TW200900696A - Streptavidin surface-acoustic-wave immunosensor apparatus - Google Patents
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Description
200900696 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明為一種免疫感測器,特別是一種利用壓電表面聲波感 測70件進行檢測的免疫感測器。 【先前技術】 自二十世紀以來,生物感測器(Bi〇sens〇r)已廣泛應用在化 學、生化及醫學領域,藉其高特異性、高靈敏度、即時反應的能 力,在生物科技的領域中受到極大的重視,生物感測器更結合了 生物敏感性與微電子及電子材料等跨領域技術。 基本上’生物感測器結合了生物分子(Biological Materials) ’例如生物體組織、微生物、胞器、細胞受體、酵素、 抗體、與核酸等如生物的衍生物(Bi〇1〇gically Dedved Material)或生物模仿物(Bi〇mimic Intimately)等,藉由高感 度的化學或物理換能器(Transc[ucers),以光學、電化學、熱能、 ,電,,能等進行峨轉換,處理並放大峨能器轉化*來的訊 號與訊號輸出’將接受到的訊號經處理後,贿帛者肖於瞭解的 文字、圖形呈現所組成的分析裝置(Analytical Devices);; ,策夕的生物感測器中,其中以免疫感測器較一般的感測器 具更咼的靈敏性與特異性反應,而受到更大的矚目。 而壓電晶體更在近年來作為免疫感測!!__。最早 晶體的應用是作為微質量天平(Quartz Grystal心灿他職 QCM)。而早期的壓電晶财測器,僅用在測定空氣汙染物質測定 而使用在電極表Φ且具有躺功㈣包紐料,大乡為非生物性 物質(Abiotics)。而Guilbault〇983)首先發表使用甲醛去氫酵 (Formaldehyde Dehydrogenase)固定在晶體電極上,作為、、丨 氣中的甲醛成份裝置,引發了生化界的重視。 ‘、、“二 ,傳統的壓電型石英晶體,其結構如同三明治般地,其石 通常被兩片金屬電極(例如金、銀、鋁及鎳等金屬)夾在中^。 5 200900696 而電,用可沿晶片表面的垂直方向,進行導 (Oscillating Electric Field) 〇 二=#產生類似立波(Standing Wave)的機械振盪行為二石i 機械性振蘯得以—定額的頻率表現ί來:藉著 的振盛電路’藉以量測鎌頻率(Re_nt Freq_y)。 ίϋϋ =23電子兩種振駐聯所產生的諧振頻ί決 f,如厚度、密度,剪力係數,也包括盘 g彦液體接觸時晶體表碰度、黏度及晶片兩面間之壓力差^ 如前述之傳統免疫感測器於感測進行時,所受之影響因子甚 夕,造成所感測之準確度較低,而所產生之感測結果亦有較高誤 差,、需要較佳之免疫感測器,特別是在將新式壓電元件應 、 疫感測器領域’藉以提高感測靈敏度。 、經查詢中華民國相關專利,如公告編號00557139 (瑞典), 並不包括免疫感測器之技術領域。而有關「免疫感測写I哀南丨々 公告號包括00476640 (美國寶鹼)與00421587 ('美國°寶鹼^,僅 有相關生物免疫感測器之基本技術與内容。 又經查詢美國專利,有關「Biosensor」專利,「lmmunosensor」 專利以及「Streptavidin Immunosenso」等相關專利。目前最早 關於「Immunosensor」與「Streptavidin」的專利是1992年的美 國專利編號US5,156, 972號專利,但僅有基本免疫感測器之原始 基本設計;編號US5, 413, 939號專利為免疫感測器組合,其中一 部分零件以锆鈦酸鉛(PZT)製成部分儀器,不具聲波作用,編號 US6, 333, 200號專利為表面感應區中,能夠最小化排列的免疫感測 器;而編號US6, 670,115號專利為免疫感測器的電極感應改良。 【發明内容】 本發明之基本實施例,乃在壓電晶體電極面上固定上一層生 物分子辨認薄膜,偵測相對應的化合物;如抗體-抗原,酵素-基 200900696 fm體等。由於本發明之壓電晶體偵測靈敏度可達 ^適用於一般生物分子階層的感測。 錯(pbf〇m=製備錐欽酸錯(ρζτ)前驅溶液。通常將醋酸 加入夢、鈦及^f)結晶顆粒磨成粉末,完成醋酸錯的除水,·, 粉末再以’讀—郝法製備做酸締末,並進行_錯鈦酸錯 洗,===成適當大小’利用清水與_清 理;_峨行熱處 電金製屬;聲可學首反士
