CN1987425A

CN1987425A - 表面电浆共振感测系统及方法

Info

Publication number: CN1987425A
Application number: CN 200510131831
Authority: CN
Inventors: 周礼君; 许伟庭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-06-27

Abstract

本发明是揭露一种表面电浆共振感测系统及方法，包含入射光源、感测元件、贵金属奈米粒子层、待测物载入单元及光检测器。其中贵金属奈米粒子层，是由球状贵金属奈米粒子、棒状贵金属奈米粒子和壳体贵金属奈米粒子其中之一所构成，建置在感测元件表面；待测物载入单元，是用以使待测物质与贵金属奈米粒子层接触；光检测器，是用以检测感测元件的出射光。

Description

表面电浆共振感测系统及方法

技术领域

本发明是关于一种表面电浆共振感测系统及方法，特别是应用一种使用球状贵金属奈米粒子、棒状贵金属奈米粒子与壳体贵金属奈米粒子其中之一作为奈米材料。

背景技术

表面电浆共振的现象指的是，当光源以某一固定入射角入射于金属表面时，光检测器检测到的反射光强度会接近零，也就是金属膜的的反射率近于零，未反射的光将沿着平行界面方向以一定的速度传播，激发金属的表面电浆共振，此即为全反射衰逝法(Attenuated TotalReflection：ATR)。

表面电浆共振感测系统是利用上述表面电浆共振的现象所制成的感测系统，因为表面电浆共振感测器具有高灵敏度、无须对待测物质分子做任何标记(Labeling Free)，可即时地分析分子间的交互作用、检测速度快、可定量，并可大量平行筛检等种种优点，因此对于生物分子的检测上，已有广泛的应用。

近几年来奈米材料的发展愈来愈成为大家研究的焦点，举凡光电、通讯、医学仪器等都纷纷加入奈米材料的研究与应用，而奈米材料之所以如此受到青睐，是因为奈米材料提供与原先物质所产生完全不同特性的性质。习知技艺是为利用圆球型金奈米粒子激发出表面电浆共振(Localized Surface Plasmon Resonance：LSPR)取代传统使用金薄膜激发表面电浆共振(Propagating SurfacePlasmon Resonance：PSPR)，从而提高感测器的灵敏度。目前奈米粒子的合成方法已经非常纯熟，方法大致上有化学及物理两种方式。物理的方法有金属气化法、雷射侵蚀法、溅镀法等，其中以金属气化法最为常用。化学的方法有还原法、电解法等，其中以还原法最为常用也最为重要。然而科技日新月异，对于感测器灵敏度的需求也不断提高，因此，期望能将感测器灵敏度也有相对的提升。

为满足上述所提出的将感测系统灵敏度进一步提升的需求。本发明人基于多年从事研究与诸多实务经验，经多方研究设计与专题探讨，遂于本发明提出一种表面电浆共振感测系统及方法，以作为前述期望一实现方式与依据。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种表面电浆共振感测系统及方法，提供球状贵金属奈米粒子、棒状贵金属奈米粒子与壳体贵金属奈米粒子其中之一作为奈米材料，以达到提升表面电浆共振感测系统灵敏度的目的。

缘是，为达上述目的，依本发明的一种表面电浆共振感测系统，包含入射光源、感测元件、贵金属奈米粒子层、待测物载入单元及光检测器。其中感测元件是为光纤缆线除去表面的一保护层及部分的一覆盖层，或一楞镜表面镀上贵金属奈米粒子层；贵金属奈米粒子层，是由球状贵金属奈米粒子、棒状贵金属奈米粒子和壳体贵金属奈米粒子其中之一所构成，建置在感测元件表面；待测物载入单元，是用以使待测物质与贵金属奈米粒子层接触；光检测器，是用以检测感测元件的出射光。

承上所述，因依本发明的一种表面电浆共振感测系统及方法，提供球状贵金属奈米粒子、棒状贵金属奈米粒子与壳体贵金属奈米粒子其中之一作为奈米材料，以进一步提升灵敏度。

兹为使审查委员对本发明的技术特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，下文谨提供较佳的实施例及相关图式以为辅佐之用，以详细的说明文字配合说明如后

