TW201533443A - 生物感測器、生物感測器的製造方法與量測目標物質的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例提供一種生物感測器包括基板、電極層、導電高分子層以及指標生物材料。電極層配置於基板上。導電高分子層配置於電極層上且部分覆蓋於基板上。指標生物材料配置於導電高分子層上，其中目標物質與指標生物材料產生一化學反應，而化學反應降低導電高分子層的導電度。

Description

生物感測器、生物感測器的製造方法與量測目標物質的方法
本發明有關於一種生物感測器，且特別是有關於藉由生物感測器的進行量測目標物質的方法。
目前的生物感測器可用以量測目標物質的濃度。一般而言，習知生物感測器大部分是利用指標生物材料，例如是酵素、抗體或是DNA等，來與目標物質產生反應以量測目標物質的濃度。值得說明的是，指標生物材料與目標物質是在高度專一辨識性的情況下才能夠相互反應。
詳細而言，欲量測目標物質的濃度，習知生物感測器大部分是利用電化學或是螢光法來檢測目標物質的濃度。在量測目標物質濃度的過程中，大部分著重在電化學法的電極的改質，或是提升螢光法的顏色顯示度。不過，習知生物感測器的製備方式以及量測目標物質的方法較繁瑣。
本發明實施例提供一種生物感測器，其用以量測一待測物內所含有的一目標物質的濃度。
本發明實施例提供一種生物感測器，所述生物感測器包括基板、電極層、導電高分子層以及指標生物材料。電極層配置於基板上。導電高分子層配置於電極層上且部分覆蓋於基板上。指標生物材料配置於導電高分子層上，其中目標物質與指標生物材料產生一化學反應，而化學反應降低導電高分子層的導電度。
本發明實施例提供一種生物感測器的製造方法，來製造一生物感測器。
本發明實施例提供一種生物感測器的製造方法，所述生物感測器的製造方法形成電極層於基板上，接著形成導電高分子層於電極層上，而後形成指標生物材料於導電高分子層上。
本發明實施例提供一種量測目標物質的方法，來量測一待測物內所含有的一目標物質的濃度。
所述量測目標物質的方法包括將含有目標物質的待測物與導電高分子層上的指標生物材料接觸，由電極層量測導電高分子層的導電度(conductivity)的變化量。
綜上所述，本發明實施例提供生物感測器、生物感測器的製造方法以及量測目標物質的方法。所述生物感測器用以量測一待測物內所含有的一目標物質的濃度，生物感測器包括基板、電極層、導電高分子層以及指標生物材料。在所述生物感測器的製造方法中，形成電極層於基板上，接著形成導電高分子層於電極層上，而後形成指標生物材料於導電高分子層上。所述量測目標物質的方法包括將含有目標物質的待測物與導電高分子層上的指標生物材料接觸，由電極層量測導電高分子層的導電度的變化量。
相較習知技術而言，本發明的生物感測器成本較低、準確度高，而且製備方式簡單。此外，量測目標物質的方法簡單，而且不需透過電化學分析法即可以量測出目標物質的濃度。
為了能更進一步瞭解本發明所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式與附件僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
100‧‧‧生物感測器
110‧‧‧基板
120‧‧‧電極層
122‧‧‧正電極
124‧‧‧負電極
130‧‧‧導電高分子層
140‧‧‧指標生物材料
150‧‧‧黏著層
160‧‧‧絕緣層
S101~S105‧‧‧步驟
圖1是本發明第一實施例的生物感測器的示意圖。
圖2是本發明第二實施例提供生物感測器的製造方法的流程示意 圖。
圖1是本發明第一實施例的生物感測器的示意圖。請參閱圖1，生物感測器100用以量測一待測物內所含有的一目標物質的濃度。生物感測器100包括一基板110、一電極層120、一導電高分子層130以及一指標生物材料140。電極層120配置於基板110上。導電高分子層130配置於電極層120上，而指標生物材料140配置於導電高分子層130上。
