TW201403046A - 用於偵測有興趣的標的物之感測器 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施例闡述一種用於偵測一有興趣的標的物之感測器。一實例性感測器可包含：一容器；一探針，設置於該容器中；一循環構件，用以循環該容器中之物質；一光源；一光接收器；以及一偵測器，用以產生一電訊號，該電訊號之大小反映由該光接收器所接收之光之量，其中該容器係位於該光源與該光接收器之間，且該容器被配置成使該探針與該光源所射出之光之路徑於該容器內位於不同區域中。

Description

用於偵測有興趣的標的物之感測器
本發明係關於一種感測器，更具體而言，係關於一種用於結合一有興趣的標的物之感測器裝置。
生物感測器係藉由生物分子與標的物分子之交互作用來偵測該標的物之分析器件。相較於培養(culturing)或聚合酶鏈反應(polymerase chain reaction；PCR)，生物感測器可在一相對短的時間段內偵測標的物分子之存在。某些生物感測器使用免疫層析(chromatographic immunoassay)技術。然而，此等基於免疫層析之生物感測器具有沿用(adoption)問題。舉例而言，大多數基於免疫層析之生物感測器係偵測患者在感染/疾病之一後期之後所產生之抗體(antibody)。
本發明之某些實施例概言之可關於一種用於偵測一有興趣的標的物之感測器。一實例性感測器可包含：一容器；一探針，設置於該容器中；一循環構件，用以循環該容器中之物質；一光源；一光接收器；以及一偵測器，用以產生一電訊號。該電訊號之大小反映由該光接收器所接收之光之量。該容器位於該光源與該光接收器之間。此外，該容器被配置成使該探針與該光源所射出之光之路徑於該容器內位於不同區域中。
本發明之某些另外的實施例概言之可關於使用一感測器裝 置來偵測一有興趣的標的物之方法。一實例性方法可包含：於存在一疑包含該有興趣的標的物之樣本時經由該容器自該光源發射光，進而產生一第一電訊號；於一預定時間量內致動該循環構件；於該預定時間量之後經由該感測器自該光源發射光，進而產生一第二電訊號；以及比較該第一電訊號與該第二電訊號。該二訊號之一差異表示該標的物存在於該樣本中。
上述發明內容僅為例示性的，而並非旨在以任何方式限制本發明。藉由參閱附圖及以下實施方式，可更清楚理解本發明之其他態樣、實施例及特徵。
100a‧‧‧感測器
100b‧‧‧感測器
100c‧‧‧感測器
101‧‧‧容器
110‧‧‧基板
111‧‧‧材料
112‧‧‧光
113‧‧‧探針
200a‧‧‧裝置
200b‧‧‧裝置
200c‧‧‧裝置
201‧‧‧基板
203‧‧‧膜/材料/柱陣列
205‧‧‧探針
2051‧‧‧第一表面
2053‧‧‧第二表面
207‧‧‧標的物/有興趣的標的物
210‧‧‧循環構件/馬達
220‧‧‧循環構件/第一磁鐵
230‧‧‧凹槽
900‧‧‧樣本
901‧‧‧有興趣的標的物
圖1A顯示一用於偵測一有興趣的標的物(例如一生物分子)之感測器之一例示性實施例；圖1B顯示一用於偵測一有興趣的標的物(例如一生物分子)之感測器之另一例示性實施例；圖1C顯示一用於偵測一有興趣的標的物(例如一生物分子)之感測器之又一例示性實施例；圖2A顯示一用於偵測一有興趣的標的物(例如一生物分子)之感測器之一容器之一例示性實施例；圖2B顯示一用於偵測一有興趣的標的物(例如一生物分子)之感測器之一容器之另一例示性實施例；圖2C顯示一用於偵測一有興趣的標的物(例如一生物分子)之感測器之一容器之又一例示性實施例； 圖3顯示一種用於製造一感測器之方法之一例示性實施例；圖4A係為例示在藉由感測器於一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測腸病毒71型(Enterovirus 71)期間所得訊號強度之一圖表；圖4B係為例示在藉由感测器於一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測腸病毒71型期間所得訊號強度之一圖表；圖4C係為例示在藉由感測器於一採自一健康的人之對照樣本中偵測腸病毒71型期間所得訊號強度之一圖表；圖5A係為例示在藉由感測器於一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測A型流感病毒(Influenza