TW201730547A - 自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統。參考光波導元件以貴金屬奈米粒子層進行修飾。感測光波導元件以貴金屬奈米粒子層進行修飾，其中所述之貴金屬奈米粒子層以辨識元進一步修飾。入射光被導入參考光波導元件及感測光波導元件以分別產生定域電漿共振感測訊號。參考光波導元件及感測光波導元件分別具有校正斜率。處理器利用校正斜率調節由感測光波導元件檢測所產生的第二差值。處理器利用由參考光波導元件檢測所產生的第一差值及調節過的第二差值之間的差值，以獲得感測器響應。

Description

自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統

本發明是有關於一種定域電漿共振感測裝置及其系統；特別是有關於一種自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統。

金屬奈米粒子表面上的電子雲可受到特定頻率的電磁場的激發，其與侷限在奈米粒子體積中之導電電子集體震盪共振，所以又被稱之為定域電漿共振(Localized Plasmon Resonance, LPR)，如第1圖所示。貴金屬奈米粒子1在吸收光譜中產生強吸收譜帶，此稱為定域電漿共振譜帶。此定域電漿共振譜帶感測系統的基本原理是：經由貴金屬奈米粒子表面上1的辨識元與和辨識元結合之待測物之接合，待測物因此覆蓋在貴金屬奈米粒子1上之表面附近，使得貴金屬奈米粒子1所在的周圍介電環境產生變化，其峰值波長位置與吸收度對外部介電常數的變動相當敏感，因此造成LPR共振譜帶的改變；最後藉由修飾特定辨識元使其具有專一性的檢測能力之手段，再藉由分析共振譜帶之頻率或強度的變化與待測物濃度的關係後，即能對之建立定量檢測方法。該方法主要包含將貴金屬奈米粒子修飾在光波導上，從而形成貴金屬奈米粒子層於其上。上述貴金屬奈米粒子層，係由球狀貴金屬奈米粒子、方形貴金屬奈米粒子、角錐形貴金屬奈米粒子、棒狀貴金屬奈米粒子和殼體貴金屬奈米粒子其中之一所構成，且奈米粒子間基本上並不連接，而貴金屬可為金、銀或鉑。通過利用沿著光波導多次全內反射的效應，可累積由於奈米粒子電漿共振之吸收所致之漸逝波吸收的變化量，以增加用於檢測操作之LPR的訊號。同時透過具有各種辨識元之貴金屬奈米粒子1的表面修飾，官能化之貴金屬奈米粒子可以用於各種待測物之檢測。

單光纖LPR感測系統缺乏補償由儀器本身或環境因素對訊號所造成之影響之能力，像由於光源之不穩定性所致之基線飄移，及測試溶液的組成或溫度的改變，且LPR感測技術利用貴金屬奈米粒子對外在環境折射率的敏感性作為檢測生物分子之方式，其也依賴於樣品的溫度或組成。真實樣品的檢測期間，於樣品製備處理中，通常需要控制樣品的溫度常或經由兩次以上的稀釋。加入溫度控制系統可能增加系統的複雜性，而多次的稀釋往往會使有效檢測極限變差。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的是在提供一種自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統，以消除由環境因素或樣品本身之固有的介電性能所引起的干擾，並解決非特定吸附的問題。

根據本發明之其中一目的，提出一種自我校正型定域電漿共振感測裝置。自我校正型定域電漿共振感測裝置包含：參考光波導元件、感測光波導元件以及載體。光波導元件可以是光纖、槽道波導、平面波導、或管狀波導等等。較佳地，光波導元件為光纖。參考光波導元件以第一貴金屬奈米粒子層進行修飾。部分之入射光被導入參考光波導元件以產生第一定域電漿共振感測訊號，其中光沿參考光波導元件全內反射多次。第一定域電漿共振感測訊號包含由參考光波導元件檢測空白溶液所產生之第一訊號以及由參考光波導元件檢測樣品所產生之第二訊號。參考光波導元件具有第一校正斜率。此外，感測光波導元件以第二貴金屬奈米粒子層進行修飾。第二貴金屬奈米粒子層以辨識元進一步修飾。另一部分之入射光被導入感測光波導元件以產生第二定域電漿共振感測訊號，其中光沿感測光波導元件全內反射多次。第二定域電漿共振感測訊號包含由感測光波導元件檢測空白溶液所產生之第三訊號以及由感測光波導元件檢測樣品所產生之第四訊號。感測光波導元件具有第二校正斜率。於此，處理器正規化第二訊號與第一訊號之間的第一差值並正規化第四訊號與第三訊號之間的第二差值。處理器利用第一校正斜率和第二校正斜率來調節正規化的第二差值，用於獲得調節過的第二差值。然後，處理器利用正規化的第一差值及調節過的第二差值之間的差值，以獲得感測器響應。此外，載體放置參考光波導元件和感測光波導元件。

較佳地，第一貴金屬奈米粒子層係在參考光波導元件的反射面進行修飾。

較佳地，第二貴金屬奈米粒子層係在感測光波導元件的反射面進行修飾。

較佳地，當參考光波導元件為光纖時，第一貴金屬奈米粒子層可於光纖之剝除區域或端面處進行修飾。

較佳地，當感測光波導元件為光纖時，第二貴金屬奈米粒子層可於光纖之剝除區域或端面處進行修飾。

較佳地，參考光波導元件和感測光波導元件是光纖、槽道波導、平面波導、或管狀波導。

較佳地，自我校正型定域電漿共振感測裝置為微流體晶片或現址採樣和分析裝置。

較佳地，參考光波導元件及感測光波導元件分別在參考光波導元件之一端面及感測光波導元件之一端面建構鏡面，其中參考光波導元件及感測光波導元件為光纖或管狀波導。

較佳地，參考光波導元件及感測光波導元件進一步設置有濾膜及具有至少一開口的剛性支架。鏡面提供以反射第一定域電漿共振感測訊號和第二定域電漿共振感測訊號，濾膜過濾具有比膜的平均孔徑大的尺寸之干擾物質。此外，剛性支架包住參考光波導元件及感測光波導元件，以提高採樣操作期間裝置的機械強度。

較佳地，辨識元包含化學辨識分子、抗體(antibody)、抗原(antigen)、凝集素(lectin)、激素受體(hormone receptor)、核酸(nucleic acid)或醣類。

較佳地，感測器響應由下面的公式表示：；         其中ΔI_S,SA 表示僅特定吸附所致之感測器響應，I_S0 表示由感測光波導元件檢測空白溶液所產生之第三訊號，ΔI_S 表示第四訊號與第三訊號之間的第二差值，ΔI_S,M /I_S0 及ΔI_R,M /I_R0 分別表示感測光波導元件和參考光波導元件的正規化響應，其分別表示第二校正斜率和第一校正斜率，ΔI_R 表示第二訊號與第一訊號之間的第一差值，而I_R0 表示由參考光波導元件檢測空白溶液所產生之第一訊號。