基板110主要用來作為電極層120以及導電高分子層130的載板，其材料為絕緣材料，例如是矽材料、玻璃材料、陶瓷材料或者是塑膠材料等。於本實施中，基板110為一矽基板。不過，本發明並不對基板110的材料加以限制。
電極層120配置於基板110上電極層120包括正電極122以及負電極124，其中正電極122以及負電極124之間相距一間距。於實務上，電極層120主要用以輸出導電高分子層130的電信號。電極層120的材料為導電材料，例如是金、銀或銅等材料。值得說明的是，由於金具有良好的導電率以及較佳的生物相容性，於此，於本實施例中，電極層120的材料為金。不過，本發明並不對電極層120的材料加以限定。
導電高分子層130配置於電極層120上，而且導電高分子層130部分覆蓋於基板120上。也就是說，導電高分子層130不僅覆蓋於正電極122以及負電極124之上，也覆蓋正電極122以及負電極124之間所距離的間距。於本實施例中，導電高分子層130的材料為聚苯胺(Polyaniline，PAn)。不過於其他實施例中，導電高分子層130亦可以使用其他導電高分子材料，例如是聚砒咯(Polypyrrole，PYy)或是聚賽吩(Polythiophene，PTh)等材料。然而，本發明並不對導電高分子層130的材料加以限定。
指標生物材料140配置於導電高分子層130上，其中指標生 物材料140為過氧化氫氧化酶。導電高分子層130用以作為指標生物材料140的載體(carrier)，從而導電高分子層130可以固定指標生物材料140，並且提高指標生物材料140的安定性。
為了使得電極層120能夠更佳地附著於基板110上，生物感測器100可以更包括一黏著層(adhesion layer)150，黏著層150可以配置於基板110上，而電極層120則配置於黏著層150上並且與黏著層150接觸。值得說明的是，黏著層150主要用來增加電極層120於基板110上的附著度。於本實施例中，黏著層150的材料為鈦金屬。不過，於其他實施例中，黏著層150的材料也可以是其他金屬或是合金材料，例如是鉭(Ta)或鈦/鎢合金等材料。
此外，生物感測器100可以更包括絕緣層160，絕緣層160配置於基板110上且位於基板110與黏著層150之間。絕緣層160可用以降低電極層120與基板110之間的應力。於本實施例中，絕緣層160的材料為氮化矽(Si3N4)。不過，本發明並不對絕緣層160的材料加以限制。
圖2是本發明第一實施例提供的生物感測器的製造方法的流程示意圖。請參閱圖2。進行步驟S101，提供一基板110，例如是矽基板、玻璃基板、陶瓷基板或者是塑膠基板等。於本實施例中，基板110是矽基板。不過，本發明並不對此加以限制。
值得說明的是，於本實施例中，生物感測器100可以更包括絕緣層160。透過化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)於基板110的表面形成絕緣層160，而絕緣層160的材料為氮化矽(Si3N4)。不過，本發明並不對絕緣層160的製作方式以及材料加以限制。此外，於其他實施例中，生物感測器亦可以不包括絕緣層160。
接著，進行步驟S102，形成一黏著層160於基板110上。詳細而言，於本實施例中，黏著層160可以藉由濺鍍(sputter)在絕緣層160的表面沉積鈦薄膜以作為黏著層160，從而增加後續製程工 序中電極層120的附著度。不過，於其他實施例中，生物感測器亦可以不包括絕緣層160，而黏著層160可以直接沉積於基板110的表面。
值得說明的是，於其他實施例中，黏著層150的材料也可以是其他金屬或是合金材料，例如是鉭(Ta)或鈦/鎢合金等材料。本發明並不對黏著層150的製作方式以及材料加以限制。
進行步驟S103，形成一電極層120於基板110上。具體來說，電極層120可以是透過噴塗(Spray Coating)、離子鍍(Ion Plating)、濺鍍(Sputter Deposition)或者是蒸鍍(Evaporation Deposition)等方式沉積的導電薄膜。於本實施例中，電極層120的材料為金。不過，本發明並不對電極層120的製作方式以及材料加以限定。