A)期間所得訊號強度之一圖表；圖5B係為例示在藉由感測器於一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測A型流感病毒期間所得訊號強度之一圖表；圖5C係為例示在藉由感測器於一採自一健康的人之對照樣本中偵測A型流感病毒期間所得訊號強度之一圖表；圖6A係為例示在藉由感測器於一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測B型流感病毒(Influenza B)期間所得訊號強度之一圖表；圖6B係為例示在藉由感測器於一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測B型流感病毒期間所得訊號強度之一圖表；以及圖6C係為例示在藉由感測器於一採自一健康的人之對照樣本中侦测B型流感病毒期間所得訊號強度之一圖表，所有附圖皆根據本發明之實施例排列。
在以下實施方式中將參照附圖，該等附圖形成本發明之一部 分。在附圖中，除非上下文中另外指出，否則相似之符號通常標識相似之元件。實施方式、附圖及申請專利範圍中所述之例示性實施例並非旨在限制本發明。在不背離此處所呈現主題之精神或範圍之條件下，可利用其他實施例並可作出其他改變。應易於理解，可以各種各樣不同之配置來設置、替代、組合及設計如本文大體所述及附圖所示之本發明態樣，所有該等配置皆被明確地涵蓋並構成本發明之一部分。
在本發明中，術語「探針」一般係指能夠結合至一有興趣的標的物(例如一生物分子)之一物質(例如一生物分子)。舉例而言，一探針對於標的物可具有約100微微牛頓(pN)至約500微微牛頓之一結合親和力。探針之非限制性實例包括：抗體、保持結合至有興趣的標的物之能力之抗體片段、核酸(例如，DNA、RNA、適體(aptamer))、抗原(antigen)及酶。在如本文所述之一感測器中，可使用識別單個有興趣的標的物之單個探針或識別單個有興趣的標的物或多個有興趣的標的物之兩個或更多個探針。
術語「標的物」概言之係指可使用如本文所述之一感測器偵測到之任何分子。一標的物可包含但不限於一生物分子。可在本文所述感測器中偵測到之標的物之實例包含但不限於生物分子(例如，病毒、蛋白質、核酸、碳水化合物、脂質)及其他類型之分子(例如小分子)，例如半抗原及毒素。在某些實施例中，標的物係存在於一體液及/或身體組織中之一生物分子。
在某些實施例中，一用於偵測一有興趣的標的物(例如一生物分子)之感測器包含一光源、一容器、一用於循環該容器內之物質之循 環構件及一光接收器，該光接收器具有一光偵測器，該光偵測器產生與該光接收器所接收之光之量成正比例之一電訊號。該容器之至少一個內表面包含固定於一材料上之探針，該材料設置於該容器表面上。該光源用以產生光，該光穿過容器中之一預定區域並最終到達光偵測器。光欲在容器中穿過之該預定區域係為容器中不與探針交疊之一空間。該光可具有一特定波長。端視欲偵測之標的物而定，可相應地改變該特定波長。可藉由任何技術可行之方法確定該特定波長。在某些實施例中，藉由使用可見光光譜或紫外(UV)光光譜掃描標的物來確定該特定波長。標的物於可見光光譜中之最大吸收波長可係為該特定波長。舉例而言，腸病毒71型(enterovirus 71)、A型流感(influenza A)病毒及B型流感(influenza B)病毒中之任一者皆於可見光光譜中約560奈米(nm)波長處具有一最大吸收，且於紫外光譜中約280奈米波長處具有一相對較大之吸收。腺病毒(adenovirus)於可見光光譜中約340奈米波長處具有一最大吸收，且於紫外光譜中約280奈米波長處具有一相對較大之吸收。
在某些實施例中，光源可產生可見光或紫外光。可於光源與容器之間放置一濾光器，俾使進入容器之光具有一特定波長。作為另一選擇，可將濾光器放置於容器與光偵測器之間，俾使進入光偵測器之光具有一特定波長。作為另一選擇，可於容器與光偵測器之間放置某些光學元件(例如，狹縫分光鏡、光柵、反射鏡及一線性電荷耦合器件)，以自穿過容器之可見光產生具有一特定波長之單色光，並使該單色光能夠進入光偵測器。作為另一選擇，光源可係為一單色光源。
在某些實施例中，該容器包含一基板、一設置於該基板上之 材料以及設置於該材料上之一或多個探針。該一或多個探針固定於該材料上。探針可係為一生物物質(例如，抗體、抗體片段、核酸、適體、半抗原或酶)或能夠結合至一有興趣的標的物之任何物質。該材料可與探針相容，且探針可被固定於該材料上。該材料可例如係為一金屬(例如金、銀、銅及鎳)。該基板可由任何對於欲被設置於其上之材料在技術上可行之成分構成，且此並不妨礙如本文所述對一有興趣的標的物進行偵測。適宜基板之某些實例可包含但不限於玻璃、金屬、矽或聚合物。
