TW202014705A - 生醫感測裝置及抗原含量的檢測方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種生醫感測裝置及其應用。所述生醫感測裝置包含基材、第一高分子層與第二高分子層。第一高分子層中包含複合抗體，其包括第一抗體以及標記分子。第二高分子層具有反蛋白石光子晶體結構，其中分佈有金奈米粒子與第二抗體。複合抗體、抗原與第二抗體於第二高分子層中形成複合體，並可藉由生醫感測裝置之螢光強度、紅移量或目視顏色改變，獲得抗原含量。

Description

生醫感測裝置及抗原含量的檢測方法

本發明是有關於一種生醫感測裝置及其應用，且特別是有關於一種包含光子晶體結構的生醫感測裝置，以及利用上述裝置進行之抗原濃度的檢測方法。

常見的糖尿病之視網膜病變的檢測方法包括光學同調斷層掃描或眼底血管螢光鏡。此些儀器不但價格昂貴，且係以侵入性的方式進行檢測。此外，此些儀器之檢測尚有耗時、病狀早期或不明顯時不易判斷、單點取樣等缺點。

目前已知脂質運載蛋白-1(lipocalin 1；LCN1)可做為糖尿病之視網膜病變的生物指標。一般而言，常人淚液中的LCN1含量約為1至2mg/ml，而糖尿病之視網膜病變的患者之LCN1含量可能為正常值的好幾倍，故可利用LCN1含量的變化來檢測糖尿病之視網膜病變。然而，上述的含量變化十分微量，如何偵測上述微量變化為目前尚須克服的難題之一。

反蛋白石光子晶體結構常用來改善檢測時的光學性質(例如螢光強度)，且其在結構改變時會有折射率及反射率的變化，可藉由反射峰的變化偵測分析物含量。

有一種方法係分別將具有葡萄糖、pH值和鉀離子濃度檢測功能之反蛋白石光子晶體結構的水凝膠微球設於隱形眼鏡上，以分別觀察淚液中上述三個數值的改變。此方法主要係藉由水凝膠膨脹或收縮而改變粒子與粒子間的間距，造成波長範圍與顏色改變，但在低濃度分析物下，上述變化不顯著。此外，上述方法也無法檢測蛋白質。

尚有一種方法係將具有不同編碼的光子晶體凝膠薄膜分別接附不同抗體，其係對應不同分析物。之後，檢測上述不同編碼的光子晶體凝膠薄膜之個別的反射峰。然後，使分析物與光子晶體凝膠薄膜反應接合後，再度檢測上述反射峰。接附有分析物的光子晶體凝膠薄膜之反射峰會產生變化。上述方法雖可用於蛋白質的檢測，但仍無法克服低濃度分析物的限制。

更有一種方法係類似於上述接附抗體的方法，但在與分析物反應後，此方法進一步加入上述分析物的二次抗體，以增加光子晶體折射率。然而，上述方法不僅操作繁瑣，利用二次抗體所增加的折射率仍不足以克服低濃度分析物的限制。

鑒於上述種種缺點，目前亟需提出一種生醫感測裝置及抗原濃度的檢測方法，其可檢測低濃度抗原、具有高靈敏度、可平均取樣，以及可長時間監控抗原濃度。

因此，本發明的一個態樣在於提供一種生醫感測 裝置，其可有效增加螢光強度及紅位移，從而可偵測低濃度抗原，及/或可直接以生醫感測裝置的呈色變化判斷抗原含量。

本發明的另一個態樣在於提供一種抗原含量的檢測方法，其係使用上述生醫感測裝置來進行。

根據本發明之上述態樣，首先提出一種生醫感測裝置。在一些實施例中，生醫感測裝置包含基材、第一高分子層和第二高分子層。所述基材中包含相接的第一區和第二區，且第二區位於第一區的一側。所述第一高分子層係設置在第一區上。第一高分子層中分布有複數個複合抗體，此些複合抗體之每一者包含標記分子和相連之第一抗體。所述第二高分子層係設置在第二區上。所述第二高分子層中具有反蛋白石光子晶體結構，此反蛋白石光子晶體結構包含複數個孔洞，此些孔洞之每一者的孔壁上設有複數個金奈米粒子和複數個第二抗體，且第一抗體和第二抗體係辨識同一抗原。