根據本發明之另一目的，提出一種自我校正型定域電漿共振感測裝置。自我校正型定域電漿共振感測裝置包含光源、定域電漿共振感測裝置、至少一光檢測單元、和處理器，光檢測單元較佳者為光電二極管。光源產生入射光。定域電漿共振感測裝置包括：參考光波導元件、感測光波導元件以及載體。於此，參考光波導元件以第一貴金屬奈米粒子層進行修飾。部分之入射光被導入參考光波導元件以產生第一定域電漿共振感測訊號。參考光波導元件具有第一校正斜率。此外，感測光波導元件以第二貴金屬奈米粒子層進行修飾。第二貴金屬奈米粒子層以辨識元進一步修飾。另一部分之入射光被導入感測光波導元件以產生第二定域電漿共振感測訊號。感測光波導元件具有第二校正斜率。此外，載體放置參考光波導元件和感測光波導元件。此外，至少一光檢測單元接收第一定域電漿共振感測訊號及第二定域電漿共振感測訊號。於此，第一定域電漿共振感測訊號包含由參考光波導元件檢測空白溶液所產生之第一訊號以及由參考光波導元件檢測樣品所產生之第二訊號。第二定域電漿共振感測訊號包含由感測光波導元件檢測空白溶液所產生之第三訊號以及由感測光波導元件檢測樣品所產生之第四訊號。此外，處理器正規化第二訊號與第一訊號之間的第一差值及正規化第四訊號與第三訊號之間的第二差值。於此，處理器利用第一校正斜率和第二校正斜率來調節正規化的第二差值，用於獲得調節過的第二差值。然後，處理器利用於正規化的第一差值及調節過的第二差值之間的差值，以獲得感測器響應。

較佳地，第一貴金屬奈米粒子層係在參考光波導元件的反射面進行修飾。

較佳地，第二貴金屬奈米粒子層係在感測光波導元件的反射面進行修飾。

較佳地，當參考光波導元件為光纖時，第一貴金屬奈米粒子層可於光纖之包層剝除區域或端面處進行修飾。

較佳地，當感測光波導元件為光纖時，第二貴金屬奈米粒子層可於光纖之包層剝除區域或端面處進行修飾。

較佳地，參考光波導元件和感測光波導元件是光纖、槽道波導、平面波導、或管狀波導。

較佳地，自我校正型定域電漿共振感測裝置為微流體晶片或現址採樣和分析裝置。

較佳地，參考光波導元件及感測光波導元件分別在參考光波導元件之一端面及感測光波導元件之一端面建構鏡面，其中參考光波導元件及感測光波導元件為光纖或管狀波導。

較佳地，參考光波導元件及感測光波導元件進一步設置有濾膜及具有至少一開口的剛性支架。鏡面提供以反射第一定域電漿共振感測訊號和第二定域電漿共振感測訊號，濾膜過濾具有比膜的平均孔徑大的尺寸之干擾物質。剛性支架包住參考光波導元件及感測光波導元件，以提高採樣操作期間裝置的機械強度。

較佳地，辨識元包含化學辨識分子、抗體、抗原、凝集素、激素受體、核酸或醣類。

較佳地，本發明之自我校正型定域電漿共振感測裝置進一步包含鎖定放大器，其能夠放大第一定域電漿共振感測訊號及第二定域電漿共振感測訊號，並抑制系統雜訊。

較佳地，感測器響應由下面的公式表示：；         其中ΔI_S,SA 表示僅特定吸附所致之感測器響應，I_S0 表示由感測光波導元件檢測空白溶液所產生之第三訊號，ΔI_S 表示第四訊號與第三訊號之間的第二差值，ΔI_S,M /I_S0 及ΔI_R,M /I_R0 分別表示感測光波導元件和參考光波導元件的正規化響應，其分別表示第二校正斜率和第一校正斜率，ΔI_R 表示第二訊號與第一訊號之間的第一差值，而I_R0 表示由參考光波導元件檢測空白溶液所產生之第一訊號。

承上所述，根據本發明之自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統，可具有一或多個下述優點：

(1) 所揭露之自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統可降低環境因素或樣品本身所固有的介電性能所致的干擾，並可解決非特定吸附的問題，使感測系統具有自我校正的能力，因此改善定域電漿共振感測感測裝置及其系統對真實樣品的檢測能力；及

(2) 所揭露之自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統於進行待測物檢測時，可減少在樣品製備處理中的樣品稀釋次數，從而改進感測操作的檢測極限。

請參閱第2圖，其中描繪根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振感測裝置之示意圖。圖中，自我校正型光纖式定域電漿共振感測裝置2包含參考光纖21、感測光纖22以及載體23。參考光纖21以第一貴金屬奈米粒子層211進行修飾，且接收入射光以產生第一定域電漿共振感測訊號。感測光纖22以第二貴金屬奈米粒子層221進行修飾。第二貴金屬奈米粒子層221更進一步以辨識元2211進行修飾，且接收入射光以產生第二定域電漿共振感測訊號。載體23用以置放參考光纖21和感測光纖22。其中，可使處理單元根據第一定域電漿共振感測訊號對第二定域電漿共振感測訊號進行參照。辨識元可為化學辨識分子、抗體、抗原、凝集素、激素受體、核酸或醣類。

對於參考光纖21或感測光纖22而言，能夠選用其包層被完全剝離的光纖區域，如第3a圖所示，或選用其包層被部分剝離的光纖區域，如第3b圖所示。其選用區域的光纖的包層被部分剝離之光纖剖面圖如第3c圖和第3d圖所示。參考光纖21於剝除包層後可以第一貴金屬奈米粒子層211進行修飾，並使其於貴金屬奈米粒子表面以含有羥基端基(-OH)的分子進行進一步修飾，以提供具有親水性之第一貴金屬奈米粒子層211表面來降低非特異性表面吸附，如第3e圖所示。為了官能化具有羥基端基之分子於貴金屬奈米粒子表面上，可配製巰基己醇(mercaptohexanol, MCH)溶液，並將具有第一貴金屬奈米粒子層211的參考光纖21浸於此溶液中以進行反應。

感測光纖22於剝除包層後亦以第二貴金屬奈米粒子層221進行修飾，並於貴金屬奈米粒子表面上進一步修飾特定辨識元2211，使感測光纖22具有專一的檢測能力；例如於貴金屬奈米粒子表面可以含羧酸基端基(-COOH) 或胺基端基(-NH)的長鏈硫醇分子官能化。為了讓貴金屬奈米粒子表面以含羧酸基端基(-COOH)的長鏈硫醇分子官能化，並降低非特異性表面吸附，於自我組裝反應中可使用體積比1：4的將巰基十一酸(MUA)和巰基己醇(MCH)構成之溶液，如第3f圖所示。藉由以特定比例加入短碳鏈MCH分子，能在空間上分散個別分子探針間的距離，排解抗體-抗原辨識中的立體阻礙，以增加其辨識效率。此外，為了讓貴金屬奈米粒子表面以含胺基端基的硫醇分子官能化，如第3g圖所示，其可以配置胱胺(cystamine)溶液，並將已修飾有第二貴金屬奈米粒子層221的感測光纖22浸入此溶液中以進行反應之方法執行。

請參閱第4圖，其顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振裝置之第一實施例示意圖。當光纖式定域電漿共振裝置2為微流體晶片時，其槽道部分可根據待測樣品的需求來設計，其中需考慮因素可包含樣品進入時的流體力學、表面張力、流體體積、內部壓力和分析後之樣品殘留。此外，晶片封裝期間所造成的內、外在因素皆可為需考慮的要件之一。請參閱第4a圖，其中顯示基本型微流體晶片之示意圖。在微流體晶片中，適當地設計用以置放參考光纖21、感測光纖22、及其體積可大致上小於或等於50微升之樣品之單一樣品槽41 。請參閱第4b圖，其中顯示根據本發明之分流式微流體晶片之示意圖。圖中，樣品流至兩個微流體槽道，且樣品的體積大致上小於或等於40微升。請參閱第4c圖，其顯示多重檢測型式微流體晶片之示意圖，其中其可同步置入參考光纖21與用於進行多重感測之具有不同辨識元的多條感測光纖22。檢測所需的樣品體積大約為20-80微升，可減少樣品的消耗以符合微量分析檢測的需求，並進一步提供同步檢驗多種待測物之能力，以節省時間。