該材料可包含一圖案，該圖案用以增大可用於設置探針之表面積。在某些實施例中，該圖案可係為塗覆於基板上之一膜。在某些其他實施例中，該塗覆膜可被退火。退火使塗覆膜之表面不均勻。不均勻表面可增大可用於設置探針之表面積。
在某些實施例中，該圖案可係為設置於基板上之一金屬柱陣列。該金屬柱陣列之三維性質亦可增大可用於沈積探針之表面積。
探針經由與材料之一或多個化學鍵(例如共價鍵)而被設置或固定於材料上。探針可與感測器所欲偵測之標的物形成一「鎖與鑰匙」之關係。舉例而言，探針可係為DNA、RNA、蛋白質、抗體、抗體片段、適體、抗原或酶。在某些實施例中，探針係為一抗體且標的物係為該抗體所結合之一抗原。
循環構件係用以循環容器中之物質，以將標的物(若有的話)朝探針推進。在某些實施例中，循環構件可包含一第一磁鐵及一第二磁鐵，該第一磁鐵設置於容器中，且該第二磁鐵於容器之一壁附近與設置於容器外之一馬達相耦合。當該馬達驅動該第二磁鐵旋轉時，容器中之該第一磁 鐵亦會旋轉。在另一實例中，循環構件可包含一推進構件，該推進構件附裝至容器內側之一壁且電性連接至一用以驅動該推進構件之馬達。
一可能包含標的物之樣本被引入感測器中並隨後流過探針。若標的物存在於該樣本中，則在循環構件循環容器中之物質之前穿過容器中預定區域之光子量可不同於在循環構件循環容器中之物質之後穿過容器中預定區域之光子量，乃因標的物將與被固定在設置於容器表面上的材料上之探針相耦合。若標的物不存在於該樣本中，則穿過容器中預定區域之光子量將保持實質上相同，乃因容器預定區域中之樣本之密度在循環構件循環容器中之物質之前及之後不發生改變。
探針與光源所射出之光之路徑在容器內位於不同區域中。在某些實施例中，探針被設置於容器之上部中，而光穿過容器之預定區域可位於未設置探針之容器下部中。在某些其他實施例中，光穿過容器之預定區域可位於亦設置有探針之容器部分中但不與探針交疊。
在某些實施例中，揭露一種用於製造一感測器之方法。該方法包含：提供一材料，該材料包含一圖案，該圖案用以增大可用於與探針結合之表面積；將該材料設置於一基板上；以及於該材料上設置探針，該等探針用以與該有興趣的標的物交互作用。
在某些實施例中，該材料係為一膜。可在將該材料設置於基板上之前清潔基板。在某些實施例中，在將該材料設置於基板上之前，首先於該基板上設置一黏合層。隨後將該材料設置於該黏合層上。該黏合層可係為鉻。
在某些其他實施例中，該材料係為一具有一不均勻表面圖案 之退火膜。在將該材料設置於黏合層上之後，可使該材料在約300攝氏度(℃)至約500攝氏度之一溫度下退火。
在某些其他實施例中，該材料包含一柱陣列圖案。將一光蝕刻劑(photoresist)塗覆於基板上並執行一光刻製程，以形成柱陣列。該柱陣列中每一棒之尺寸及二相鄰棒間之距離與探針之大小及有興趣的標的物之大小相關聯。
在某些實施例中，揭露一種使用本文所述之一感測器偵測一有興趣的標的物之方法。該感測器包含一光源、一容器、一循環構件及一光偵測器。該容器包含一基板、一設置於該基板上之材料以及探針，該等探針用以與該有興趣的標的物交互作用。該等探針設置且固定於該材料上。該光源用以產生光，該光穿過容器中之預定區域並最終到達光偵測器。該光欲在該容器中穿過之該預定區域係該容器中不與探針交疊之一空間。該方法包含：將一可能包含該有興趣的標的物之樣本放置於該感測器中；經由該容器中之該預定區域自該光源發射光；以及基於該感測器之一光偵測器所接收之光而獲得一第一訊號。
該方法亦包含：在預定時間量內致動該循環構件以將該容器中之物質朝該等探針推進；以及基於該預定時間量之後光偵測器所接收之光而獲得一第二訊號。該方法更包含：比較該第一訊號與該第二訊號；以及基於該比較而判斷標的物是否存在該樣本中。
圖1係為一用於偵測一有興趣的標的物之感測器100a之一例示性實施例。感測器100a包含一容器101。容器101形成一用於結合一有興趣的標的物901之裝置，且包含一材料111及探針113，材料111設置於一基板 110(例如該容器之一或多個壁)上，且探針113能夠結合到設置於材料111上之標的物901。探針113被設置於容器101之一上部中。一光112經由容器101之一下部而自感測器100a之一光源被發射至感測器100a之一光接收器。該光源被配置成使該光源所射出之光之路徑遠離探針113，俾使穿過容器101之光不會接觸探針113或結合至探針113之有興趣的標的物901。