進行步驟S104，形成一導電高分子層130於電極層120上且部分覆蓋於基板110表面的絕緣層160上。詳細而言，混合0.20克至0.3克鹼式聚苯胺(polyaniline emeraldine base，EB)粉末與4.5毫升至5.5毫升二甲基亞碸(Dimethyl sulfoxide，DMSO)以形成前驅溶液。在一較佳實施例中，混合0.3克鹼式聚苯胺粉末與5.0毫升二甲基亞碸。接著，混合酸性溶液以及前驅溶液以製備出一聚苯胺溶液，其中酸性溶液可以是鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3)或是硫酸(H2SO4)等。在一較佳實施例中，酸性溶液採用硫酸，而硫酸溶液可以提高聚苯胺薄膜的導電性以及安定性。而後，塗佈聚苯胺溶液於電極層120上以及基板110上，並且經過烘烤(baking)之後據以形成一聚苯胺薄膜。聚苯胺薄膜覆蓋於正電極122以及負電極124之上，也覆蓋正電極122以及負電極124之間的基板110上。值得說明的是，烘烤的溫度介於攝氏50度(℃)至攝氏60度(℃)，烘烤的時間介於15分鐘至30分鐘。在一較佳實施例中，烘烤的溫度為攝氏60度，烘烤的時間為20分鐘。
在基板110上形成聚苯胺薄膜之後，施加0.1伏特(voltage)至 0.25伏特的電壓在聚苯胺薄膜上並持續10分鐘，以使聚苯胺薄膜還原成完全還原態(leucoemeraldine)。在一較佳實施例中，所施加的電壓為0.2伏特。接著，以去離子水(Deionized water)清洗。接下來，將聚苯胺薄膜的基板110浸入氫氧化鈉溶液中，而後以氮氣風乾。隨後，滴入1,3-丙烷礦內酯(propane sultone)於聚苯胺薄膜上。
進行步驟S105，形成一指標生物材料140於導電高分子層130上。詳細來說，先將指標生物材料140與緩衝溶液混合，並且再加入二氨基聯苯胺(Diaminobenzidine,DAB)以形成指標生物材料溶液，其中二氨基聯苯胺可作為顯色底物。值得注意的是，指標生物材料140為過氧化氫氧化酶(Peroxisomes)。將形成有聚苯胺薄膜的基板110浸入所述指標生物材料溶液20分鐘。接著，再施加0.4伏特的電壓在聚苯胺薄膜上持續4分鐘，以使聚苯胺薄膜得以吸附過氧化氫氧化酶。而後，以去離子水(Deionized water)清洗，而後以氮氣風乾。於此，生物感測器100大致上已經完成。
具體而言，當製備出生物感測器100時，將含有目標物質的待測物與導電高分子層130上的指標生物材料140接觸。此時，目標物質與指標生物材料140產生化學反應，其例如是氧化還原反應。指標生物材料140被目標物質氧化之後，指標生物材料140搶奪導電高分子層130內的電子，從而使得導電高分子層130的導電度下降。接著，由電極層120量測導電高分子層130的導電度的變化量，而導電度的變化量可用以作為目標物質濃度大小的指標。
值得說明的是，在指標生物材料140搶奪到導電高分子層130內的電子之後，指標生物材料140得以被還原，從而指標生物材料140能夠再繼續與待測物內的其他目標物質反應。
舉例來說，在一實施例中，倘若欲量測的目標物質為過氧化氫時，指標生物材料可以是過氧化氫氧化酶。當含有過氧化氫的 待測物與導電高分子層130上的過氧化氫氧化酶接觸時，過氧化氫與過氧化氫氧化酶產生反應。過氧化氫氧化酶被過氧化氫氧化之後，過氧化氫氧化酶搶奪導電高分子層130內的電子，從而使得導電高分子層130的導電度下降。如此，由電極層120量測導電高分子層130的導電度的變化量可以得知目標物質的濃度大小。
在其他實施例中，倘若欲量測其他目標物質的濃度時，於生物感測器100中加入另一指標性生物材料。詳細而言，當其他欲量測的目標物質是葡萄糖時，導電高分子層130上的指標生物材料則是過氧化氫氧化酶與葡萄糖氧化酶(GOD)。葡萄糖與葡萄糖氧化酶反應而產生過氧化氫，而所產生的過氧化氫即與過氧化氫氧化酶產生反應。同樣地，過氧化氫氧化酶被過氧化氫氧化之後，過氧化氫氧化酶搶奪導電高分子層130內的電子，從而使得導電高分子層130的導電度下降。接著，由電極層120量測導電高分子層130的導電度的變化量。