接著參閱第5圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振裝置之第二實施例示意圖。當光纖式定域電漿共振裝置2用於微樣品盤中時，參考光纖和感測光纖可與鏡面51設置在光纖之遠端面，以反射第一定域電漿共振感測訊號和第二定域電漿共振感測訊號。可進一步設置濾膜52，以將具有比膜的平均孔徑大的尺寸之干擾物質阻擋於濾膜52之外。

接著請參閱第6a圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振裝置之第三實施例示意圖。在檢測實際環境或生物樣品或檢體時，可透過將採樣裝置浸入或刺入到特定樣品或標的，以完成現址檢測(in-situ detection)，因此，感測裝置是適合用於醫療的體內檢查或現址採樣和分析的設備。當檢測真實樣品時，樣品中可能存在各種干擾物質，因此可在參考光纖21和感測光纖22外層加上濾膜62，以把具有比膜的平均孔徑大的尺寸之干擾物質隔離在此濾膜62外；此外，可置放其支架上設置有孔洞之剛性支架61，以提升整個感測器的物理強度。此外，亦可分別在參考光纖21和感測光纖22之端面上修飾貴金屬奈米粒子層211、221，以有助於原址採樣及分析，如第6b圖所示。

現在參閱第7圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振感測系統之示意圖。所繪之自我校正型光纖式定域電漿共振感測系統包含：光源71、光纖式定域電漿共振感測裝置72以及光檢測單元73。光源71可為用以產生入射光之發光二極體(LED)，其中入射光係透過光纖耦合器耦合至光纖式定域電漿共振感測裝置72。光纖式定域電漿共振感測裝置72包含參考光纖721、感測光纖722以及載體723。參考光纖721以第一貴金屬奈米粒子層進行修飾，且接收入射光以產生第一定域電漿共振感測訊號。感測光纖722以第二貴金屬奈米粒子層進行修飾，其中第二貴金屬奈米粒子層進一步以辨識元進行修飾，且接收入射光以產生第二定域電漿共振感測訊號。載體723用以置放參考光纖721和感測光纖722。光檢測單元73可為用以接收第一定域電漿共振感測訊號和第二定域電漿共振感測訊號之光電二極管。可使處理單元74根據第一定域電漿共振感測訊號對第二定域電漿共振感測訊號進行參照。光纖式定域電漿共振感測系統更可包含鎖定放大器75和訊號產生器76，其中鎖定放大器75能夠放大第一定域電漿共振感測訊號和第二定域電漿共振感測訊號並抑制系統雜訊，而訊號產生器76驅動光源以產生並調節入射光並將參考訊號提供於鎖定放大器。

在進行生物或化學樣品的檢測時，可能利用辨識元的選擇性進行不同濃度的感測操作，其中感測光纖722以辨識元進行修飾，而參考光纖721則無。感測光纖722附近之介電環境隨著貴金屬奈米粒子表面上的辨識元與待測物的交互作用而產生變化，從而減少第二定域電漿共振感測訊號，且產生之時間訊號呈現分子結合動力學曲線。因為參考光纖721表面未以辨識元進行修飾，則第一定域電漿共振感測訊號變化僅係由於樣品折射率的改變、非特異性吸附或環境因素變化所致。第一定域電漿共振感測訊號可為檢測空白溶液且參考光纖721之奈米粒子表面未以辨識元進行修飾所得的訊號I_R0 ，和藉由參考光纖721檢測不同濃度的待測物樣品所得的訊號I_R ；第二定域電漿共振感測訊號可分為檢測空白溶液且感測光纖722之奈米粒子表面以辨識元進行修飾所得的訊號I_S0 ，和藉由感測光纖722檢測樣品所得的訊號I_S 。請參照以下公式：

I’₀ = I_S0 /I_R0

I’ = I_S /I_R

T’ = I’/I’₀ = (I_S /I_R )/(I_S0 /I_R0 ) = (I_S /I_S0 )/(I_R /I_R0 ) = T_S /T_R

用於上述公式中之參數分別說明於下：I’₀ 為檢測相同空白溶液時，將上述I_S0 除以I_R0 所得的修正訊號；I’為檢測相同樣品時將上述I_S 除以I_R 所得的修正訊號；而T’=I’/I’₀ 表示自我校正後所得的相對訊號。將待測物濃度取-log值作為x軸後，然後相對於作為y軸之T’=I’/I’₀ 作圖，可使用相對訊號與-log濃度間線性部分之圖作為校正圖表。

請接著參閱第8a圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第一實施例所得之訊號-時間關係圖。也請參閱第8b圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第一實施例所得之相對訊號-時間關係圖。由於定域電漿共振對環境溫度的敏感度，所以根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振感測系統在不同溫度同時於參考光纖81和感測光纖82上進行個別測試，以透過自我校正操作檢驗溫度變化的自我校正效果。一般而言，溶液的折射率與溫度有關；因此，當溫度上升時訊號下降，反之亦然。在自我校正型光纖式定域電漿感測系統中，當溫度上升時，參考光纖與感測光纖訊號兩者中之訊號同時下降；而當溫度下降時訊號一起上升；從而在利用相對訊號(I’/I’₀ )自我校正後得到的訊號對時間圖上可觀察到相對平坦之訊號。

請參閱第9a圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第二實施例獲得之訊號-時間關係圖。也請參閱第9b圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第二實施例獲得之相對訊號-對數濃度圖。為了確認本系統用以定性與定量的可行性，設計以維生素H(biotin)作為辨識元檢測不同濃度之卵白素(streptavidin)的實驗。由實驗結果可看出，當打入高濃度的卵白素時，可看出來自參考光纖91的訊號無任何變化，主要是因為貴金屬粒子的表面上的羥基端基(-OH) 的親水性抑制了非特異性表面吸附；與此同時，當感測光纖92以生物素官能化，並於生物素與卵白素間進行結合時，可明顯看出訊號的下降 (如第9a圖所示)，而因此產生的時間訊號呈現分子結合動力學曲線。利用上述結果，藉由依序打入不同濃度之卵白素做檢測之方式，訊號-對數濃度圖具有接近於自非自我校正型單光纖感測系統所得的0.996之為0.990之校正係數(如第9b圖所示) ，且圖亦產生為3.8×10^-11 M之檢測極限，其亦與自非自我校正型單光纖感測系統推導出的4.1×10^-11 M近似。

請參閱第10a圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第三實施例獲得之訊號-時間關係圖。請亦參閱第10b圖，其中顯示根據本發明自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第三實施例獲得之相對訊號-時間關係圖。於檢測期間，高黏稠性的樣品可能導致溶液中折射率的變化從而於檢測期間產生誤差。例如，提供骨關節炎(OA)病患之關節液內的IL-1β含量檢測，其中在樣品製備處理後，關節液樣品仍呈現較高的黏稠度。然而藉由根據本發明自我校正型感測系統之方式，不需要過度的稀釋步驟，就可以進行檢測，因此有助於提升檢測極限。