感測器100a更包含循環構件210、220，以用於循環容器101中之物質。在某些實施例中，循環構件210、220可包含：一第一磁鐵220，自由地設置於容器101中；以及一馬達210，在容器101之一壁附近設置於容器101之外。馬達210可包含一第二磁鐵(圖未示出)，且當馬達210工作以驅動第二磁鐵旋轉時，馬達210中之第二磁鐵可使容器101中之第一磁鐵220同時旋轉。作為另一選擇，循環構件210、220可包含一推進構件，該推進構件附裝至容器101內側之一壁且電性連接至用以驅動該推進構件之一馬達。
容器101可更包含一用以配合馬達210之凹槽230，因此使感測器之尺寸減小。在其中循環構件210、220包含設置於容器101內之第一磁鐵220之情形中，馬達210致動第一磁鐵220所需之動力可藉由凹槽230而被最佳化，乃因第一磁鐵220與馬達210間之距離最小化。
感測器100a更於容器101中包含一不含該標的物之溶液(例如一緩衝溶液)。將一可能包含有興趣的標的物901之樣本900引入容器101中。隨後將光112配置成在一第一時槽內穿過容器101並被光接收器接收。在第一時槽期間，樣本900中之物質下沉至容器101中光112欲穿過之下部。光接收器更包含一光電二極體偵測器，該光電二極體偵測器用以基於該光 接收器於該第一時槽內所接收之光112之量來產生一第一電訊號。光接收器更包含一用於處理該第一電訊號之處理器。
在一預定時間量內致動循環構件210、220，以循環容器中之物質。藉由循環，容器101之下部中之物質被推進至容器101之上部，且有興趣的標的物901可結合至材料111上之探針113。在經過預定之時間段之後，循環構件210、220停止，且光112被配置成於一第二時槽內穿過容器101並被光接收器接收。光接收器之光電二極體偵測器用以基於光接收器於該第二時槽內所接收之光之量而產生一第二電訊號。光接收器之處理器更用以處理該第二電訊號。若第二訊號之大小不同於第一訊號之大小，則處理器判定樣本中存在有興趣的標的物。另一方面，若第二訊號之大小與第一訊號之大小實質上相同，則處理器判定樣本中不存在有興趣的標的物。
圖1B係為一用於偵測一有興趣的標的物之感測器100b之一例示性實施例。圖1B中之感測器100b與圖1A中之感測器100a相似，不同之處在於，材料111及探針113被設置於容器101之不止一個壁上。藉由容器101中之額外探針113，可縮短循環構件210、220需被致動之時間量，乃因存在更多可隨時用於與有興趣的標的物901相結合之探針113。
圖1C係為一用於偵測一有興趣的標的物之感測器100c之一例示性實施例。圖1C中之感測器100c與圖1B中之感測器100b相似，不同之處在於，光112被配置成穿過與探針113位於容器101之相同部分中之一區域。光112被配置成避免與探針113交疊，以防止光112被探針113散射或防止標的物901結合至探針113。
圖2A顯示一用於結合一有興趣的標的物之裝置之一例示性 實施例。裝置200a包含一基板201、設置於該基板上之一膜203以及設置於膜203上之探針205。膜203之厚度可係為例如約5奈米至約200奈米之一實質上均勻之厚度。探針205之一第一表面2051設置於材料203上。探針205之對於標的物207具有一結合親和力之一第二表面2053被配置成使其在標的物207存在時能夠與標的物207相耦合。
圖2B顯示一用於結合一有興趣的標的物之裝置之一例示性實施例。裝置200b包含一基板201、設置於基板201上之一柱陣列203以及設置於柱陣列203上之探針205。柱陣列203中之任何棒之寬度及長度以及二相鄰棒間之距離與探針205之大小及有興趣的標的物207相關聯。舉例而言，柱陣列之棒可具有200奈米至900奈米之一長度、200奈米至900奈米之一寬度及15奈米至1500奈米之一高度。柱陣列中每一棒間之距離可為200奈米至900奈米。在某些實施例中，柱陣列之棒可具有約500奈米之一長度、約500奈米之一寬度及約100奈米之一高度，且每一棒間之距離可為約500奈米。探針205之一第一表面2051設置於柱陣列203上。探針205之對於標的物207具有一結合親和力之一第二表面2053被配置成使其在標的物207存在時能夠與標的物207相耦合。
圖2C顯示一用於結合一有興趣的標的物之裝置之一例示性實施例。裝置200c包含一基板201、設置於該基板上之一膜203以及設置於膜203上之一探針205。膜203具有一不均勻厚度。在某些實施例中，可首先將該膜塗覆於基板201上並隨後利用退火以使其形成不均勻厚度。在某些實施例中，膜203之厚度可於約0.5奈米至約30奈米之間變化。探針205之一第一表面2051設置於材料203上。探針205之對於標的物207具有一結合親和力 之一第二表面2053被配置成使其在標的物207存在時能夠與標的物207相耦合。