依據本發明的一些實施例，第二區係位於第一區上方。

依據本發明的一些實施例，第一區和第二區依序由外至內同心環設繞基材之中心。

依據本發明的一些實施例，所述第一區之底面係具有凹陷剖面，且此凹陷剖面具有第一深度。此外，所述第二區之底面具有不對稱U型凹陷剖面，此不對稱U型凹陷剖面具有第二深度，且第二深度大於上述第一深度。

依據本發明的一些實施例，所述反蛋白石光子晶體結構為奈米珠的面心立方堆疊之反向結構，所述奈米珠具有 100奈米至1000奈米之粒徑，且所述奈米珠的表面分佈有金奈米粒子。

依據本發明的一些實施例，所述標記分子包含螢光分子，且所述金奈米粒子具有5奈米至80奈米之粒徑。

依據本發明的一些實施例，所述生醫感測裝置更包含設於第一高分子層上方的第三高分子層。

依據本發明的一些實施例，所述生醫感測裝置為隱形眼鏡，基材之中心為隱形眼鏡之光學區，第一區與第二區分布於隱形眼鏡之非光學區，至少第二高分子層係從隱形眼鏡之一面暴露出來，且此面為眼球直接接觸面的相對面。

根據本發明的上述態樣，提出一種抗原含量的檢測方法。首先，提供如上述的生醫感測裝置，其中此生醫感測裝置的基材中包含相通之第一區和第二區，且第二區係位於第一區之一側。令包含抗原之生物液體樣本從生醫感測裝置之第二區流入至第一區，以釋放出複數個複合抗體之至少一者，並使此些複合抗體之至少一者、所述抗原以及複數個第二抗體之至少一者反應達特定時間，以於第二區形成複合體。接下來，以特定波長之光源檢測生醫感測裝置之第二區的複合體之光學性質，其中此光學性質包含螢光強度或呈色。然後，根據此光學性質獲得所述抗原的含量。

依據本發明的一些實施例，上述特定波長為200奈米至700奈米，且所述第二區之反蛋白石光子晶體結構增加至少2倍的所述螢光強度。

100、200、300、400、500、600‧‧‧生醫感測裝置

110、210、310、410、510、610‧‧‧基材

112、212、312、412、512、612‧‧‧第一區

114、214、314、414、514、614‧‧‧第二區

120、220、320、420、520、620‧‧‧第一高分子層

121‧‧‧複合抗體

123‧‧‧標記分子

125‧‧‧第一抗體

130、230、330、430、530、630‧‧‧第二高分子層

130A‧‧‧反蛋白石光子晶體結構

130’‧‧‧第二高分子材料層

131‧‧‧孔洞

131S‧‧‧孔壁

133‧‧‧金奈米粒子

135‧‧‧第二抗體

140‧‧‧第三高分子層

340、440、540‧‧‧中心

422‧‧‧凹陷剖面

432‧‧‧不對稱U型凹陷剖面

434、436‧‧‧側壁

700‧‧‧面心立方堆疊

702‧‧‧奈米珠

710‧‧‧二氧化矽蝕刻劑

720‧‧‧氨基烷基烷氧基矽烷化合物

800‧‧‧方法

810‧‧‧提供生醫感測裝置

820‧‧‧令包含抗原之生物液體樣本從該生醫感測裝置之第二區流入至第一區，以釋放複數個複合抗體之至少一者，並於第二區形成複合體

830‧‧‧以特定波長之光源檢測生醫感測裝置之第二區的複合體之光學性質

840‧‧‧根據所述光學性質獲得抗原的含量

900‧‧‧複合體

901‧‧‧抗原

D1‧‧‧第一深度

D2‧‧‧第二深度

1001、1003、1005‧‧‧長條圖

從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本發明之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。