利用MUA / MCH混合物之溶液，其能夠在金奈米粒子表面上進行自我組裝混合單層分子膜。形成探針的方法包含以下步驟，首先要活化MUA的羧基端基，接著再經由化學響應將其與anti-human IL-1β的抗體共軛。在傳統的單光纖感測系統中，檢測關節液真實樣品時，必須先將高黏稠度的樣品進行稀釋，而在稀釋期間可能因此引入誤差而造成不準確且耗時，及還降低了方法的檢測極限。

而利用根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿感測系統檢測關節液真實樣品時，能夠僅稍微稀釋黏稠關節液後即開始檢測。由於此系統的最終目標是判定患有骨關節炎病患之膝關節液內IL-1β的含量，其可看出注入黏稠樣品導致來自參考光纖和感測光纖之訊號最初的急劇下降(如第10a圖所示)，如此急劇下降的訊號為錯誤，而導致誤差。由自我校正型光纖式定域電漿感測系統自我校正後，可以看出無最初的急劇下降的訊號的特徵分子結合動力學曲線(如第10b圖所示)，及測得之樣品中IL-1β濃度為1.72×10^-10 M，其與單光纖感測系統所得的結果相似，但是不需過度稀釋。

在下文中，請參閱第11a圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第四實施例獲得之訊號-時間關係圖。請亦參閱第11b圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第四實施例中之相對訊號-時間關係圖。當真實樣品呈現有某些顏色時，可能產生光譜干擾，使分析產生誤差。在利用包含CymMV蘭花病毒的汁液之實驗中，蘭花汁液稀釋後顏色仍為青綠色(其吸收波帶位於約600nm)，其可能造成光譜干擾和相較於空白溶液之溶液折射率差異。當注入帶有CymMV病毒的汁液，由於參考光纖中只以MCH進行修飾而無對對病毒具有專一性之抗體存在，其可以由第11a圖看出來自參考光纖111訊號之最初的急劇下降，主要是由溶液中的光譜干擾及折射率變化所引起；而感測光纖112上修飾對病毒具有專一性的抗體，因此於訊號最初的急劇下降後，因為抗體與抗原間之交互作用而呈現分子結合動力學曲線。以使用來自參考光纖111與感測光纖112(I’/I’₀ ) 之兩個訊號的訊號自我校正，在此可明顯看出，如第11b圖所示透過自我校正感測系統所獲取的數據，提供僅分子結合動力學曲線的校正特性，從而降低當樣品呈現有顏色時產生的光譜干擾。

接著請參閱第12a圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第五實施例獲得之訊號-時間關係圖。然後請參閱第12b圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第五實施例中相對訊號-時間關係圖。另外，亦請參閱第12c圖，其中顯示根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第五實施例中相對訊號-對數濃度關係圖。通常，感興趣的幾個生化物質可共存於真實樣品中。為了達到能夠同時檢測出此些生化物質，所以設計了用於多重檢測的元件，其設置有未含辨識元的參考光纖和多條感測光纖，其中多條感測光纖中之每條感測光纖上各以用於此些生化物質中之其一之一個辨認元進行修飾，如此可以利用自我校正同時進行多重檢測。

以自我校正型光纖式定域電漿感測系統之方式進行多重檢測的一個實驗，是檢測由卵白素和抗二硝基苯抗體(anti-DNP)組成溶液，其具有不同濃度的卵白素和anti-DNP，並以參考光纖為基準進行自我校正，以達成多重檢測。第12a圖顯示來自參考光纖及感測光纖的訊號-時間關係圖。由此可以看出，不同濃度下由生物素官能化的光纖檢測的卵白素及由DNP官能化之光纖檢測的anti-DNP的分子結合動力曲線圖。利用使用來自參考光纖111與感測光纖之訊號的訊號自我校正，可看出隨著待測物濃度的增加，仍觀察到特徵分子結合動力學曲線和線性校正曲線，證實了自我校正型同時多重檢測的可行性，如第12b圖和第12c圖所示。

然而，以參考光纖和感測光纖作為例子，本公開內容應不限於此。事實上，自我校正型光纖式定域電漿感測裝置可為自我校正型定域電漿共振感測裝置的一個例子，參考光纖可為參考光波導元件的一個例子，而感測光纖可為感測光波導元件的一個例子。光波導元件可選自下列其中之一：光纖、槽道波導、平面波導、或管狀波導。

現在參照第13圖，其中顯示根據本發明第六實施例之自我校正型定域電漿共振感測裝置之示意圖。第六實施例的參考光波導元件31與感測光波導元件32的校正斜率可以不同。處理單元74，其可以是處理器，利用由感測光波導元件32所產生的訊號和由參考光波導元件31所產生的訊號之間的差值，以獲得感測器響應。在此，在其他實施例中的自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統的其他元件可以存在於第六實施例中。此外，其他實施例的元件的材料可用於第六實施例的元件中。

更詳細地，第六實施例的自我校正型定域電漿共振感測裝置包括參考光波導元件31、感測光波導元件32和載體33。載體33放置參考光波導元件31和感測光波導元件32。於此，載體33具有用於放置參考光波導元件31和感測光波導元件32的槽道34。此外，載體具有連接到槽道34的V形槽道35，以用於注入樣品到槽道34中。於此，開口37形成在V形槽道35的頂部，以用於注入樣品到V形槽道35中，V形槽道35的兩端分別被連接到槽道34，以將樣品從V形槽道35引導進到槽道34中。於此，槽道34具有分別對應於參考光波導元件31和感測光波導元件32之開口36以用於流出樣品。此外，參考光波導元件31以第一貴金屬奈米粒子層進行修飾。從光源71發出之部分入射光被導入參考光波導元件31以產生第一定域電漿共振感測訊號。於此，參考光波導元件31具有第一校正斜率。第一定域電漿共振感測訊號包含以參考光波導元件31檢測空白溶液所產生之第一訊號以及以參考光波導元件31檢測樣品所產生之第二訊號。

此外，感測光波導元件32以第二貴金屬奈米粒子層進行修飾。第二貴金屬奈米粒子層以辨識元進一步修飾。在此，辨識元包含化學辨識分子、抗體、抗原、凝集素、激素受體、核酸或醣類。從光源71發出之另一部分之入射光被導入感測光波導元件32以產生第二定域電漿共振感測訊號。於此，感測光波導元件32具有第二校正斜率，其可與參考光波導元件31之第一校正斜率不同。第二定域電漿共振感測訊號包含以感測光波導元件32檢測空白溶液所產生之第三訊號以及以感測光波導元件32檢測樣品所產生之第四訊號。於此，參考光波導元件31和感測光波導元件32各自的數量是一個或多個。

光檢測單元73，例如至少一光電二極管的組合物，接收分別由參考光波導元件31及感測光波導元件32產生之第一定域電漿共振感測訊號及第二定域電漿共振感測訊號。然後光檢測單元73將第一定域電漿共振感測訊號及第二定域電漿共振感測訊號傳輸至可為處理器之處理單元74。處理單元74正規化第二訊號與第一訊號之間的第一差值及正規化於第四訊號與第三訊號之間的第二差值。然後，處理單元74利用參考光波導元件31之第一校正斜率和感測光波導元件32之第二校正斜率來調節被正規化的第二差值。因此，獲得調節過的第二差值。然後，處理單元74利用正規化的第一差值及調節過的第二差值之間的差值，以獲得感測器響應。因此，能夠容易且更準確的補償溫度效應及批量組成 (bulk-composition)效應以及非特異性吸附。此外，參考光波導元件31和感測光波導元件32的特性可以不同。

