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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（） 本發明有關一種用基於波導管之平面介電光察覺器檢 測瞬逝激發光之方法。本發明亦有關該方法在親和力定量 感測上之用途及在光混濁溶液中之發光成份選擇性定量上 之用途。本發明另外有關適合進行此方法之察覺器。 / 光在波導管內傳播時，光波不完全侷限於實際波導 / 管：事實上一部份光波在連續光學薄介質中傳播。此部份 ( 稱爲瞬逝場，在感測技術上是光波導管使用多變化之基 \礎° 用瞬逝場可特別在H薄介質中激發光。此激發作用 限制於波導管界面之緊鄰環境。因此瞬逝光之激發在、分析 上悬狠感興趣的。 在最簡單的情況，平面察覺器係由一 3層系統組成： 基體、波導層及通常由欲測之樣品構库之上f。特別是在 薄波導管的情況，其中波導層厚度小於光波長，在能傳播 之光場中可擴散之波模數目限於少數幾個離散波導波模。 在厚波導管的情況，可引導一群波模。在此情況，經 常可不需要基體，例如在十分之幾毫米及更大範圍內之厚 度。 檢測瞬逝激發光之先前方挂可依照被_檢測之輻射部份 0 ' ~~— 之選擇而區別爲： • ^體~積激奪.¾ 〃之檢測：一部份被導波激發之螢光發射 至全空間角；此部份可以光學方法記錄並饋入一檢測系 統。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） ---------j- —裝--------訂-----Π線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -4- B7 五、發明説明（ •"瞬逝激發光'之檢測：與發射至空間之激發光互補’ 此瞬逝激發光係以導波反饋耦合入波導管內’在波導管傳 輸並經由波導管之端面耦合而出。 檢測發光染料標記之抗體或抗原,之瞬逝激發光之方法 及儀器是已知的’並特別描述在美國專利申請案 4582809中。在其中申請專利之佈置係使用&麗1_觸面耦台〕 .I. —— ' 作瞬逝激發光之瘦鸯。此光纖典型上具有大至1毫米之直 .... ..... 一·-*"·™' « " 徑，且當雷射光在其中耦合時可傳導許多波模.。瞬逝激發 光可僅利用簡單方式測定，僅需用透納回光纖內之部份。 儀器需相當大之尺寸及相當大之樣品體稹之事實爲其缺 - — ---------，. ...........- 點。儀器不能縮小或甚至迷你小型化成積體光察覺器。靈 敏度之提高經常與儀器尺寸增大有關0 —另二缺點爲其霞敏度，f限於端面輸出耦合:因激發 作用及激發光之輻射共線性地進行且必須利用波束分裂器 ...------------------ 及濾波器（例如截止濾波器或帶通濾波器）分開，濾波器 ----------—----------- '― —----- 單元之鑑別特性限制了檢測靈敏度》 ··.·.. *·—-— ·· —-··. 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 厚平面多波模波導管之使用由克里斯丁森等人（D. Christensen^ D. Deyer，D. Fowers，J. Herron)描述在"Analysis of Excitation and Collection Geometries for Planar Waveguide Immunosensors", SPIE 1886, 2(1993)(Fibre Optic Sensors in Medical Diagnostics)中。此處之激光係 經由端面耦合入瘐導管內，發射至空間角之激發光予以檢 ..——— … 測。另外亦可使用端面輸出耦合。在這後一情況中，由必 要的波束分割器及濾波器造成之靈敏度限制爲一缺點，與 本紙張尺度適用中國國家橾隼（CNS〉Α4規格（210Χ：297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（） 上述佈置方式相同。此處另外的缺點亦爲大察覺器體積及 與其有關之大樣品體積。 在專利W0 90/〇65〇3中，揭露一方法，即使用p平面 (最好是單波模）声導管，利用全內反射螢光（TIRF)來激發 .....—.... 光。在此方法中之波導管係用來增加察覺器ϋ上之光場 強度，激光從下面束射入，且在察覺器上全反射。檢測發 射至空間角之體積激發光。在此方法中，激光與發光性分 —— - 子間之交互作用區侷、ρ存察覺器上，因爲激發作用僅在光 ~~----------------〜 束之範圍內發生。所以利用限制光束直徑及發散7由 於非常狹窄偈限之共振角）很不可能限制察覺器之尺寸。 使用一個座奢個導狡輸入-或輸出耦合之耦合光柵之先 __________ •一...... 目丨J技術由泰豐沙勒等人（K. Tiefenthaler and W. Lukosz)描述在 "Sensitivity of grating couplers as integrated-optical chemical sensors", J. Opt. Am. B6, 209 (1980)，由路可茲等人（W. Lukosz» Ph.M. Nellen^ Ck stamm and P. Weiss)描述在"Ou^nit Grating Couplers on Planar Waveguides as Integrated Optical Chemical Sensors", Sensors and Actuators Bl，585 (1990)，及由塔莫等人（T. Tamir and S.T· Peng)描述在 "Analysis and Design of Grating Couplers", Appl. Phys. 14, 235 - 254 (1977)。