[圖1A]係本發明之一實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖。

[圖1B]係第一高分子層的示意剖面圖。

[圖1C]係第二高分子層的示意剖面圖。

[圖2]係本發明之另一實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖。

[圖3A]和[圖3B]係本發明之一些實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖和上視圖。

[圖4]係本發明之另一些實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖。

[圖5A]和[圖5B]係本發明之又一些實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖和上視圖。

[圖6A]和[圖6B]係根據本發明之另一些實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖和上視圖。

[圖7A]至[圖7E]係第二高分子層的形成方法。

[圖8]係根據本發明之一實施例所述之抗原含量的檢測方法之示意流程圖。

[圖9]係形成複合體之第二高分子層的示意剖面圖。

[圖10]係本發明的實施例1和2之螢光強度的長條圖。

[圖11]係本發明之實施例3的螢光強度之長條圖。

[圖12A]和[圖12B]係本發明之實施例4的螢光強度及螢光增顯倍率的長條圖。

本發明的目的在於提供一種生醫感測裝置，其可偵測抗原的含量。在具有反蛋白石光子晶體結構並分佈有金奈米粒子的高分子層中，使複合抗體、抗原和抗體形成三明治免疫結構，以改善生醫感測裝置的光學性質(例如螢光強度或紅移量)。此生醫感測裝置可檢測低濃度抗原的含量，或可從生醫感測裝置的呈色變化得知抗原含量之變化。此外，此生醫感測裝置係平均取樣，並適用於長期監控抗原濃度變化。再者，此生醫感測裝置為純光學式的裝置，不須驅動裝置。

首先請先參考圖1A，其係繪示本發明之一實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖。如圖1A所示，生醫感測裝置100包含基材110、第一高分子層120和第二高分子層130。基材110中包含相接第一區112和第二區114，且第二區114係位於第一區112的一側。第一高分子層120係設置在第一區112中，而第二高分子層130係設置在第二區114中。

接下來請參考圖1B，其係第一高分子層的示意剖面圖。如圖1B所示，第一高分子層120中分佈有複數個複合抗體121。每個複合抗體121包含標記分子123和相連之第一抗體125。在一些實施例中，第一高分子層120包含微孔(未繪示)，以使上述複合抗體121可經由微孔流入第二高分子層130中。 上述微孔可例如具有大於5nm之平均孔徑，較佳地，上述微孔可例如大於10nm。在一些實施例中，上述標記分子123可包括但不限於螢光分子。在一例子中，此螢光分子可例如具有200nm至700nm的激發波長。在另一例子中，此螢光分子可例如具有300nm至1000nm的發散波長。在一具體例子中，可使用香豆素、螢光素、花青染料、四甲基若丹明乙酯酸銨、藻紅蛋白、藻藍蛋白、商品名為Alexa Fluor 350、405、488、532、546、555、568、594、647、680或750(英傑生命技術有限公司(Invitrogen)製)，做為螢光分子，但本發明之螢光分子並不限於此。

圖1C係第二高分子層的示意剖面圖。如圖1C所示，第二高分子層130中具有反蛋白石光子晶體結構130A，此反蛋白石光子晶體結構130A包含複數個孔洞131。每個孔洞131的孔壁131S上設置有複數個金奈米粒子133和複數個第二抗體135。此些第二抗體135和前述第一抗體125係辨識同一抗原。例如：第一抗體125可為特定抗原的多株抗體，而第二抗體135可為上述特定抗原的單株抗體。在一些實施例中，第二高分子層130也可包含如第一高分子層120的微孔。在一些實施例中，金奈米粒子133的粒徑可例如為5奈米至80奈米。在一例子中，金奈米粒子133的粒徑可為40奈米。倘若金奈米粒子133的粒徑過大，會影響反蛋白石光子晶體結構130A的形成，且無法有效改善生醫感測裝置100的偵測性能。