例如，本發明中所用之定域電漿共振感測技術係以漸逝波被光波導元件上之貴金屬奈米粒子層吸收為基礎。當光線透過連續的全內反射(TIR)沿著光波導元件傳輸時，貴金屬奈米粒子會被漸逝場激發，且藉此使得通過光波導元件的光線會藉由與貴金屬奈米粒子的交互作用而衰減。當此衰減藉由多次的全內反射而增加時，貴金屬奈米粒子的低吸收量可被大幅度的增加。因為定域電漿共振感測技術係以金奈米粒子層於不同折射率(RI)的環境中之吸收量變化為基礎，因此可假設在圍繞貴金屬奈米粒子層的介質折射率增加Dn時，貴金屬奈米粒子層的離散吸收係數(bulk absorption coefficient)可從空白溶液的a₀ 增加到樣品的a₀ +Da。因此，若繪出Da/a₀ 相對於Dn之圖，則將得到斜率為m之線性迴歸線。因此定域電漿共振的感測器響應可近似於下述關係式：，其中正規化響應DI/I₀ 係定義為從沉浸於樣品(I)中之修飾有貴金屬奈米粒子層之光波導元件所收集之訊號強度對應於從沉浸於空白溶液(I₀ )之相同之光波導元件所收集之訊號強度，且DI/I₀ 相對於Dn的圖亦將產生斜率為m之線性迴歸線。因為結合於貴金屬奈米粒子表面的分子將促使貴金屬奈米粒子的感測深度中之區域性折射指數增加，所以此結合將通過光波導元件導致傳輸光強度的降低。因此，利用共軛於貴金屬奈米粒子表面上之辨識分子，可於不使用標記的情況下及時感測對應的分析物。

溫度效應及批量組成效應可能使得定域電漿共振感測器響應產生明顯的變化，其會隱晦掉分析物之特定結合所產生之響應變化。於此，使用雙槽道定域電漿共振感測系統中之新的自我校正機制，以補償複合樣品中之此些效應(例如熱、離散折射率及顏色干擾等)。具有專一性之辨識分子固定化之感測光波導元件32，將量測分析物之特定結合及不想要之溫度效應及批量組成效應。理想上，於感測光波導元件32應該無非特異性吸附。然而，實質上，難以完全避免非特異性吸附。因此，補償響應可描述為下述關係式：(1) 其中DI_S /I_S0 為感測光波導元件32之正規化響應，m_S 為感測光波導元件32之校正斜率，Dn_M 為介質之不同折射率變化，Dn_NA 為非特異性吸附所導致之有效區域性折射率變化，如有，Dn_SA 為特異性吸附所致之有效區域性折射率變化。

此外，無具有專一性的辨識分子之固定化之參考光波導元件31，將僅量測到溫度效應及批量組成效應以及非特異性吸附，如有，及感測器響應，其可描述為下述關係式：(2) 其中DI_R /I_R0 為參考光波導元件31之正規化響應而m_R 為參考光波導元件31之校正斜率。

經改寫式(1)後，僅特異性吸附所致之感測器反應可表示為：(3) 理想上，若感測光波導元件32之校正斜率等於參考光波導元件31之校正斜率(即m_S = m_R )，則從公式(2)及(3)，(4)

然而，遵循嚴格的品質控制方式，以控制波導表面上的貴金屬奈米粒子的表面覆蓋率及a₀ ，且因此使得感測光波導元件32及參考光波導元件31二者間的校正斜率近乎完全相同是非常耗成本且繁瑣的。

而若感測光波導元件32之校正斜率與參考光波導元件31之校正斜率不同，即m_S ≠ m_R ，則從公式(2)及(3)，(5)

當樣品之注入導致介質折射率及Dn_M 之變化時，感測光波導元件32及參考光波導元件31之正規化響應將分別為DI_S,M /I_S0 及DI_R,M /I_R0 。此些變化可輕易的從感測圖中得知。DI_S,M /I_S0 及DI_R,M /I_R0 對Dn_M 之圖可分別表示感測光波導元件32及參考光波導元件31之校正斜率，式(5)可改寫為(6)

此結果意味著，故意使用空白溶液及具有不同折射率之樣品會更容易及精確地補償熱效應、批量組成效應及非特異性吸附。

為了量化自我校正型定域電漿共振感測系統之感測器響應對應於不同之折射率變化，純水及具有不同折射指數(1.33250-1.35726)之磷酸鹽緩衝食鹽水(PBS)溶液會依序的注入於感測器晶片中。參照第14圖(A)，其顯示感測光波導元件及參考光波導元件之正規化響應代表感測圖。基線建立於兩光波導元件與純水接觸時。自感測光波導元件的基線，雜訊(s)之功率穩定性或相對標準差被估測為每120秒0.0073%。包含由五次注入純水樣品所致之雜訊，關於感測光波導元件之正規化響應回歸之殘差平方和(SSE)之總和估測為0.0319%。隨著注入樣品之折射率逐步增加，二個光波導元件之正規化響應顯示步進的趨勢。透過式(5)的校正，補償後之響應理想上應為具有平均值為零的直線。參照第14圖(B)，其顯示由感測系統獲得的補償響應。如第14圖(B)所示，關於補償後響應之迴歸之SSE估測為0.0151%。此可比且甚至較佳的SSE值指出自我校正型定域電漿共振感測系統有效地補償基礎背景之折射率變化。

進一步，藉由使用本發明之自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統來補償溫度效應。一般而言，溶液的折射率與溫度有關。可發現的是，於波長632.8奈米的情況下，溫度的變化會導致水的折射率變化9´10^{- 5} RIU×°C^{- 1} 。參照第15圖(A)，其描繪水中之感測光波導元件及參考光波導元件響應於注入約15 °C及 45 °C之純水樣品之實時正規化響應圖。於自我校正型定域電漿共振感測系統中，當溫度降低時，兩個光波導元件之正規化響應會同時上升；而當溫度上升時，兩個光波導元件之正規化響應會同時下降。基於第15圖(A)所示之資料，關於包括溫度效應之感測光波導元件之正規化響應之迴歸之SSE估測為0.2316%。此外，參照第15圖(B)，其顯示由響應於溫度變化的感測系統獲得的補償響應。如第15圖(B)所示，關於補償後響應之迴歸之SSE估測為0.0284%。此結果顯示自我校正型定域電漿共振感測系統對溫度變化提供較卓越之補償。另一方面，表面電漿共振(SPR)感測器之溫度變化補償是一種挑戰。