附图说明：

图1是显示本发明的表面电浆共振感测系统的实施例方块图；

图2是显示使用楞镜模组作为感测元件的表面电浆共振感测系统示意图；

图3是显示使用光纤元件作为感测元件的表面电浆共振感测系统示意图；

图4是显示本发明的表面电浆共振感测方法的实施例步骤流程图；

图5是显示本发明的表面电浆共振感测系统的较佳实施例的方块图；

图6是显示微流体模组应用于光纤元件的示意图；

图7是显示本发明的表面电浆共振感测方法的较佳实施例的步骤流程图。

图号说明：

11：入射光源 12：感测元件；

13：贵金属奈米粒子层；14：待测物载入单元；

15：光检测器； 16：待测物质；

17：出射光； 21：棱镜；

31：光纤元件； S41～S46：步骤流程；

51：入射光源； 52：光纤元件；

53：贵金属奈米粒子层；54：微流体模组；

55：光检测器； 56：待测物质；

57：出射光； 61：微流体模组；

62：光纤元件； 63：贵金属奈米粒子层；

S71～S75：步骤流程。

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例的表面电浆共振感测系统及方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

请参阅图1，是显示本发明的表面电浆共振感测系统的实施例方块图，包含入射光源11、感测元件12、贵金属奈米粒子层13、待测物载入单元14及光检测器15。其中入射光源11是为一单频光、一窄频光或一白光；感测元件12是为光纤缆线除去表面的一保护层及部分的一覆盖层，或一楞镜表面镀上贵金属奈米粒子层13；贵金属奈米粒子层13是由球状贵金属奈米粒子、棒状贵金属奈米粒子和壳体贵金属奈米粒子其中之一所构成，建置在感测元件12表面；待测物载入单元14，是用以使待测物质16与贵金属奈米粒子层13接触；光检测器15，是用以检测感测元件的出射光17，其中该出射光可为一穿透光或一反射光。

且，贵金属包含有金或银或白金等等，而，奈米粒子因不同的形状会有不同的特殊性质，在本发明中如棒状金奈米粒子，其每单位折射率所造成的最大吸收波长的偏移量为366.0nm/RIU；壳体金奈米粒子每单位折射率所造成的最大吸收波长的偏移量为222.8nm/RIU；球状金奈米粒子的每单位折射率所造成的最大吸收波长的偏移量为77.2nm/RIU，故使用不同形状的奈米粒子所构建的表面电浆共振感测系统，其灵敏度亦具明显差异。

此外，相对于其他种类的奈米材料，银奈米粒子具有更为优越的导电特性、抗菌性、光学性质与氧化催化特性，且其表面电浆带(Surface plasmon band)的吸收在390nm到400nm之间，而其表面薄膜带的吸收系数又比金奈米粒子大4倍，因此，在光学感测系统的运用上银奈米粒子会比金奈米粒子更加适合。

请参阅图2，是显示使用楞镜模组作为感测元件的表面电浆共振感测系统示意图，该楞镜模组是为一楞镜21表面镀上贵金属奈米粒子层13，待测物载入单元14使待测物质与贵金属奈米粒子层13接触，当一入射光源11入射棱镜21的一侧面，此入射光源11经反射后，其出射光17由棱镜21的另一侧面射出，再利用光检测器15加以检测。

请参阅图3，是显示使用光纤元件作为感测元件的表面电浆共振感测系统示意图，该光纤元件31是为光纤缆线除去表面的一保护层及部分的一覆盖层，将贵金属奈米粒子层13建置在其表面，待测物载入单元14使待测物质与贵金属奈米粒子层13接触，当一入射光源11射入该光纤元件31一例，其出射光由该光纤元件31另一侧射出，并利用光检测器15加以检测。此外，可视需要增加一生物分子层于图1、图2及图3所述的贵金属奈米粒子层13之上。

请参阅图4，是显示本发明的表面电浆共振感测方法的实施例步骤流程图，其步骤如后：

步骤S41：提供入射光源；

步骤S42：提供感测元件；

步骤S43：制备贵金属奈米粒于层，该贵金属奈米粒子层是由贵金属奈米粒子所组成；

步骤S44：建置贵金属奈米粒子层于感测元件表面；

步骤S45：透过待测物载入单元，使待测物质与贵金属奈米粒子层接触；

步骤S46：透过光检测器，检测感测元件的出射光。

其中，上述贵金属奈米粒子层，是由球状贵金属奈米粒子、棒状贵金属奈米粒子和壳体贵金属奈米粒子其中之一所构成。上述贵金属是为金，银或白金。上述的感测元件是为一光纤元件或一楞镜模组，光纤元件为一光纤缆线除去表面的保护层及部分的覆盖层，贵金属奈米粒子层建置在光纤元件表面；而楞镜模组为一楞镜表面镀上一贵金属奈米粒子层。上述出射光为一穿透光或一反射光。