在使用生醫感測裝置100進行抗原含量的檢測時，前述第一高分子層120中的複合抗體121和第二高分子層 130中的第二抗體135，會於反蛋白石光子晶體結構130A中形成三明治免疫結構，從而增加光源折射率，並增強螢光強度和紅移量。而第二高分子層130中的金奈米粒子133的表面會發生表面電漿共振，增加光源反射率，也可進一步強化標記分子123的螢光強度。此外，當抗原含量較高時，也可藉由生醫感測裝置100的呈色變化來得知抗原含量的變化。

請再參考圖1A，在一些實施例中，生醫感測裝置100可更包含設於第一高分子層120上方的第三高分子層140。此第三高分子層140可包含複數個微孔(未繪示)，且此些微孔的平均孔徑為不大於5nm。第三高分子層140可防止複合抗體121從第一高分子層120的頂表面上流失，從而可控制複合抗體121接觸液體樣品時的流向為朝向第二高分子層130。

在一些實施例中，第一高分子層120和第二高分子層130的材料可包括但不限於水膠，其具有如上所述之大於5nm的微孔。在一些實施例中，所述水膠可例如為聚烷二醇、聚丙烯酸酯或包含二種以上聚烷二醇之共聚物。在一具體例子中，第一高分子層120可為聚甲基丙烯酸羥乙酯(Poly(hydroxyethyl methacrylate)；pHEMA)、Pluronic F-127、聚乙二醇或聚乙二醇二丙烯酸酯。在一具體例子中，第二高分子層130可為聚乙二醇或聚乙二醇二丙烯酸酯，以提供足夠的硬度來形成反蛋白石光子晶體結構130A。所述水膠會吸水膨脹並將微孔撐大，以利三明治免疫結構的形成。在另一些實施例中，基材110和第三高分子層140的材料可例如為聚甲基丙烯酸甲酯。

接著請參考圖2，其係繪示本發明之另一實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖。如圖2所示，生醫感測裝置200包含基材210、第一高分子層220和第二高分子層230。基材210中包含相接第一區212和第二區214，且第二區214係位於第一區212的上方。第一高分子層220係設置在第一區212中，而第二高分子層230係設置在第二區214中。

請參考圖3A和圖3B，其係分別繪示本發明之一些實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖和上視圖。在生醫感測裝置300中，第一區312和第二區314係由外至內同心環設基材310的中心340，且第一區312和第二區314各自為一環形區。第一高分子層320和第二高分子層330分別設於環形的第一區312和第二區314上，形成二個同心環，如圖3B所示。

圖4係繪示本發明之另一些實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖。在生醫感測裝置400中，基材410包括第一區412和第二區414。第一區412具有凹陷剖面422，且此凹陷剖面422具有第一深度D1。所述第二區414具有不對稱U型凹陷剖面432，此不對稱U型凹陷剖面432具有第二深度D2，且第二深度D2大於上述第一深度D1。

在一些實施例中，鄰近中心440之不對稱U型凹陷剖面432的一側壁436之斜率大於鄰近上述第一區412之不對稱U型凹陷剖面432的另一側壁434之斜率。藉由如圖4所示的設置方式，有助於第一高分子層420中的複合抗體流入第二高分子層430中，並有效改善生醫感測裝置400的光學性質。圖4之上視圖與圖3B相似，故此處不另說明。

請參考圖5A和圖5B，其係分別繪示本發明之又一些實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖和上視圖。在生醫感測裝置500中，第二區514係位於第一區512上方。從圖5B之上視圖觀之，第一高分子層520和第二高分子層530為二個同心環，其係環設基材510的中心540。然而，與圖3B不同的是，第二高分子層530係位於第一高分子層520的中間，以使第一高分子層520中的複合抗體可從四周均勻擴散至第二高分子530層中。圖5A和圖5B之設置方式可大幅增加容納複合抗體(如圖1B所示的複合抗體121)的第一高分子層520之空間。較多的複合抗體可進一步改善生醫感測裝置500的偵測性能，例如：可增加所偵測的螢光強度。