Materipi ΓΤΑη a ^ 予汉應材枓(Chemical Interaction
Matenj,CIM)層,再於金電極表面接 ί ttim ^ ^,s;reptavidi;)* ® ^,i進㈣轉,除亦《工業域程方式 包括經;2ί;ΐ:表面聲波感測元件結構 號;計頻器,可接收由輸出轉與^入轉換器所輸入信 結鈦酸错層的感測器基板,係利虎;具有壓電性質之 而利用Sauerbre^^^^質進行聲波原理感測。 疫感測裝置的量測方式: 、行鏈霉菌卵白素表面聲波免 200900696 首先,連接感測器與探針。次而,掇 產生訊號。於輸入轉換器輸入操作頻率。再 ,虎。Μ之步驟’經計頻器將訊號轉換顯示輪 造成之聲祕,化,以了解❹指之綠度與里知失所 本發明可使用於免疫感測器,生物感測器,生醫感測器,生 物醫藥免疫感測器與生物環境感測器等醫療方面之用^。 本發明符合了免疫感測器的基本要求,包括了:高專一性 (Specificity)、高線性度(Linearity)、高訊號雜訊比(s/N ratio)、短反應時間(Response time)、高重現性(Repr〇(iucible) 等要求,相當符合產業需求。 200900696 【實施方式】 取半,製餘鈦酸㈣電膜,並採 感測元件 區,以檢P ldln)修飾元件感測 本並朗於其抗體之檢測。 ⑽首)===(= 磨成粉末,進行12小時的加溫除水,以 ^ 、、、os日顆粒 3 ’將三曰種溶液各別置於(TC冰塊中;#置i小時混合‘】 ς液j传到澄雜鈦酸錯溶液;利用減壓漠縮, ^以传_當濃度的無水前驅溶液;最後靜置—天以利進行^ 再如第第1圖中之標示1〇2所示,以、玄膜—、《^棚、+*, 锆鈦酸鉛粉末。即去除前驅溶液中’二到無水 到的粉末進行磨碎以及過筛,;獲道’再將所得 膠-凝膠法,即是將反應物等前“質,有:u溶 行水綱1合反應而成轉,經蒸魏轉變凝中進 :醇=彳二可 而球磨時間為15小時。為得觀小妹徑 磨, 的不同含量微粉,加入錯鈦酸錯液以及錯球(' 200_,球磨_ 15小時條件下,加在,速為 _崎⑽、嘱,即可得到分散均: 200900696 如第1圖中之標示104所示,進行 在鍍有電極之破晶片基板切成適當大小,^用板。本發明 分別除去石夕晶片基板上的微粒油潰^水與丙酮清洗’ 高溫爐以溫度達20(rc及時間5分鐘的條件y^吹$ ’放入 上的水氣,得到乾淨矽晶片基板。 ’、 去除矽晶片基板 如第1圖中之標示105所示,採取 在石夕晶片基板上製備無水絲_薄膜。(Splnc她ng)法, 程::第一階段為不=5=劑= 及細中之有機殘餘物,被熱分解與氧 土二 開始緻密化,並產生結晶(鍅鈦酸膜 所以燒結溫度需高於此溫度。 霉於435 c開始形成)’ 如第1圖中之標示1〇7所示’製作聲波感測元 ίίΐΐΐ賴壓電薄膜上紐上—層金(即導電金屬)電3 反應材料(―Interaction Material, CIM)層乍 ”電極表面接上感測物質以進行感測,量測因表面擾動;造 ,之,化、頻率變化以及聲波能量損失所造成之 ^ 化’猎以了解此感測器之靈敏度與可行性。 負交 圖中之標* 108戶斤示,進行聲波感測元件表面之鍵霉 =卵,素(Streptavidin)表面修飾與固定,目的係將檢測抗原固 疋在聲波感測元件,即無水鍅鈦酸鉛壓電薄膜表面,可利用化風 鍵結法或是物理吸附法,將生物體與壓電換能器結合,且: 生物探針性質。 有 ’在可具體運作之本實施例中,無水錯鈦酸鉛壓電薄膜的厚声 達到8#m,而金屬線寬僅達到2/ζιη。 ' 又 經上述過程後,所製成之感測器如第2圖之上視圖所示,本 200900696 白素表面聲 碱產生k,可以提供 仵j冓圖。如標號201所示為 可處理輪入信號;魏2〇2所示為輸入轉換器, =(lp_e),馳為探針 白素膜’可作為生物 可處理生物探針所送來 虎204所示為輪出轉換 所示為計頻器,可接入信號;標號m 為細紐,㈣06所示 行聲波原理感測。 、θ、感'、彳器基板,係利用壓電性質進 構圖第如3標=為發=菌= 為金屬電極,通常以全作為並f f 302為錯鈦酸鉛膜,·標號303 理,應用於實施例*,本=根據Sauerbrey方程式之原 振,量間,會量與晶體 At= '2.3 X l〇-6AMF2/A 其中F :晶體的原始震盡頻率(Hz) y ·· aBg體因物質披覆所產生的頻率變化(Hz) 晶體表輯披覆物質的質量(g) A,:晶體表面被物質所披覆的面積(cm2) 1先’如步驟40卜連接感測器基板206與探針203。 