此外，非特異性吸附效應係藉由使用本發明之自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統來補償。對於真實樣品之生物感測器應用來說，非特異性吸附將導致以鄰近於生物感測器表面之折射率變化之檢測為基礎之生物感測器產生誤差。儘管已採用各種方法來減少感測器表面之非特異性吸附，但完全的消除此效應仍為一種技術上之挑戰。取而代之的方法為藉由參考感測器的機制補償非特異性吸附效應。若參考感測器除了無官能化辨識分子外，完全相同，則參考感測器可用以補償非特異性吸附。參照第16圖(A)，其顯示參考光波導元件和感測光波導元件於兩個波導元件依序曝露到抗生物素溶解在PBS緩衝液之具有從26.2nM增加至349nM的濃度之各種樣品之數據。如第16圖(A)所示，當感測光波導元件32產生較大之訊號時，參考光波導元件31上會具有小量之非特異性吸附。參照第16圖(B)，其顯示由第六實施例的自我校正型感測系統所獲得的補償響應。藉由式(4)，可透過光波導元件間之正規化響應之成對差異計算出補償後響應。參照第17圖，其顯示由第六實施例的自我校正型感測系統所獲得的抗生物素抗體的校正曲線圖。如第17圖所示，DI_S,SA /I_S0 對取對數後之抗生物素抗體濃度之校正曲線圖在濃度範圍為52.4 nM至349 nM中呈現線性 (相關係數r = 0.9989,n = 3)。自我校正型定域電漿共振感測系統對於抗生物素抗體之檢測限制(LOD)估測為29.5 nM。另一方面，若只使用感測光波導元件32之正規化響應建立此校正曲線圖，則其誤差會大至46%。

此外，藉由使用本發明之自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統來補償離散折射率效應和非特異性吸附效應。例如，用於建立基線和溶解樣品之緩衝液的折射率有意選擇為不同，以證實補償離散折射率效應和非特異性吸附效應的可行性，並且還透過兩個光波導感測器獲得對折射率變化的急劇響應之優點，以校正於感測光波導元件32與參考光波導元件31之間之校正斜率的差異。參考第18圖(A)，其顯示感測光波導元件32及參考光波導元件31注入5X PBS(RI = 1.33918)中包含濃度52.4nM之抗生物素樣品之實時正規化響應。如第18圖(A)所示，感測光波導元件32及參考光波導元件31兩者之正規化響應由於折射率的增加而立即且同步地增加。之後，感測光波導元件32之正規化響應會持續地增加且順著分子結合動態曲線，而參考光波導元件31之正規化響應則因為非特異性吸附而非常緩慢的增加。基質變化所致之正規化響應，DI_S,M /I_S0 及DI_R,M /I_R0 可簡單地藉由使用分子結合動態曲線及由離散折射率變化所致之響應曲線的交點，估算DI_S,M 及DI_R,M 而判定。

繼續往下說，參考第18圖(B)，其顯示由本發明的第六實施例的自我校正型感測系統所獲得的補償響應。如第18圖(A)及第18圖(B)所示，由於正規化響應中之急遽上升之區域提供一種機制以校正感測光波導元件32及參考光波導元件31之間之校正斜率之差異，補償後之響應可藉由式(6)而計算得到。從如第18圖(B)所示的校正曲線圖，摻雜樣品中的抗生物素抗體濃度估測為54.1 ± 4.0 nM (n = 3)，此產生103.2%之回收率。此結果指出，自我校正型定域電漿共振感測系統對於樣品中之離散折射率效應及非特異性吸附效應，均能提供卓越之補償。

此外，藉由使用本發明之自我校正型定域電漿共振感測裝置及其系統來補償顏色干擾。參照第19圖(A)，其顯示透過直線透射獲得之赤蘚紅溶液及光波導元件的反射表面上的貴金屬奈米粒子層的消散光譜。如第19圖(A)所示，當真實樣品具有重疊於入射光之激發頻譜之顏色時，在波導元件的反射表面的漸逝波可以由真實樣品的基質以及貴金屬奈米粒子所吸收。因此，將產生頻譜干擾且導致分析錯誤。在本發明的例子中，藉由加入染料(赤蘚紅)於樣品中以製造彩色基質。明顯地，在約527奈米之赤蘚紅溶液(2×10^-5 g/mL)之峰值波長與本例中所使用之LED所發出之峰值波長重疊，且亦與貴金屬奈米粒子層的電漿吸收帶重疊。

參照第19圖(B)及第19圖(C)，其分別顯示光波導元件注入赤蘚紅溶液中包含濃度52.4nM之抗生物素抗體樣品之實時正規化響應，及由本發明的第六實施例的自我校正型感測系統所獲得的補償響應；如第19圖(B)及第19圖(C)所示，當摻雜抗生物素抗體(52.4nM)之赤蘚紅溶液注入感測器晶片時，感測光波導元件32及參考光波導元件31之正規化響應均會由於顏色干擾而立即且同時增加。另一方面，於訊號急遽增加後，感測光波導元件32之正規化響應持續地增加且遵循著分子結合動態曲線，而參考光波導元件31之正規化響應則會由於非特異性吸附而非常緩慢地增加。依據同樣的理由，補償後感測器響應可藉由式(6)而計算得到。依據第17圖所示之校正曲線，摻雜樣品中的抗生物素抗體濃度估測為49.2 ± 5.2 nM (n = 3)，此產生93.9%之回收率。此結果指出，自我校正型定域電漿共振感測系統對於樣品基質中之顏色的干擾提供卓越之補償。

此外，可直接檢測在複合介質中之抗生物素抗體。更詳細而言，許多種真實樣品(例如全血、植物樹液)具有非常複雜之基質，其就樣品空白溶液、顏色干擾及非特異性吸附間之折射率差異而言，會導致直接生物感測的結果發生誤差。然而，在本發明中，於此使用由高折射率緩衝液及作為顏色干擾物質之赤蘚紅所組成之模擬複合樣品，以證實自我校正型定域電漿共振感測系統用於直接檢測在此種複合樣品中之抗生物素抗體之可行性。如第16圖(C)及第16圖(D)所示，其分別顯示注入1X PBS溶液於感測器晶片中以建立平坦的基線，然後溶解在10X PBS之緩衝液，並摻有濃度從26.21 nM增加至349 nM之抗生物素抗體之各種赤蘚紅(4×10^-5 g/mL) 溶液樣品依序注入到感測器晶片，及本發明的第六實施例之補償感測器響應。DI_S,SA /I_S0 對對數抗生物素抗體濃度的校正曲線如第17圖所示，該圖於濃度介於52.4 nM-349 nM的範圍中具有線性關係(相關係數r = 0.9993,n = 3)。自我校正型定域電漿共振感測系統對於此種複合介質中之抗生物素抗體之LOD係為31.8nM，其近似於1X PBS中之抗生物素抗體之LOD (LOD = 29.5nM)。為了比較來自簡單緩衝液中及複合溶液中之樣品所得到之結果，藉由pair-t測試執行這兩組結果之統計分析。結果顯示，這兩組各別之平均值符合95%之相互可信區間，因此意謂著自我校正型定域電漿共振感測系統提供簡易、可重複性及高靈敏度之方法以感測複合樣品中之分析物。

因此，本發明中證明一種新的方法，其以自我校正型雙槽道定域電漿共振感測系統為基礎，進行電漿共振生物感測。此方法使用參考光波導元件31以精確地補償於單一微流體晶片中之感測光波導元件之系統誤差(例如溫度變化、離散折射率變化、顏色干擾及/或非特異性吸附)。自我校正機制可允許即時定域電漿共振生物感測應用於可不保持定值的室溫條件之實驗室外。且其亦特別地適用於複合真實樣品中之生物感測，複合真實樣品中干擾效應對許多無標記折射率生物感測器產生巨大挑戰。由於定域電漿共振感測器係基於正規化響應以進行資料分析，所以可緩和對於精確光學對準的需求。故，伴隨著用以補償熱效應、批量組成效應及非特異性吸附之自我校正機制，雙槽道定域電漿共振感測系統具有潛力以發展成用以於環境、農業、食物及衛生保健等領域之臨場化學及生化分析之行動生物感測器。