在一些實施例中，生醫感測裝置300、400及500可為隱形眼鏡。所述中心340、440和540為隱形眼鏡的光學區，而第一區312、412和512與第二區314、414和514係分布於隱形眼鏡之非光學區。此外，至少第二高分子層330、430和530係從隱形眼鏡的一面暴露出來，且此面為隱形眼鏡之眼球直接接觸面的相對面。

接下來請參考圖6A和圖6B，其係根據本發明之另一些實施例所述之生醫感測裝置的剖面圖和上視圖。如圖6A和圖6B所示，生醫感測裝置600包含基材610、第一高分子層620和第二高分子層630。所述基材610的第一區612和第二區614依序由外至內同心環設心，第一高分子層620和第二高分子層630分別設於第一區612和第二區614上。生醫感測裝置600的中心(例如圖5A和圖5B所述之光學區)係由第二高分子 層630所覆蓋。在一些實施例中，生醫感測裝置600可為檢測晶片。一或多個所述檢測晶片可設置於樣品盤中，以同時進行多組樣品的檢測或進行同一樣品的重複性實驗等。

圖2至圖6B所述之第一高分子層220、320、420、520及620係與圖1B所示的第一高分子層120相同，第二高分子層230、330、430、530及630係與第二高分子層130相同，故此處不另贅述。

以下說明本發明之生醫感測裝置的製造方法。為簡化圖式，僅以生醫感測裝置100為例，然於本技術領域具有通常知識者應可了解，圖2至圖6B所示的生醫感測裝置200、300、400、500及600也可以類似的方法製得。

生醫感測裝置100係先利用模具製造基材110，所述基材110具有如圖1A所示的相通之第一區112和第二區114。所述模具可例如使用3D列印的方式製造。接著，先於上述第二區114，形成第二高分子層130。

請參考圖7A至圖7E，其係繪示第二高分子層的形成方法。如圖7A所示，首先，於第二區114的基材110上施予奈米珠混合物，使奈米珠702以流體自組裝的方式形成面心立方堆疊700之三維結構。為簡化圖式，此處僅以平面基材代表第二區114。此奈米珠混合物包含分散於溶液中的二氧化矽奈米珠702和上述金奈米粒子133。在形成面心立方堆疊700時，金奈米粒子133會吸附於二氧化矽奈米珠702的表面上。在一例子中，二氧化矽奈米珠702的粒徑為100奈米至1000奈米。例如：二氧化矽奈米珠之粒徑可為300nm。在一實施例 中，所述奈米粒混合物中的二氧化矽奈米珠與金奈米粒子的重量比為10：1至30：1。倘若金奈米粒子的含量過多時，金奈米粒子會自聚集而使其粒徑大於預定範圍。在另一些實施例中，奈米珠可由聚合物材料(例如聚苯乙烯)或金屬性材料形成，上述材料可由有機溶劑或酸/鹼溶液蝕刻。

接下來，如圖7B所示，在面心立方堆疊700上形成第二高分子材料層130’，以使第二高分子材料層130’包圍面心立方堆疊700。所述第二高分子材料層130’係將高分子材料形成於第二高分子材料層130’上後，再以紫外光照射以固化高分子材料，形成第二高分子材料層130’。在一些實施例中，高分子材料可進一步包括光起始劑。選擇性地，第二高分子材料層130’可僅藉由乾燥面心立方結構700上的高分子材料而硬化。在一例子中，上述高分子材料為聚乙二醇二丙烯酸酯。然後，如圖7C所示，對第二高分子材料層130’及面心立方堆疊700施予二氧化矽蝕刻劑(Buffered Oxide Etch；BOE)710，以移除二氧化矽奈米珠702，從而形成第二高分子層130的反蛋白石光子晶體結構130A(圖1C)。由於金奈米粒子133不會被二氧化矽蝕刻劑710所蝕刻，故在移除二氧化矽奈米珠702後，金奈米粒子133可被保留並分佈於反蛋白石光子晶體結構130A的孔洞131之孔壁131S上，如圖1C所示。