请参阅图5，是显示本发明的表面电浆共振感测系统的较佳实施例的方块图。其包含入射光源51、光纤元件52、贵金属奈米粒子层53、微流体模组54及光检测器55。其中入射光源51是为一单频光、一窄频光或一白光；光纤元件52，是为一光纤除去表面的一保护层及部分的一覆盖层；贵金属奈米粒子层53，是为球状贵金属奈米粒子、棒状贵金属奈米粒子或壳体贵金属奈米粒子所构成，贵金属是为金、银或白金，贵金属奈米粒子层53包覆在光纤元件52表面；微流体模组54，是为一微流体晶片，用以容纳光纤元件52与待测物质56，并驱动待测物质56与贵金属奈米粒子层53接触；光检测器55，是用以检测该光纤元件的出射光57，该出射光57可为穿透光或反射光。

上述实施例是为整合光纤元件与微流体模组的感测系统，其中微流体模组主要是由微流体管道、微帮浦、微阀门、致动器、微型感测器等微流体元件所构成，具有多工处理、待测样品移动、反应、检测、收集取样等功能，透过微流体模组的整合，可再进一步的提升感测系统的灵敏度及缩短反应时间。

请参阅图6，是显示微流体模组应用于光纤元件的示意图，微流体模组61具有复数个微流体槽，用以容纳待测物质与光纤元件62，并驱动待测物质与光纤元件62表面的贵金属奈米粒子层63接触。

请参阅图7，是显示本发明的表面电浆共振感测方法的较佳实施例的步骤流程图。其步骤如后：

步骤S71：提供一入射光源；

步骤S72：提供一光纤元件；

步骤S73：制备一贵金属奈米粒子层，是包覆在光纤元件表面；

步骤S74：透过一微流体模组，驱动待测物质与贵金属奈米粒子层接触；

步骤S75：透过一光检测器，检测光纤元件的出射光。

此外，视需要可增加一生物分子层于图4、图5及图7所述的上述贵金属奈米粒子层表面之上。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的申请专利范围中。

Claims

1、一种表面电浆共振感测系统，至少包含：

一入射光源；

一感测元件；

一贵金属奈米粒子层，是由一贵金属奈米粒子所组成，建置在该感测元件表面；

一待测物载入单元，是用以使该待测物质与该贵金属奈米粒子层接触；

至少一光检测器，是用以检测该感测元件的一出射光。

2、如申请专利范围第1项所述的表面电浆共振感测系统，其特征在于，该感测元件是为一光纤元件，且该光纤元件是为一光纤缆线除去表面的一保护层及部分的一覆盖层，而该贵金属奈米粒子层是建置在该光纤元件表面。

3、如申请专利范围第1项所述的表面电浆共振感测系统，其特征在于，该感测元件是为一楞镜模组，且该楞镜模组是为一楞镜表面镀上该贵金属奈米粒子层。

4、如申请专利范围第1项所述的表面电浆共振感测系统，其特征在于，该表面电浆共振感测系统更可包含一生物分子层于该贵金属奈米粒子层的表面上。

5、如申请专利范围第1项所述的表面电浆共振感测系统，其特征在于，该贵金属奈米粒子是为一球状贵金属奈米粒子、一棒状贵金属奈米粒子与一壳体贵金属奈米粒子其中之一。

6、如申请专利范围第1项所述的表面电浆共振感测系统，其特征在于，该贵金属是为金、银或白金。

7、一种表面电浆共振感测方法，其至少包含以下步骤：

提供一入射光源；

提供一感测元件；

制备一贵金属奈米粒子层，该贵金属奈米粒子层是由贵金属奈米粒子所组成；

建置该贵金属奈米粒子层于该感测元件表面；

透过一待测物载入单元，使该待测物质与该贵金属奈米粒子层接触；

透过一光检测器，检测该感测元件的一出射光。

8、如申请专利范围第7项所述的表面电浆共振感测方法，其特征在于，该贵金属奈米粒子是为一球状贵金属奈米粒子、一棒状贵金属奈米粒子与一壳体贵金属奈米粒子其中之一。

9、如申请专利范围第7项所述的表面电浆共振感测方法，其特征在于，该贵金属是为金、银或白金。

10、如申请专利范围第7项所述的表面电浆共振感测方法，其特征在于，该感测元件，是为一光纤缆线除去表面的一保护层及部分的一覆盖层，或一楞镜表面镀上一贵金属奈米粒子层。