圖3顯示一種製造一用於結合一有興趣的標的物之裝置之方法300之一例示性實施例之一流程圖。方法300包含步驟301、303及305。在步驟301中，提供一材料。在步驟303中，將該材料設置於一基板上。可將該材料以一圖案形式設置於基板上，該圖案用以增大可用於設置探針之表面積。該圖案可例如係為一膜、一具有一不均厚度之膜或一柱陣列。在步驟305中，將一能夠結合至一有興趣的標的物之探針設置於該材料上。該探針用以與感測器所欲偵測之標的物交互作用。在某些實施例中，在將探針設置於該材料上之前，可對該材料進行清潔及預處理。舉例而言，可使用一酸性溶液、一鹼性溶液及/或淨化水來清潔該材料。在某些實施例中，可使用一或多種化合物對該材料進行預處理。在一實施例中，可使用包含至少一個與材料相容之官能基之一或多種化合物對材料進行預處理。在另一實施例中，可使用包含至少一個與探針相容之官能基之一或多種化合物對材料進行預處理。該官能基用以與材料表面周圍之自由電子形成一第一穩定結合並與探針形成一第二穩定結合。某些實例性官能基包含但不限於硫醇基及羥基。
[實例1] [探針固定]
將一用以容納一樣本之玻璃容器放置於一塑膠座中。於該容器之一內表面上以一具有一不均勻厚度之膜形式設置金，該不均勻厚度於約0.5奈米至約30奈米之間變化。在將探針引入容器中之前，依序使用0.1摩 爾/升(M)之鹽酸溶液、淨化水、0.1摩爾/升之氫氧化鈉溶液及淨化水清潔該金膜。
在清潔之後，將一包含110微升(μL)胱胺之水溶液(在PH為7.2之磷酸緩衝鹽溶液(phosphate buffered saline；PBS)中濃度為20毫摩爾/升(mM))添加至容器中並在室溫下溫育20分鐘，以容許胱胺結合至容器壁上之金。隨後藉由一吸液管自容器中移除剩餘之胱胺溶液。隨後，將一包含110微升戊二醛之水溶液(在PH為7.2之PBS溶液中濃度為2.5%)添加至容器中並在室溫下溫育20分鐘，以容許戊二醛結合至胱胺。
在自容器中移除剩餘之戊二醛溶液之後，將110微升可商購獲得之抗腸病毒71型單克隆抗體之一水溶液添加至容器中並在室溫下溫育20分鐘，以容許抗腸病毒71型單克隆抗體結合至戊二醛交聯劑。隨後，藉由一吸液管自容器中移除未結合之抗腸病毒71型單克隆抗體。隨後，將甘胺酸濃度為0.5摩爾/升之一水溶液添加至容器中，以與剩餘之未結合戊二醛反應。最後，自容器中移除甘胺酸並將PBS添加至容器中。
[樣本偵測]
隨後將該玻璃容器及該塑膠座放置於p Tricorder®感測器(臺灣省臺北市永加利醫學科技股份有限公司)中。感測器更包含一可見光光源及一用於偵測腸病毒71型之光偵測器。可見光自可見光光源發射並穿過一濾光器。該濾光器用以過濾可見光，且僅具有一560奈米波長之光可穿過該濾光器。隨後，該光(即，具有560奈米波長之光)穿過上述玻璃容器。該光於穿過玻璃容器之後最終被光偵測器接收。該感測器更包含一循環構件，該循環構件用以循環容器中之物質，以將腸病毒71型(若有的話) 朝探針推進。圖4A係為例示在一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測腸病毒71型期間所得訊號強度之一圖表。該樣本係藉由一咽喉式拭子(throat swab)採自受感染患者。
開啟感測器，俾使自感測器之一光源發射之光穿過容器之下部而不穿過容器內表面上之探針。在此階段中，容器中如上所述容納有PBS。
在添加樣本之後，採集資料以產生與自容器所偵測到之光相對應之一訊號。將藉由PBS及樣本所偵測到之訊號(如圖4A中之401處所示)用作一參考。接著，開啟循環構件3分鐘，使能夠將容器中之樣本朝容器內表面上之探針推進。再採集資料5分鐘。於循環構件停止之後自容器偵測到之光顯示於圖4A中之403處。401處之所偵測到之光訊號與403處之所偵測到之訊號間之差異表示該樣本中存在腸病毒71型。
[實例2]
圖4B係為例示在於一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測腸病毒71型期間所得訊號強度之一圖表。該偵測方法與上述10%腸病毒71型稀釋樣本之偵測方法相同。
開啟感測器，俾使自感測器之光源發射之光穿過容器之下部而不穿過容器內表面之上之探針。在此階段中，容器中如上所述容納有PBS。
在添加樣本之後，採集資料以產生與自容器所偵測到之光相對應之一訊號。將藉由PBS及樣本所偵測到之訊號(如圖4B中之405處所示)用作一參考。接著，開啟循環構件約3分鐘，使能夠將容器中之樣本朝容器內表面上之探針推進。再採集資料5分鐘。於循環構件停止之後自容器偵測到之光顯示於圖4B中之407處。405處之所偵測到之光訊號與407處之所偵測 到之訊號間之差異表示該樣本中存在腸病毒71型。