為簡化圖式，圖7C及圖7D僅繪示部分的反蛋白石光子晶體結構130A及其孔洞之孔壁131S。如圖7D所示，將氨基烷基烷氧基矽烷化合物720以矽氧共價鍵鍵結於孔壁131S上。之後，如圖7E所示，利用氨基烷基烷氧基矽烷化合 物720的氨基與第二抗體135的羧酸基鍵結，以藉由醯胺鍵將第二抗體135固定於孔壁131S上，以形成如圖1C所示的第二高分子層130。在一例子中，可例如藉由1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳醯二亞胺(1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide；EDC)和N-羥基丁二醯亞胺(N-hydroxysuccinimide；NHS)的反應，使氨基烷基烷氧基矽烷化合物720與第二抗體135鍵結。在一例子中，氨基烷基烷氧基矽烷化合物720為3-氨基丙基三乙氧基矽烷(3-Aminopropyltriethoxysilane；APTES)。

在形成第二高分子層130後，於第一區112中填充另一高分子材料與如圖1B所示的複合抗體121之混合物，並以紫外光照射固化此另一高分子材料後，形成第一高分子層120。在一些實施例中，高分子材料包括光起始劑。選擇性地，第一高分子層120可僅藉由乾燥高分子材料而硬化。第一高分子層120的高分子材料可與第二高分子層130的高分子材料相同或不同。例如：第一高分子層120可為聚乙二醇。在一較佳的實施例中，可於第一高分子層120上形成聚甲基丙烯酸甲酯之第三高分子層140，如圖1A所示。

在另一些實施例中，可先於第一區中形成第一高分子層後，再於第二區中形成第二高分子層。例如：生醫感測裝置200係先形成第一高分子層220於第一區212中後，才在第一高分子層220上的第二區214中形成第二高分子層230。

本發明的另一個目的係提出一種抗原含量的檢測方法，其可使用任何上述生醫感測裝置來進行。以下配合圖8 及圖9進行說明。圖8繪示根據本發明之一實施例所述之抗原含量的檢測方法800之示意流程圖。圖9繪示形成複合體之第二高分子層的示意剖面圖。雖然圖9係繪示生醫感測裝置100之第二高分子層130，但其也可為生醫感測裝置200、300、400、500或600的第二高分子層。

如圖8和圖9所示，在步驟810中，提供生醫感測裝置100，其中生醫感測裝置100之基材110中包含相通之第一區112和第二區114，且第二區114係位於第一區112之一側。接著，在步驟820中，令包含抗原901之生物液體樣本從生醫感測裝置100之第二區114流入第一區112，以釋放第一區112的複合抗體121。具體而言，吸收液體而膨脹的第一高分子層120和第二高分子層130之微孔洞會擴大，使複數個複合抗體121的至少一者可從第一區112再流入第二區114。使此些複合抗體121之至少一者、所述抗原901以及複數個第二抗體135之至少一者反應達特定時間，以於第二區形成複合體900。在一些實施例中，所述生物液體樣本可例如為淚液、尿液、血液或其他類似物。在一實施例中，所述生物液體樣本中的抗原含量至少為10μg/ml。在一實施例中，當使用如生醫感測裝置300、400或500之隱形眼鏡時，可直接配戴隱形眼鏡，以檢測流經第一區和第二區之人眼所分泌的淚液中的特定抗原含量。在一實施例中，可配戴此隱形眼鏡達8小時，以持續長時間地監測特定抗原901濃度的變化。在一例子中，所述抗原901可例如為脂質運載蛋白-1(lipocalin 1；LCN1)，而所述第一抗體125(圖1B)為LCN1的單株抗體，所述第二抗體135為 LCN1的多株抗體。

接下來，如步驟830所示，以特定波長之光源檢測生醫感測裝置之第二區的複合體之光學性質。具體而言，當前述標記分子123為螢光分子時，此處所稱之光學性質可例如為螢光強度、紅移量或呈色等。在一些實施例中，所述特定波長為200奈米至700奈米。上述光源可例如來自手機或其他發光裝置。在一例子中，可使用手機光源配合螢光濾鏡，以獲得上述特定波長。