值得說明的是，透過上述量測目標物質的方法，可以得知當生物感測器100所測得的導電度的變化量越大，則代表目標物質的濃度越大。本發明的指標生物材料為過氧化氫氧化酶時，生物感測器100所量測出過氧化氫的濃度介於0.7微體積莫耳濃度(μM)至1微體積莫耳濃度(μM)。相較於習知技術而言，生物感測器100的製備方式簡單。此外，量測目標物質的方法不需透過電化學分析法即可以量測出過氧化氫的濃度。
綜上所述，本發明實施例提供生物感測器、生物感測器的製造方法以及量測目標物質的方法。所述生物感測器用以量測一待測物內所含有的一目標物質的濃度，生物感測器包括基板、電極層、導電高分子層以及指標生物材料。所述生物感測器的製造方法形成電極層於基板上，接著形成導電高分子層於電極層上，而後形成指標生物材料於導電高分子層上。所述量測目標物質的方法包括將含有目標物質的待測物與導電高分子層上的指標生物材 料接觸，由電極層量測導電高分子層的導電度的變化量。
相較習知技術而言，本發明的生物感測器成本較低、準確度高，而且製備方式簡單。此外，量測目標物質的方法簡單，而且不需透過電化學分析法即可以量測出過氧化氫的濃度。
以上所述僅為本發明的實施例，其並非用以限定本發明的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍為本發明的專利保護範圍內。
100‧‧‧生物感測器
110‧‧‧基板
120‧‧‧電極層
122‧‧‧正電極
124‧‧‧負電極
130‧‧‧導電高分子層
140‧‧‧指標生物材料
150‧‧‧黏著層
160‧‧‧絕緣層

Claims (10)

  1. 一種生物感測器，用以量測一待測物內所含有的一目標物質的濃度，該生物感測器包括：一基板；一電極層，該電極層配置於該基板上；一導電高分子層，該導電高分子層配置於該電極層上且部分覆蓋於該基板上；以及一指標生物材料，該指標生物材料配置於該導電高分子層上，其中該目標物質與該指標生物材料產生一化學反應，而該化學反應降低該導電高分子層的導電度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之生物感測器，其中該生物感測器更包括一黏著層，而該黏著層與該基板接觸且該電極層配置於該黏著層之上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之生物感測器，其中該導電高分子層的材料為聚苯胺。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之生物感測器，其中該指標生物材料為過氧化氫氧化酶。
  5. 一種生物感測器的製造方法，包括：提供一基板；形成一電極層於該基板上；形成一導電高分子層於該電極層上且部分覆蓋於該基板上；以及形成一指標生物材料於該導電高分子層上。
  6. 如請求項5所述之生物感測器的製造方法，其中在形成該電極層的步驟之前，形成一黏著層於該基板上。
  7. 如請求項5所述之生物感測器的製造方法，其中製備該導電高分子層的步驟包括：混合一鹼式聚苯胺粉末與一二甲基亞碸以形成一前驅溶液； 混合一硫酸溶液以及該前驅溶液以製備出一聚苯胺溶液；以及塗佈該聚苯胺溶液於該電極層上以及該基板上，據以形成一聚苯胺薄膜。
  8. 如請求項7所述之生物感測器的製造方法，其中形成該指標生物材料於該導電高分子層上的步驟包括：將形成有該聚苯胺薄膜的該基板浸入一指標生物材料溶液。
  9. 如請求項5所述之生物感測器的製造方法，其中該指標生物材料為過氧化氫氧化酶。
  10. 一種量測目標物質的方法，包括：提供如請求項1所述之生物感測器；將含有該目標物質的一待測物與該導電高分子層上的該指標生物材料接觸；以及由該電極層量測該導電高分子層的導電度的變化量。
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