體；上述的偵測(cè)單元8可為一光強(qiáng)度偵測(cè)器； 上述的處理單元10可為一電腦處理器；光源7提供一光束入射此定域等離子體共振感測(cè)元 件9，偵測(cè)單元8接收此定域等離子體共振感測(cè)元件9之出射光以產(chǎn)生一偵測(cè)信號(hào)，處理單 元10電性連接偵測(cè)單元8，接收并分析偵測(cè)信號(hào)。 上述的定域等離子體共振感測(cè)元件9其包含一感測(cè)基材1以及一貴金屬奈米粒 子層2，此感測(cè)基材1可為一玻璃基材，此貴金屬奈米粒子可為一金奈米粒子，將金奈米粒 子固定于玻璃基材上，且該貴金屬奈米粒子直徑范圍是2至12奈米，其中當(dāng)一待測(cè)樣品覆 蓋該貴金屬奈米粒子層2表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn) 象。 在此實(shí)施例中，分別使用粒徑大小分別為5奈米及30奈米的金圓球奈米粒子來驗(yàn) 證小尺寸金奈米粒子對(duì)小分子而言是否有較佳的感測(cè)靈敏度。相同的，先利用聚合物PAH 將金奈米粒子固定于玻璃基材上，再以MUA在表面上形成自我組裝單層而帶有-C00H官能 基，經(jīng)EDC HC1/NHS活化后，可與卵白素(str印tavidin)以酰胺鍵(-NHC0-)形成共價(jià)鍵 鍵結(jié)，完成感測(cè)系統(tǒng)如圖7A所示。其中一貴金屬奈米粒子2可修飾一辨識(shí)單元12卵白素， 用以感測(cè)一待測(cè)樣品11維生素H，由于卵白素與維生素H有相當(dāng)強(qiáng)的鍵結(jié)、辨識(shí)能力(Kd 10—"M)，在以粒徑約5奈米的金奈米粒子為基材來感測(cè)維生素H(麗二 244)的實(shí)驗(yàn)中，可以 從光譜中觀察到定域等離子體共振波峰吸收度的上升變化，因此可選擇一個(gè)固定吸收波峰 的波長(zhǎng)(530奈米)，觀察其吸收度AA的變化量(AA二A「A。 為每一個(gè)不同濃度的維生 素H在波長(zhǎng)530奈米的吸收值；A。則為添加維生素H前530奈米的吸收值)，當(dāng)維生素H濃 度高于為10—7M以上時(shí)，從圖7B中可看到定域等離子體共振波峰吸收度的上升變化(AA/A。)；而當(dāng)感測(cè)系統(tǒng)置換為以約30奈米的金奈米粒子做為感測(cè)時(shí)，維生素H濃度需要達(dá)到 10—SM左右才看的到表面等離子體共振吸收波峰吸收度有些許的改變。從圖7B的整理結(jié)果 比較，可以發(fā)現(xiàn)5奈米的金奈米粒子相對(duì)于30奈米的金奈米粒子而言，對(duì)維生素H的感測(cè) 靈敏度可提升約2. 4倍(每單位濃度的維生素H之吸收度變化量，線性斜率比m^/n^^ = 0. 022/0. 009)。 請(qǐng)參閱圖8A至圖8C所示，是本發(fā)明的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)的第八實(shí)施例 的示意圖。本發(fā)明第八實(shí)施例的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)包含一定域等離子體共振感測(cè) 元件9、一光源7、一偵測(cè)單元8以及一處理單元10。 上述的光源7可為一激光或發(fā)光二極體；上述的偵測(cè)單元8可為一光強(qiáng)度偵測(cè)器； 上述的處理單元10可為一電腦處理器；光源7提供一光束入射此定域等離子體共振感測(cè)元 件9，偵測(cè)單元8接收此定域等離子體共振感測(cè)元件9的出射光以產(chǎn)生一偵測(cè)信號(hào)，處理單 元10電性連接偵測(cè)單元8，接收并分析偵測(cè)信號(hào)；本實(shí)施例的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng) 還包含一信號(hào)產(chǎn)生器13以及一鎖相放大器14 ; 上述的定域等離子體共振感測(cè)元件9包含一感測(cè)基材1以及一貴金屬奈米粒子層 2，此感測(cè)基材1可為一光纖基材，此貴金屬奈米粒子可為一金奈米粒子，將金奈米粒子固 定于光纖基材上，且此貴金屬奈米粒子直徑范圍是2至12奈米，其中當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋此 貴金屬奈米粒子層2表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。
在此實(shí)施例中，分別使用粒徑大小分別為5奈米及30奈米的金圓球奈米粒子來驗(yàn) 證小尺寸金奈米粒子對(duì)小分子而言是否有較佳的感測(cè)靈敏度。相同的，先利用聚合物PAH 將金奈米粒子固定于光纖基材上，再以胱胺(cystamine)在表面上形成自我組裝單層而帶 有-NH2官能基，再與經(jīng)過EDOHCl/NHS活化的卵白素(str印tavidin)以酰胺鍵(-NHC0-) 形成共價(jià)鍵鍵結(jié)，完成光纖感測(cè)系統(tǒng)，如圖8A所示。如圖8B所示，是本發(fā)明的定域等離子 體共振感測(cè)系統(tǒng)的小尺寸金奈米粒子對(duì)不同濃度的維生素H所得信號(hào)線性關(guān)系圖，在光纖 系統(tǒng)下，以粒徑約5奈米的金奈米粒子可修飾一辨識(shí)單元12卵白素來感測(cè)待測(cè)樣品11維 生素H的實(shí)驗(yàn)中，使用維生素H濃度為10—7-5X10—、來量測(cè)對(duì)卵白素結(jié)合的能力，經(jīng)由信號(hào) 處理后，可以發(fā)現(xiàn)定域等離子體共振波峰的變化。如圖8C所示，是本發(fā)明的定域等離子體 共振感測(cè)系統(tǒng)的不同金奈米粒子在偵測(cè)濃度10—7M維生素H的信號(hào)時(shí)間曲線圖，看到信號(hào)有 明確的變化，由此可間接推斷有定域等離子體共振現(xiàn)象的變化，而當(dāng)感測(cè)系統(tǒng)置換為以約 30奈米金奈米粒子做為感測(cè)時(shí)，同一個(gè)維生素H濃度下，定域等離子體共振現(xiàn)象的變化幅 度非常有限，可以發(fā)現(xiàn)5奈米的金奈米粒子對(duì)于維生素H的感測(cè)有較佳的感測(cè)靈敏度。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾 為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì) 以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