號。纟而,如步驟402’探針203接收由訊號產生器2〇1所產生訊 f,如步驟403,於輪入轉換器2〇2輸入操作頻率。 $而’如步驟404 ’輪出轉換器204輸出衰減訊號。 結果最後’如步驟4〇5所示’經計頻器205將訊號轉換顯示感硎 接著如第5圖,進行中心頻率的量測。電極所激發出之頻率 200900696 在向量網路分析儀上量測其頻率響應,應 面粗操度等問題,娜波在傳遞過程的 ^生㈣嫉’因此獲得應有的響應峰 j 592.29MHz,插人_失最低為18 2_。,、h料最间為 故經實驗檢測,本發明之懕雷曰辨 高,更可i隶ιη_12σ減體偵_靈敏度可大幅度提 經實眚Λ 一般生物分子階層的感測。且 的ΐ二ίίΪ=Γ輸入的共振頻率為6_ζ時,輸出 ,ί ΐ Ζ,故而共振頻率的輸出損失極低。 而本發明藉由表面聲波感測原理,使: 件作為表面聲波細元件,縣=鈦㈣壓電兀 探針,而成為下—代的新式==_白素作為生物感測的 以上所述僅林㈣之較佳實糊而已 日狀申請專利範圍;凡其它未脫離本發明所揭 之等效改魏修飾,均應包含在下述之巾請專概下所兀成 【圖式簡單說明】 ,1圖所示為本發明之實施方式流程圖 第2圖所示為本發明之元件結構圖 ^ 3圖所示為本發明之元件剖面結構圖 第4圖所示為本發明之感測方式 第5圖所料本料彻魄分觸之量測結果 【主要元件符號說明】 201訊號產生器 202輸入轉換器 203键霉菌印白素膜 204輸出轉換器 200900696 205計頻器 206具有锆鈦酸鉛層的感測器基板 301矽基板 302锆鈦酸鉛膜 303金屬電極 304鏈霉菌卵白素膜 305轉換器 13
Claims (1)
- 200900696 十、申請專利範圍: 1· 一種製造鏈霉菌卵白素表面聲波免疫感測裝置的方法,至少 包含: 製備一無水錯鈦酸船(ρζτ)前驅溶液並成為一無水錯鈦酸 錯粉末,並球磨該無水錄鈦酸鉛粉末; 以該無水锆鈦酸鉛粉末在一矽晶片基板上製備一無水鍅鈦 酸錯膜並進行第一次與第二次熱處理該無水鍅鈦酸鉛膜與該石夕晶 片基板; 製作一聲波感測元件裝置於該無水鍅鈦酸錯膜上;以及 飾與固定一鏈霉菌卵白素表面於該聲波感測感測元件裝 置上,藉以形成鏈霉菌卵白素表面聲波免疫感測裳置。 2_ ^申請專利範圍第1項所述,其中製備該無水锆鈦酸鉛前驅 溶液成為該無水鍅鈦酸鉛粉末,係以溶膠一凝膠法製備。 3. 請專利範圍第1項所述,其中球磨該無水錯鈦酸錯粉末 係為濕式球磨法。 4·= 青專,第!項所述,其中製備該鍅鈦酸錯 鍍(Spin Coating)法製成。 5. 第1項所述’其中該第-次熱處理溫度約於 6. 4如35申(f專利範圍第1項所述’其中該第二次熱處理溫度大於 7. 8. 如申明專利範圍第1項所述’其中 之;她_表面修飾與固定係件表面 如申請專利範圍第1項所述,其中進法。 製備一無水錯鈦_cKPZT)前驅溶液; 14 9. 200900696 溶液成為-無繼一 清潔一石夕晶片基板; 酸錯^該無秘鈦祕粉末在該衫片基板上製備—無水餘鈦 ί :ΐίί理該無水#鈦_膜與該發晶片基板; 製作-聲波感測元件裝置於該財 u 係為^=^9項_ ’該無水錯欽酸錯粉末 其中製備該一係以旋 常第9項所述’其中該第一次熱處理溫度約於 專繼圍第9項所述,其情第二次熱處理溫度大於 15.如申請專利範圍第9項所述,1 ㈣素表面修飾_定=元件表面 二白素;面聲波免疫感測包含. 訊旎產生器,以提供一外部訊號; 夕匕3 · 一輸入轉換器,處理輸入信號; 一鏈霉菌㈣素膜,作為生物探針; -輸出轉換器,處理生物探針所送—信號與輪入轉換器之一 200900696 輸入信號成為一輪出信號; -计頻器’接收由該如 -具有壓電性質之锆鈦酸鉛層的以及 質進行聲波棘_,姻壓電性 卵白素免疫感測器的裝置。&电名波几件製造鏈霉菌 18. 一種鍵每函自Ρ白素表面獻、士洛成#、 包含: i表面聲波免疫感测裝置的量测方式,至少 連接一感測器與一探針; 接收由一訊號產生琴戶斤吝4 . 收 所產生—频理訊號,係藉該探針接 輸入操作鮮’係藉—輪人轉換器輸入; 輸出-訊號’係藉由一輸出轉換器輪出;以及 轉員示一感測結果’係藉一計 免疫感測裝置的量測方式,至少包含: 、表面聲波 連接一感測器與一探針; 收 接收由-訊號產生器所產生—待處理訊號,係藉該探針接 輸入操作頻率,係藉一輸入轉換器輸入; 輸出一訊號,係藉由一輪出轉換器輪出;以及 機該訊號以顯示-感測結果,係藉—計頻器轉換 16
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