接下來，如步驟840所示，根據所述光學性質獲得抗原的含量。在一些實施例中，可使用手機應用程式偵測生醫感測裝置的螢光強度變化，以進行分析定量並獲得抗原含量。在另一些實施例中，也可使用其他目前已知的螢光偵測裝置(例如光譜儀)，來偵測生醫感測裝置的螢光強度變化，從而獲得抗原含量。在又一些實施例中，可直接藉由生醫感測裝置的呈色變化，判斷抗原含量的變化。

在一些實施例中，因第二高分子層中的光子晶體結構，生醫感測裝置100、200、300、400、500和600的螢光強度可提高至少2倍(相較於未有光子晶體結構者)。

請參考圖10，其係本發明的實施例1和2之螢光強度的長條圖。實施例1和2係分別使用未有光子晶體結構(長條圖1001)、以200nm的二氧化矽製得之光子晶體結構(長條圖1003)，以及以300nm的二氧化矽製得之光子晶體結構(長條圖1005)的生醫感測裝置，並使接附有螢光分子的LCN1多株抗體流入上述各個生醫感測裝置中進行測試，以比較光子晶體 結構對螢光強度之影響。實施例1和2使用Alexa Fluor_488做為螢光分子，其中實施例1之LCN1多株抗體濃度為100μg/ml，而實施例2之LCN1多株抗體濃度為1mg/ml。

根據圖10可知，即使使用較低濃度的螢光分子，光子晶體結構也可有效改善螢光分子的強度(例如2至3倍)，特別是使用300nm的光子晶體結構。而如實施例2使用較高濃度的螢光分子時，有無光子晶體結構的螢光強度差異更是顯著。此外，根據實施例1和2的結果也可得知，若生醫感測裝置未使用光子晶體結構，即使增加螢光分子的濃度，也無法大幅改善螢光強度。

然後，請參考圖11，其係繪示本發明之實施例3的螢光強度之長條圖。實施例3的長條圖1101代表本發明之生醫感測裝置(如圖2之裝置200)反應前的螢光強度、長條圖1102代表長條圖1101/的生醫感測裝置形成三明治免疫結構後的螢光強度、長條圖1103代表未有光子晶體之生醫感測裝置反應前的螢光強度，以及長條圖1104代表長條圖1103的生醫感測裝置形成三明治免疫結構後的螢光強度。上述兩種生醫感測裝置皆是使用0.1mg/ml之附接有LCN1多株抗體的螢光分子(其中多株抗體與螢光分子的濃度比為1：2)，以及0.1mg/ml的LCN1單株抗體所製得。實施例3中的A、B、C三組分別使用含有濃度為0.1mg/ml、0.05mg/ml和0.01mg/ml的LCN1的液體樣品，並反應達8小時，以於生醫感測裝置中形成三明治免疫結構。如圖11所示，具有光子晶體的生醫感測裝置可有效增加螢光強度。進一步而言，A組的增幅率為33%(即長條圖 1101和長條圖1102之間的差)、B組的增幅率為16%，以及C組的增幅率為12%。

接著，請參考圖12A和圖12B，其係分別繪示本發明之實施例4的螢光強度及螢光增顯倍率的長條圖。在實施例4中，對照組係以液體樣品流入前的生醫感測裝置進行螢光強度的檢測，而實驗組係將液體樣品流入各個生醫感測裝置達3小時後之螢光強度。長條圖1201代表本發明之生醫感測裝置(如圖2之裝置200)的螢光強度，長條圖1202代表液體樣品不含LCN1之生醫感測裝置的螢光強度，而長條圖1203代表光子晶體中未接附有抗體的生醫感測裝置的螢光強度。流入長條圖1201和1203的生醫感測裝置的液體樣品含有0.1mg/ml之LCN1，且長條圖1201、1202和1203的生物感測裝置係依與實施例3相似的條件製得。如圖12A所示，本發明之生醫感測裝置的螢光強度(長條圖1201)，與非特異性吸附的長條圖1202和1203有顯著性差異。此外，如圖12B所示，本發明之生醫感測裝置的螢光強度增幅較大。