[比較例1]
圖4C係為例示在偵測一採自一健康的人之對照樣本期間所得訊號強度之一圖表。該偵測方法與上述10%腸病毒71型稀釋樣本之偵測方法相同。
開啟感測器，俾使自感測器之光源發射之一光穿過容器之一下部而不穿過容器內表面上之探針。在此階段中，容器中容納有PBS。
在添加樣本之後，採集資料以產生與自容器所偵測到之光相對應之一訊號。將藉由PBS及樣本所偵測到之訊號(如圖4C中之411處所示)用作一參考。接著，開啟循環構件約3分鐘，使能夠將容器中之樣本朝容器內表面上之探針推進。再採集資料5分鐘。於循環構件停止之後自容器所偵測到之光顯示於圖4C中之413處。411與413之相似之訊號強度表明，對照樣本中不存在腸病毒71型。
[實例3] [探針固定]
將一用以容納一樣本之玻璃容器放置於一塑膠座中。於該容器之一內表面上以一具有約100奈米之一實質上均勻厚度之膜形式設置金。在將探針引入容器中之前，依序使用0.1摩爾/升之鹽酸溶液、淨化水、0.1摩爾/升之氫氧化鈉溶液及淨化水清潔該金膜。
在清潔之後，將一包含110微升胱胺之水溶液(在PH為7.2之磷酸緩衝鹽溶液(phosphate buffered saline；PBS)中濃度為20毫摩爾/升)添加至容器中並在室溫下溫育20分鐘，以容許胱胺結合至容器壁上之金。 隨後藉由一吸液管自容器中移除剩餘之胱胺溶液。隨後，將一包含110微升戊二醛之水溶液(在PH為7.2之PBS溶液中濃度為2.5%)添加至容器中並在室溫下溫育20分鐘，以容許戊二醛結合至胱胺。
在自容器中移除剩餘之戊二醛溶液之後，將110微升可商購獲得之抗A型流感病毒抗體之一水溶液(在PH為7.2之PBS溶液中濃度為20微克/毫升(μg/ml))添加至容器中並在室溫下溫育20分鐘，以容許抗A型流感病毒抗體結合至戊二醛交聯劑。隨後，藉由一吸液管自容器中移除未結合之抗A型流感病毒抗體。隨後，將甘胺酸濃度為0.5摩爾/升之一水溶液添加至容器中，以與剩餘之未結合戊二醛反應。最後，自容器中移除甘胺酸並將PBS添加至容器中。
[樣本偵測]
隨後將該玻璃容器及該塑膠座放置於p Tricorder®感測器(臺灣省臺北市永加利醫學科技股份有限公司)中。感測器更包含一可見光光源及一用於偵測A型流感病毒之光偵測器。可見光自可見光光源發射並穿過一濾光器。該濾光器用以過濾可見光，且僅具有一560奈米波長之光可穿過該濾光器。隨後，該光(即，具有560奈米波長之光)穿過上述玻璃容器。該光在穿過玻璃容器之後最終被光偵測器接收。該感測器更包含一循環構件，該循環構件用以循環容器中之物質，以將A型流感病毒(若有的話)朝探針推進。圖5A係為例示在一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測A型流感病毒期間所得訊號強度之一圖表。該樣本係藉由一咽喉式拭子(throat swab)採自受感染患者之咽喉。
開啟感測器，俾使自感測器之一光源發射之光穿過容器之下 部而不穿過容器內表面上之探針。在此階段中，容器中如上所述容納有PBS。
在添加樣本之後，採集資料以產生與自容器所偵測到之光相對應之一訊號。將藉由PBS及樣本所偵測到之訊號(如圖5A中之501處所示)用作一參考。接著，開啟循環構件約3分鐘，使能夠將容器中之樣本朝容器內表面上之探針推進。再採集資料5分鐘。於循環構件停止之後自容器偵測到之光顯示於圖5A中之503處。501處之所偵測到之光訊號與503處之所偵測到之訊號間之差異表示該樣本中存在A型流感病毒。
[實例4]
圖5B係為例示在於一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測A型流感病毒期間所得訊號強度之一圖表。該偵測方法與上述10%A型流感病毒稀釋樣本之偵測方法相同。
開啟感測器，俾使自感測器之光源發射之光穿過容器之下部而不穿過容器內表面之上之探針。在此階段中，容器中如上所述容納有PBS。
在添加樣本之後，採集資料以產生與自容器所偵測到之光相對應之一訊號。將藉由PBS及樣本所偵測到之訊號(如圖5B中之505處所示)用作一參考。接著，開啟循環構件約3分鐘，使能夠將容器中之樣本朝容器內表面上之探針推進。再採集資料5分鐘。於循環構件停止之後自容器偵測到之光顯示於圖5B中之507處。505處之所偵測到之光訊號與507處之所偵測到之訊號間之差異表示該樣本中存在A型流感病毒。
[比較例2]