一種定域等離子體共振感測(cè)元件，其特征在于其包含一感測(cè)基材；以及一貴金屬奈米粒子層，固定于該感測(cè)基材上，且貴金屬奈米粒子直徑范圍為2奈米至12奈米；其中，當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋該貴金屬奈米粒子層表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定域等離子體共振感測(cè)元件 材為一玻璃、一光纖或一波導(dǎo)感測(cè)裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的定域等離子體共振感測(cè)元件 測(cè)裝置是一平面波導(dǎo)感測(cè)裝置或一管狀波導(dǎo)感測(cè)裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定域等離子體共振感測(cè)元件 奈米粒子層由金奈米粒子或銀奈米粒子所組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定域等離子體共振感測(cè)元件 奈米粒子層用以感測(cè)一化合物或一生化分子。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的定域等離子體共振感測(cè)元件 或該生化分子的分子量范圍為1至5000。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定域等離子體共振感測(cè)元件 奈米粒子層是修飾一辨識(shí)單元。
8. —種定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其包含 一定域等離子體共振感測(cè)元件，包含一感測(cè)基材；及一貴金屬奈米粒子層，固定于該感測(cè)基材上，且金屬奈米粒子直徑范圍為2奈米至12 奈米；一光源，提供一光束入射該定域等離子體共振感測(cè)元件；一偵測(cè)單元，接收該定域等離子體共振感測(cè)元件的出射光以產(chǎn)生一偵測(cè)信號(hào)；以及 一處理單元，電性連接該偵測(cè)單元，接收并分析該偵測(cè)信號(hào)；其中，當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋該貴金屬奈米粒子層表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等 離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的感測(cè)基 材為一玻璃、一光纖或一波導(dǎo)感測(cè)裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的波導(dǎo) 感測(cè)裝置是一平面波導(dǎo)感測(cè)裝置或一管狀波導(dǎo)感測(cè)裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的貴金 屬奈米粒子層是由金奈米粒子或銀奈米粒子所組成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的金屬 奈米粒子層用以感測(cè)一化合物或一生化分子。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的化合 物或該生化分子的分子量范圍是1至5000。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的貴金 ，其特征在于其中所述的感測(cè)基 ，其特征在于其中所述的波導(dǎo)感 ，其特征在于其中所述的貴金屬 ，其特征在于其中所述的貴金屬 ，其特征在于其中所述的化合物 ，其特征在于其中所述的貴金屬屬奈米粒子層是修飾一辨識(shí)單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的光源是 一激光或一發(fā)光二極體。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的偵測(cè) 單元是一光強(qiáng)度偵測(cè)器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的處理 單元是一電腦處理器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的定域等離子體共振感測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其還包含一信號(hào) 產(chǎn)生器以及一鎖相放大器。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)一種定域等離子體共振感測(cè)元件及其系統(tǒng)。該定域等離子體共振感測(cè)元件包含一感測(cè)基材以及一貴金屬奈米粒子層，該貴金屬奈米粒子層固定于該感測(cè)基材上，且貴金屬奈米粒子直徑范圍為2至12奈米，其中當(dāng)一待測(cè)樣品覆蓋該貴金屬奈米粒子層表面產(chǎn)生介電環(huán)境變化，將導(dǎo)致定域等離子體共振能帶變化的現(xiàn)象。該定域等離子體共振感測(cè)元系統(tǒng)包含該定域等離子體共振感測(cè)元件、一光源、一偵測(cè)單元以及一處理單元。相對(duì)于較大粒徑的貴金屬奈米粒子來說，小尺寸的貴金屬奈米粒子對(duì)小分子量化合物的量測(cè)有較佳感測(cè)靈敏度。
文檔編號(hào)G01N21/59GK101776598SQ200910000139
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者侯均治, 周禮君, 張智杰, 施侑伸, 謝銘隆 申請(qǐng)人:周禮君