以上闡述的描述僅僅是示例性的而不是限制性的。不脫離本發明的精神及範圍的情況下所作出的所有有效之等效修改、改變或轉換，視為由本發明之申請專利範圍的領域所涵蓋。

1‧‧‧貴金屬奈米粒子
2、72‧‧‧自我校正型光纖式定域電漿共振感測裝置
21、721、81、91、101、111‧‧‧參考光纖
211、221‧‧‧貴金屬奈米粒子層
22、722、82、92、102、112‧‧‧感測光纖
2211‧‧‧辨識元
23、723‧‧‧載體
31‧‧‧參考光波導元件
32‧‧‧感測光波導元件
33‧‧‧載體
34‧‧‧槽道
35‧‧‧V形槽道
37、36‧‧‧開口
41‧‧‧樣品槽；
51‧‧‧鏡面
52、62‧‧‧濾膜
61‧‧‧剛性支架
71‧‧‧光源
73‧‧‧光檢測單元
74‧‧‧處理單元
75‧‧‧鎖定放大器
76‧‧‧訊號產生器

第1圖係為習知之定域電漿共振之示意圖；

第2圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振感測裝置之示意圖；

第3a圖係為根據本發明之光纖，其在光纖的某一區域的包層被完全剝離之示意圖；

第3b圖係為根據本發明之光纖，其在光纖的某一區域的包層被部分剝離之示意圖；

第3c圖和第3d圖係為根據本發明之光纖，其在光纖的某一區域的包層被部分剝離之剖面示意圖；

第3e圖係為根據本發明之參考光纖，其貴金屬奈米粒子表面以具有硫醇頭部基和羥基端基的單分子層進行修飾的示意圖；

第3f圖係為根據本發明之感測光纖，其貴金屬奈米粒子表面以具有硫醇頭部基和羥基或羧酸端基的混合單分子層進行修飾之示意圖；

第3g圖係為根據本發明之感測光纖，其貴金屬奈米粒子表面以具有硫醇頭部基和氨基端基的單分子層進行修飾之示意圖；

第4a圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振感測裝置之第一實施例示意圖；

第4b圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振感測裝置之第二實施例示意圖；

第4c圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振感測裝置之第三實施例示意圖；

第5圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振感測裝置之第二實施例示意圖；

第6a圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振感測裝置之第三實施例示意圖；

第6b圖係為根據本發明之參考光纖和感測光纖，其端面處分別以貴金屬奈米粒子層進行修飾之示意圖；

第7圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振感測系統之示意圖；

第8a圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第一實施例獲得之訊號-時間關係圖；

第8b圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第一實施例獲得之相對訊號-時間關係圖；

第9a圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第二實施例獲得之訊號-時間關係圖；

第9b圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第二實施例獲得之相對訊號與對數濃度圖；

第10a圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第三實施例獲得之訊號-時間關係圖；

第10b圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第三實施例獲得之相對訊號-時間關係圖；

第11a圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第四實施例獲得之訊號-時間關係圖；

第11b圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第四實施例獲得之相對訊號-時間關係圖；

第12a圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第五實施例獲得之訊號-時間關係圖；

第12b圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第五實施例獲得之相對訊號-時間關係圖；

第12c圖係為根據本發明之自我校正型光纖式定域電漿共振系統之第五實施例獲得之相對訊號與對數濃度關係圖；

第13圖係為根據本發明第六實施例之自我校正型定域電漿共振感測裝置之示意圖；

第14圖(A)係示出感測光波導元件和參考光波導元件兩者的正規化響應之代表感測圖；

第14圖(B)係示出由感測系統獲得的補償響應圖；

第15圖(A)係為描繪響應於在自我校正型定域電漿共振系統中注入約15 °C及 45 °C之純水樣品之感測光波導元件及參考光波導元件之實時正規化響應圖；

第15圖(B)係示出響應於溫度變化的感測系統獲得的補償響應圖；

第16圖(A)示出參考光波導元件和感測光波導元件兩者於將兩個波導元件依序曝露至以26.2 nM增加至349 nM的濃度將抗生物素抗體之各種樣品溶解在PBS緩衝液期間之數據；

第16圖(B)示出由本發明第六實施例的自我校正型感測系統獲得的補償響應圖；

第16圖(C)示出注入1X PBS溶液至感測器晶片以建立平坦基線，然後將溶解在10X PBS之緩衝液且摻有從26.21 nM增加至349 nM之濃度之抗生物素抗體之各種赤蘚紅(erythrosine, 4×10^-5 g/mL) 溶液樣品依序注入到感測器晶片；

第16圖(D)示出本發明第六實施例的補償感測器響應圖；

第17圖示出由本發明第六實施例的自我校正型感測系統獲得的抗生物素抗體的校正曲線圖；

第18圖(A)示出注入5X PBS(RI = 1.33918)中有52.4 nM濃度之抗生物素抗體樣品之感測光波導元件及參考光波導元件之實時正規化響應圖；

第18圖(B)示出本發明第六實施例的自我校正型感測系統獲得的補償響應圖；

第19圖(A)示出由直線透射(in-line transmission)獲得之赤蘚紅溶液及光波導元件的反射表面上的貴金屬奈米粒子層的消散光譜；

第19圖(B)示出注入在赤蘚紅溶液中具有濃度52.4nM之抗生物素抗體樣品之光波導元件之實時正規化響應圖；

第19圖(C)示出本發明第六實施例的自我校正型感測系統獲得的補償響應圖。

2‧‧‧自我校正型光纖式定域電漿共振感測裝置

21‧‧‧參考光纖

211、221‧‧‧貴金屬奈米粒子層

22‧‧‧感測光纖

2211‧‧‧辨識元

23‧‧‧載體

Claims (23)