圖5C係為例示在偵測一採自一健康的人之對照樣本期間所得訊號強度之一圖表。該偵測方法與上述A型流感病毒稀釋樣本之偵測方法 相同。
開啟感測器，俾使自感測器之一光源發射之一光穿過容器之一下部而不穿過容器內表面上之探針。在此階段中，容器中容納有PBS。
在添加樣本之後，採集資料以產生與自容器所偵測到之光相對應之一訊號。將藉由PBS及樣本所偵測到之訊號(如圖5C中之511處所示)用作一參考。接著，開啟循環構件約3分鐘，使能夠將容器中之樣本朝容器內表面上之探針推進。再採集資料5分鐘。自容器所偵測到之光顯示於圖5C中之513處。511與513之相似之訊號強度表明，對照樣本中不存在A型流感病毒。
[實例5] [探針固定]
將一用以容納一樣本之玻璃容器放置於一塑膠座中。於該容器之一內表面上以一具有一柱陣列圖案之膜形式設置金。該柱陣列之一棒具有約500奈米之一長度、約500奈米之一寬度、及約100奈米之一高度，且每一棒相互間隔開約500奈米。在將探針引入容器中之前，依序使用0.1摩爾/升之鹽酸溶液、淨化水、0.1摩爾/升之氫氧化鈉溶液及淨化水清潔該金膜。
在清潔之後，將一包含110微升胱胺之水溶液(在PH為7.2之磷酸緩衝鹽溶液(phosphate buffered saline；PBS)中濃度為20毫摩爾/升)添加至容器中並在室溫下溫育20分鐘，以容許胱胺結合至容器壁上之金。隨後藉由一吸液管自容器中移除剩餘之胱胺溶液。隨後，將一包含110微升戊二醛之水溶液(在PH為7.2之PBS溶液中濃度為2.5%)添加至容器中並在室溫下溫育20分鐘，以容許戊二醛結合至胱胺。
在自容器中移除剩餘之戊二醛溶液之後，將110微升可商購獲得之抗B型流感病毒抗體之一水溶液(在PH為7.2之PBS溶液中濃度為20微克/毫升)添加至容器中並在室溫下溫育20分鐘，以容許抗B型流感病毒抗體結合至戊二醛交聯劑。隨後，藉由一吸液管自容器中移除未結合之抗B型流感病毒抗體。隨後，將甘胺酸濃度為0.5摩爾/升之一水溶液添加至容器中，以與剩餘之未結合戊二醛反應。最後，自容器中移除甘胺酸並將PBS添加至容器中。
[樣本偵測]
隨後將該玻璃容器及該塑膠座放置於P Tricorder®感測器(臺灣省臺北市永加利醫學科技股份有限公司)中。感測器更包含一可見光光源及一用於偵測B型流感病毒之光偵測器。可見光自可見光光源發射並穿過一濾光器。該濾光器用以過濾可見光，且僅具有一560奈米波長之光可穿過該濾光器。隨後，該光(即，具有560奈米波長之光)穿過上述玻璃容器。該光於穿過玻璃容器之後最終被光偵測器接收。該感測器更包含一循環構件，該循環構件用以循環容器中之物質，以將B型流感病毒(若有的話)朝探針推進。圖6A係為例示在採自一受感染患者之一10%稀釋樣本中偵測B型流感病毒期間所得訊號強度之一圖表。該樣本係藉由一咽喉式拭子採自受感染患者之咽喉。
開啟感測器，俾使自感測器之一光源發射之光穿過容器之下部而不穿過容器內表面上之探針。在此階段中，容器中如上所述容納有PBS。
在添加樣本之後，採集資料以產生與自容器所偵測到之光相對應之一訊號。將藉由PBS及樣本所偵測到之訊號(如圖6A中之601處所示) 用作一參考。接著，開啟循環構件約3分鐘，使能夠將容器中之樣本朝容器內表面上之探針推進。再採集資料5分鐘。於循環構件停止之後自容器偵測到之光顯示於圖6A中之603處。601處之所偵測到之光訊號與603處之所偵測到之訊號間之差異表示該樣本中存在B型流感病毒。
[實例6]
圖6A係為例示在於一採自一受感染患者之10%稀釋樣本中偵測B型流感病毒期間所得訊號強度之一圖表。該偵測方法與上述10%B型流感病毒稀釋樣本之偵測方法相同。
開啟感測器，俾使自感測器之光源發射之光穿過容器之下部而不穿過容器內表面之上之探針。在此階段中，容器中如上所述容納有PBS。
在添加樣本之後，採集資料以產生與自容器所偵測到之光相對應之一訊號。將藉由PBS及樣本所偵測到之訊號(如圖6B中之605處所示)用作一參考。接著，開啟循環構件約3分鐘，使能夠將容器中之樣本朝容器內表面上之探針推進。再採集資料5分鐘。於循環構件停止之後自容器偵測到之光顯示於圖6B中之607處。605處之所偵測到之光訊號與607處之所偵測到之訊號間之差異表示該樣本中存在B型流感病毒。
[比較例3]
圖6C係為例示在偵測一採自一健康的人之對照樣本期間所得訊號強度之一圖表。該偵測方法與上述B型流感病毒稀釋樣本之偵測方法相同。
開啟感測器，俾使自感測器之一光源發射之一光穿過容器之一下部而不穿過容器內表面上之探針。在此階段中，容器中容納有PBS。將 使用PBS時偵測到之訊號(如圖6B中之611處所示)用作一參考。