泰豐沙勒等人所述之方法對頌直接檢測方法感測親 和L力（經由折射率改變）是有用的。服定屬合角共振之位 移，此位移虫於抵鼪率改變係受制ϋ分子之吸附枣結合。 在提高瞬逝激發光之靈敏度及製作積體光察覺器上已 作了各種嘗試。因而，例如，Biosensors & Bioelectronics 6 (1991), 595-607報導了 fp單波模或低波_導管，其用兩步 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 裝 « 訂線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -6- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^95〇24 at B7 _ 五、發明説明（） 驟之離子交換法製成，且其中之光耦合入激光波內係吊稜 鏡實施。所用之親和力系統爲人類免疫球蛋白G/螢光素 標記之蛋白質A，其中抗體固著在波導管上，要被測之螢 光素標記之蛋白質A(在磷酸鹽緩衝液中）被加在一塗在 波導管測量區之聚乙烯醇膜上。此方法之一主要缺點爲僅 ,·" --------------------------·.. 可得到波導星與基體層間之小折射率差，造成相當低的靈 " .....、.，-..... ——· · .-. - . _ ..... . 敏度。 *·—.. 與蛋白質A結合之異硫氰酸螢光素酯之g敏度據稱爲20塵 #。要用以檢測微跡仍然是不能令人滿意，因此進一步提 高靈敏度是必要的。而且，由於耦合效率對稜鏡與波導管 間接觸面之品質及大小有相當依賴性，利用棱鏡耦合光入 激光波內之再現性及實際維持能力似乎是困難的。 患$鸯明中申請專利之檢測激發光中使用之光柵描述 在美|專利申請窠US-A-5081012中，。此項美國專利揭露了耦 合激光入波導管內之光柵結構以及可使激光波橫過波導管 許多次之特殊反射光柵。0用這方式據稱可提高靈敏度。 ^ ·..... ·_··-. 體積激發光發射至窒間角。而且，在來回橫過兩次之後， 由輸入耦合光柵耦合出之激光可用作參考訊號。佐方法之 缺點爲反射光柵造成之背景輻射強度強烈增加，且其與激 ,-------------.....____.—— --------- ，發光訊號發射裏宰間角。必要之濾波器之特性再一次限制 了檢測靈敏度。 爲了達到本發明之目的，本發明必須提供一用平面光 波導管測定激發光之方法，該方法是簡單且經濟可行的， 特別是，僅需要小樣品體積。本發明之另一目的爲提供一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------裝-----.I訂'------P線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本I) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（） 迷你小型化察覺器（以平面光波導管爲基礎）以實施本方 法。 此目的係用一種平面介電光察覺器測定激發光之方法 達成，該察覺器係由一透明基體⑻及塗在其上之一薄透明 波導層（b)組成，並具有激光輸入耦合之光柵，且該基體⑻ 之折射率低於波導層（b)之折射率；該方法係使液體樣品 (作爲上層）與層（b)接觸，並以光電法測量樣品中發光性 物質產生之光或固著在層〇>)上發光性物質產生之光，用耦 合光柵將激光耦合入平面波導管內，使其橫過波導層，因 而發光性物質在波導層之瞬逝場中被激發成光，該方法包 括使用一厚度小於激光波長λ且由折射率在激光波長下爲2 1.8之材料組成之波導層，及從波導層耦合出並檢測激發光 (用在空間上與第一耦合光柵分開之第二耦合光柵反饋耦 合入波導層⑻）。 本方法較偏愛之用途構成申請專利範圍第20至23項之 主題內容。察覺器及其較偏愛之具體實施例（特別適合進 行本發明之方法者）描述在申請專利範圍第24至38項中。 本發明較偏愛之具體實施例構成申請專利範圍第2至39項 之主題內容。 在本發明之實作中，激光係用一耦合光柵耦合入波導 管內，並作爲導波在波導層中傳播。激發光之有效率的瞬 逝激發，藉由選擇波長參數（折射率、層厚度），可在察 覺器表面或附近得到高場強度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 "^^1-I I —I 訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -8- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7____ 五、發明説明（） 已驚訝地發現，下文所述之波導管之尺寸決定，大部 份激發光被瞬逝反饋耦合入波導管內，並連同激光波由波 導管傳輸。因此激發光可經由一空間上與第一耦合光柵分 開之第二耦合光柵耦合出波導管，並傳導至檢測系統。此 "光柵檢測瞬逝激發光'較先前技藝之"體積檢測'優異 之處在於察覺器及所屬檢測系統迷你小型化之可能性。 最有效之激發用之平面波導管之尺寸可基於平面波導 管之理論決定。