本發明的生醫感測裝置藉由在反蛋白石光子晶體結構中形成三明治免疫結構以及金奈米粒子的表面電漿共振，增加光源的折射率和反射率，從而可改善生醫感測裝置的偵測性能(例如：增加螢光強度及/或紅移量等)。因此，本發明的生醫感測裝置可檢測低濃度抗原，也可從生醫感測裝置的呈色變化判斷抗原濃度之變化。此生醫感測裝置取樣平均，並可長期監控抗原濃度變化。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧生醫感測裝置

110‧‧‧基材

112‧‧‧第一區

114‧‧‧第二區

120‧‧‧第一高分子層

130‧‧‧第二高分子層

140‧‧‧第三高分子層

Claims (10)

1. 一種生醫感測裝置，包含：一基材，其中該基材中包含相接之一第一區和一第二區，且該第二區係位於該第一區之一側；一第一高分子層，設於該第一區中，其中該第一高分子層中分布有複數個複合抗體，該些複合抗體之每一者包含一標記分子及相連之一第一抗體；以及一第二高分子層，設於第二區中，其中該第二高分子層中具有反蛋白石光子晶體結構，該反蛋白石光子晶體結構包含複數個孔洞，該些孔洞之每一者的一孔壁上設有複數個金奈米粒子和複數個第二抗體，且該第一抗體和該些第二抗體辨識同一抗原。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生醫感測裝置，其中該第二區係位於該第一區上方。
3. 如申請專利範圍第1項所述之生醫感測裝置，其中該第一區和該第二區依序由外至內同心環設該基材之一中心。
4. 如申請專利範圍第3項所述之生醫感測裝置，其中該第一區之一底面具有一凹陷剖面，且該凹陷剖面具有一第一深度；以及該第二區之一底面具有一不對稱U型凹陷剖面，該不對稱U型凹陷剖面具有一第二深度，且該第二深度大於該第一 深度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之生醫感測裝置，其中該反蛋白石光子晶體結構為奈米珠的面心立方堆疊之一反向結構，該奈米珠具有100奈米至1000奈米之一粒徑，且該奈米珠之一表面分佈有該些金奈米粒子。
6. 如申請專利範圍第1項所述之生醫感測裝置，其中該標記分子包含一螢光分子，且該些金奈米粒子具有5奈米至80奈米之一粒徑。
7. 如申請專利範圍第3項所述之生醫感測裝置，更包含設於該第一高分子層上方的一第三高分子層。
8. 如申請專利範圍第3項所述之生醫感測裝置，其中該生醫感測裝置為一隱形眼鏡，該基材之該中心為該隱形眼鏡之一光學區，該第一區與該第二區分布於該隱形眼鏡之一非光學區，至少該第二高分子層係從該隱形眼鏡之一面暴露出來，且該面為一眼球直接接觸面的相對面。
9. 一種抗原含量的檢測方法，包含：提供如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之生醫感測裝置，其中該生醫感測裝置之一基材中包含相通之一第一區和一第二區，且該第二區係位於該第一區之一側；令包含一抗原之一生物液體樣本從該生醫感測裝置之該 第二區流入至該第一區，以釋放複數個複合抗體之至少一者，並使該些複合抗體之該至少一者、該抗原以及複數個第二抗體之至少一者反應達一時間，以於該第二區形成一複合體；以一特定波長之光源檢測該生醫感測裝置之該第二區的該複合體之一光學性質，其中該光學性質包含一螢光強度或一呈色；以及根據該光學性質獲得該抗原的含量。
10. 如申請專利範圍第9項所述之抗原含量的檢測方法，其中該特定波長為200奈米至700奈米，且該第二區之一反蛋白石光子晶體結構增加至少2倍之該螢光強度。

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