在添加樣本之後，開啟循環構件約3分鐘，使能夠將容器中之樣本朝容器內表面上之探針推進。再採集資料數分鐘。於循環構件停止之後自容器所偵測到之光顯示於圖6C中之613處。611與613之相似之訊號強度表明，對照樣本中不存在B型流感病毒。
儘管為理解清晰起見以例示及舉例方式相當詳細地闡述了上述發明，然而，對於熟習此項技術者顯而易見，可在不背離本發明之精神及範圍之條件下實踐某些改變及潤飾。因此，本說明不應被視為限制本發明之範圍。
本文所引用之所有公開案、專利及專利申請案針對所有目的以引用方式全文併入本文中，猶如具體地且分別地指明每一各別公開案、專利或專利申請案皆被如此以引用方式併入一般。
100a‧‧‧感測器
101‧‧‧容器
110‧‧‧基板
111‧‧‧材料
112‧‧‧光
113‧‧‧探針
210‧‧‧循環構件/馬達
220‧‧‧循環構件/第一磁鐵
230‧‧‧凹槽
900‧‧‧樣本
901‧‧‧有興趣的標的物

Claims (20)

  1. 一種感測器，包含：一容器；一探針，設置於該容器中；一循環構件，用以循環該容器中之物質；一光源；一光接收器；以及一偵測器，用以產生一電訊號，該電訊號之大小反映由該光接收器所接收之光之量，其中該容器係位於該光源與該光接收器之間，以及其中該容器被配置成使該探針與該光源所射出之光之路徑於該容器內位於不同區域中。
  2. 如請求項1之感測器，其中該探針被設置於該容器之一上部中，且該光之該路徑係位於該容器之一下部中。
  3. 如請求項1之感測器，其中該探針被設置於該容器之一上部中之一第一區域中，且該光之該路徑係位於該容器之該上部中之一第二區域中，該第二區域不同於該第一區域。
  4. 如請求項1之感測器，其中該探針包含DNA、RNA、蛋白質、抗體(antibody)、抗體片段、適體(aptamer)、抗原(antigen)或表位(epitope)。
  5. 如請求項1之感測器，其中該探針係用以結合至一有興趣的標的物，且該有興趣的標的物係為一生物分子。
  6. 如請求項1之感測器，其中該探針係用以結合至一有興趣的標的物，且該 有興趣的標的物包含病毒、蛋白質、核酸(nucleic acid)、碳水化合物、脂質(lipid)、半抗原(hapten)或毒素(toxin)。
  7. 如請求項1之感測器，其中該探針以約100微微牛頓(pN)至約500微微牛頓之一親和力結合至該有興趣的標的物。
  8. 如請求項1之感測器，其中該循環構件更包含：一推進構件，設置於該容器中；以及一馬達，電性連接至該推進構件並用以致動該推進構件。
  9. 如請求項1之感測器，其中該循環構件更包含：一第一磁鐵，自由地設置於該容器中；以及一馬達，包含一第二磁鐵，並用以致動該第一磁鐵。
  10. 如請求項1之感測器，其中該容器更包含：一基板；以及一材料，設置於該基板上；其中該探針被設置於該材料上。
  11. 如請求項10之感測器，其中該材料包含一金屬。
  12. 如請求項10之感測器，其中該材料於該基板上包含一膜。
  13. 如請求項12之感測器，其中該膜包含一實質上均勻之厚度或一不均勻之厚度。
  14. 如請求項13之感測器，其中該實質上均勻之厚度介於5奈米至200奈米之範圍內，或該不均勻之厚度於0.5奈米至30奈米之間變化。
  15. 如請求項10之感測器，其中該材料包含一柱陣列(rod array)，該柱陣列設置於該基板上。
  16. 如請求項15之感測器，其中該柱陣列中之一棒之尺寸與該探針之大小及該探針用以結合之一有興趣的標的物之大小相關聯。
  17. 如請求項16之感測器，其中該柱陣列之一棒具有200奈米至900奈米(nm)之一長度、200奈米至900米之一寬度及15奈米至1500奈米之一高度。
  18. 如請求項1之感測器，其中自該光源射出之該光具有一波長，該波長與該探針用以結合之一有興趣的標的物相關聯。
  19. 如請求項18之感測器，其中自該光源射出之該光包含約200奈米至約800奈米之一波長。
  20. 一種使用一如請求項1之感測器來偵測一有興趣的標的物之方法，包含：於存在一包含該有興趣的標的物之樣本時經由該容器自該光源發射光，進而產生一第一電訊號；於一預定時間量內致動該循環構件；於該預定時間量之後經由該感測器自該光源發射光，進而產生一第二電訊號；以及比較該第一電訊號與該第二電訊號，其中該二訊號之一差異表示該標的物存在於該樣本中。
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