1. 一種自我校正型定域電漿共振感測裝置，其包含： 一參考光波導元件，其以一第一貴金屬奈米粒子層進行修飾，且部分之入射光被導入該參考光波導元件以產生一第一定域電漿共振感測訊號，其中該第一定域電漿共振感測訊號包含由該參考光波導元件檢測一空白溶液所產生之一第一訊號以及由該參考光波導元件檢測一樣品所產生之一第二訊號，其中該參考光波導元件具有一第一校正斜率； 一感測光波導元件，其以一第二貴金屬奈米粒子層進行修飾，該第二貴金屬奈米粒子層以一辨識元進一步修飾，且另一部分之入射光被導入該感測光波導元件以產生一第二定域電漿共振感測訊號，其中該第二定域電漿共振感測訊號包含由該感測光波導元件檢測該空白溶液所產生之一第三訊號以及由該感測光波導元件檢測該樣品所產生之一第四訊號，其中該感測光波導元件具有一第二校正斜率，其中一處理器正規化該第二訊號與該第一訊號之間的一第一差值並正規化該第四訊號與該第三訊號之間的一第二差值，其中該處理器利用該第一校正斜率和該第二校正斜率來調節被正規化的該第二差值，以獲得一調節過的第二差值，且然後該處理器利用正規化的該第一差值及該調節過的第二差值之間的一差值，以獲得一感測器響應；以及 一載體，其放置該參考光波導元件和該感測光波導元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自我校正型定域電漿共振感測裝置，其中該第一貴金屬奈米粒子層係在該參考光波導元件的一反射面進行修飾。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自我校正型定域電漿共振感測裝置，其中該第二貴金屬奈米粒子層係在該感測光波導元件的一反射面進行修飾。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自我校正型定域電漿共振感測裝置，其中該參考光波導元件和該感測光波導元件是光纖、槽道波導、平面波導、或管狀波導。
5. 如申請專利範圍第4項所述之自我校正型定域電漿共振感測裝置，其中當該參考光波導元件為光纖時，該第一貴金屬奈米粒子層係於光纖之一包層剝除區域或一端面處進行修飾。
6. 如申請專利範圍第4項所述之自我校正型定域電漿共振感測裝置，其中當該感測光波導元件為光纖時，該第二貴金屬奈米粒子層於光纖之一包層剝除區域或一端面處進行修飾。
7. 如申請專利範圍第1項所述之自我校正型定域電漿共振感測裝置，其中該自我校正型定域電漿共振感測裝置為一微流體晶片或一現址採樣和分析裝置。
8. 如申請專利範圍第7項所述之自我校正型定域電漿共振感測裝置，其中該參考光波導元件及該感測光波導元件分別在該參考光波導元件之一端面及該感測光波導元件之一端面建構一鏡面，其中該參考光波導元件及該感測光波導元件為光纖或管狀波導。
9. 如申請專利範圍第8項所述之自我校正型定域電漿共振感測裝置，其中該參考光波導元件及該感測光波導元件進一步設置有一濾膜及具有至少一開口的一剛性支架，該鏡面提供用以反射該第一定域電漿共振感測訊號和該第二定域電漿共振感測訊號，該濾膜過濾具有比該濾膜的平均孔徑大的尺寸之干擾物質，且該剛性支架包住該參考光波導元件及該感測光波導元件，以提高採樣操作期間該自我校正型定域電漿共振感測裝置的機械強度。
10. 如申請專利範圍第1項所述之自我校正型定域電漿共振感測裝置，其中該辨識元包含化學辨識分子、抗體、抗原、凝集素、激素受體、核酸或醣類。
11. 如申請專利範圍第1項所述之自我校正型定域電漿共振感測裝置，其中該感測器響應由下面的公式表示：；  其中ΔI_S,SA 表示僅特定吸附所致之該感測器響應，I_S0 表示由該感測光波導元件檢測該空白溶液所產生之該第三訊號，ΔI_S 表示該第四訊號與該第三訊號之間的該第二差值，ΔI_S,M /I_S0 及ΔI_R,M /I_R0 分別表示該感測光波導元件和該參考光波導元件的正規化響應，其分別表示該第二校正斜率和該第一校正斜率，ΔI_R 表示該第二訊號與該第一訊號之間的該第一差值，而I_R0 表示由該參考光波導元件檢測該空白溶液所產生之該第一訊號。
12. 一種自我校正型定域電漿共振感測系統，其包含： 一光源，其產生一入射光； 一定域電漿共振感測裝置，其包括： 一參考光波導元件，其以一第一貴金屬奈米粒子層進行修飾，且部分之入射光被導入該參考光波導元件以產生一第一定域電漿共振感測訊號，其中該參考光波導元件具有一第一校正斜率； 一感測光波導元件，其以一第二貴金屬奈米粒子層進行修飾，該第二貴金屬奈米粒子層以一辨識元進一步修飾，且另一部分之入射光被導入該感測光波導元件以產生一第二定域電漿共振感測訊號，其中該感測光波導元件具有一第二校正斜率；以及 一載體，其放置該參考光波導元件和該感測光波導元件； 至少一光檢測單元，其接收該第一定域電漿共振感測訊號及該第二定域電漿共振感測訊號，其中該第一定域電漿共振感測訊號包含由該參考光波導元件檢測一空白溶液所產生之一第一訊號以及由該參考光波導元件檢測一樣品所產生之一第二訊號，該第二定域電漿共振感測訊號包含由該感測光波導元件檢測該空白溶液所產生之一第三訊號以及由該感測光波導元件檢測該樣品所產生之一第四訊號；以及 一處理器，其正規化該第二訊號與該第一訊號之間的一第一差值並正規化該第四訊號與該第三訊號之間的一第二差值，其中該處理器利用該第一校正斜率和該第二校正斜率來調節正規化之該第二差值，以獲得一調節過的第二差值，及然後該處理器利用正規化的該第一差值及該調節過的第二差值之間的一差值，以獲得一感測器響應。
13. 如申請專利範圍第12項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其中該第一貴金屬奈米粒子層係在該參考光波導元件的一反射面進行修飾。
14. 如申請專利範圍第12項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其中該第二貴金屬奈米粒子層係在該感測光波導元件的一反射面進行修飾。
15. 如申請專利範圍第12項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其中該參考光波導元件和該感測光波導元件是光纖、槽道波導、平面波導、或管狀波導。
16. 如申請專利範圍第15項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其中當該參考光波導元件為光纖時，該第一貴金屬奈米粒子層係於光纖之一包層剝除區域或一端面處進行修飾。
17. 如申請專利範圍第15項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其中當該感測光波導元件為光纖時，該第二貴金屬奈米粒子層係於光纖之一包層剝除區域或一端面處進行修飾。
18. 如申請專利範圍第12項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其中該定域電漿共振感測裝置為一微流體晶片或一現址採樣和分析裝置。
19. 如申請專利範圍第18項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其中該參考光波導元件及該感測光波導元件分別在該參考光波導元件之一端面及該感測光波導元件之一端面建構一鏡面，其中該參考光波導元件及該感測光波導元件為光纖或管狀波導。
20. 如申請專利範圍第19項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其中該參考光波導元件及該感測光波導元件進一步設置有一濾膜及具有至少一開口的一剛性支架，該鏡面提供用以反射該第一定域電漿共振感測訊號和該第二定域電漿共振感測訊號，該濾膜過濾具有比該濾膜的一平均孔徑大的尺寸之干擾物質，且該剛性支架包住該參考光波導元件及該感測光波導元件，以提高採樣操作期間該定域電漿共振感測裝置的機械強度。
21. 如申請專利範圍第12項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其中該辨識元包含化學辨識分子、抗體、抗原、凝集素、激素受體、核酸或醣類。
22. 如申請專利範圍第12項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其進一步包含一鎖定放大器，其具有放大該第一定域電漿共振感測訊號及該第二定域電漿共振感測訊號，並抑制系統雜訊之功能。
23. 如申請專利範圍第1項所述之自我校正型定域電漿共振感測系統，其中該感測器響應由下面的公式表示：； 其中ΔI_S,SA 表示僅特定吸附所致之該感測器響應，I_S0 表示由該感測光波導元件檢測該空白溶液所產生之該第三訊號，ΔI_S 表示該第四訊號與該第三訊號之間的該第二差值，ΔI_S,M /I_S0 及ΔI_R,M /I_R0 分別表示該感測光波導元件和該參考光波導元件的正規化響應，其分別表示該第二校正斜率和該第一校正斜率，ΔI_R 表示該第二訊號與該第一訊號之間的該第一差值，而I_R0 表示由該參考光波導元件檢測該空白溶液所產生之該第一訊號。