關於此，要觀察下列尺寸（W. Lukosz "Principles and sensitivities of integrated optical and surface plasmon sensors for direct affinity sensing and immunosensing", Biosensors & Bioelectronics 6, 215 - 255 (1991), D.G. Hall, "Optical waveguide diffraction gratings: coupling between guided modes", in Progress in Optics XXIX, ed. E. Wolf, Elsevier, New York (1991)): 平面波導管之瞬逝場穿透上層之深度係由下式表示， ^=Υΐπ ΊΝ2 1 7— \ eff sup«r 對有效模折射率&、上層折射率iw及對工作波長λ而 言。在上式中，Ζ代表垂直於波導管表面之座標，X代表波 導管傳播之座標。考慮波導管表面上電場強度之標準化因 子f

(其中nfita爲波導管折射率及爲基體折射率），得到波 導管上方之瞬逝場強度曲線IE: -2z/ 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4说格（2U)X297公釐〉 --------一 裝 > 訂* ^線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9- 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 A7 B7 _ 五、發明説明（） 此垂直於波導管表面之激發瞬逝場強度曲線決定波導 管層厚度及折射率尺寸用之基本定比因子。爲了檢測波導 層附近之發光分子上之分析性用途，在決定波導管尺寸 時，必須考慮分子至波導管表面之距離。 已發現激發光之反饋耦合對薄的高折射平面波導管爲 有效之檢測方法。層厚度及折射率之選擇對（可計算之） 激發效率以及瞬逝反饋耦合兩者有影響。在後一情況，波 導管表面附近之鍵結分子之輻射部份之輸入耦合與從樣品 體積來之未鍵結分子之輸入耦合間有競爭存在。 利用本發明之方法有效率地檢測波導管表面附近發光 性分子，發現波導管參數必須位在下列範圍內： ♦對激發波長λ，折射率 •層厚度^<激發波長λ，最好是 本方法之一特別有利的具體實施例爲，當層厚度選擇 在40至160塵米之範圍內，且同時光柵之調制深度爲3至60 塵米時，調制深度與層厚度比爲<〇.5。 這些波長亦可以它們典型上僅允許低階m^3之波導波 模傳播爲其特徵。 瞬逝地反饋耦合入波導管內之光在其中傳輸；特色因 此爲導波之衰減係數Γ。已知一低史托克(Stoke)位移’可假 設一相等之激光及激發光之衰減數據（波導衰變之可能原 因爲在波導管界面之散射損失以及波導層內或基體或上層 內之吸收。若無顯著的狹吸收帶，則對散射以及吸收兩 者，無法期望由典型上10-50塵米之史托克位移造成之明顯 本紙張尺度適用中國國家榡準.（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------J- —裝-----：-I訂-----「線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -10- 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 的衰變變化。此光譜上狹帶吸收效應在選擇察覺器材料上 必須避免）。 在波導管內傳輸之激發光必須耦合出並引導至檢測系 統。端平面輸出耦合不是適當的：一方面，其需要高品質 的波長邊緣且在一些情況中經由液體或膠體浸漬與光檢測 工具接觸及，另一方面，因而阻礙了察覺器元件與流體室 之整合。 使用一第二耦合光柵（其在空間上與輸入耦合激光之 耦合光柵分開者）將激發光耦合出可完全避免端平面問 題。另一優點爲，在X方向（即在導波之方向）之光柵距 離A可自由選擇。因此可能對每一波長之衰減提供一距離 A之最佳調整，而不必改變察覺器及流體室之外部體積。 而且，察覺器元件外緣不必符合任何光學品質要求也是有 利的，因而使得其結構可調整成流體室一特別是調整成所 用之密封結構。 光柵距離B之最佳値已發現爲B = x1/e，而在B範圍內之 變化可能性》(〇.2_3)_x1/<: (Xl/e:在X方向引導之激波強度降低 之Ι/e長度）。 (轉換.r[dB/cm]—x1/e[l/mm]:x1/e=100/(lnl0*r))。 對較大距離，激光以及引導之激發光兩者強烈地衰減並導 致強烈的訊號降低。往下之極限不是主要用激發及反饋耦 合表示，而是由兩光柵及在輸入耦合光柵上激光之定位產 生之有關要求表示。此處，小於100微米之空間是不適當的 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Μ規格（210X297公釐} j 裝 J 訂 ( 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - ^5624 αβί7 ^5624 αβί7 經濟部中央標準局員工 五、發明説明（） (鑑於下述之輸入耦合光柵寬之決定及在輸入耦合光柵邊 緣上之激光直徑）。 本發明在下文用附圖更詳細地描述。 第1圓爲光察覺器之側視圖，特別適合以一可能的輻射曲 線實施本發明方法。 第2圖爲第1圖之察覺器之頂視圓。 在第1圖中，1爲察覺器，2爲耦合入激光之耦合光 柵，及3爲耦合出激發光之耦合光柵；4爲波導層及5爲基 體。 第1圖顯示激光及激發光之輸入-及輸出-锅合進入及出 察覺器之可能路徑。當光波向量之X分量之共振條件符合 時，在X方向傳播之導波利用察覺器平面中之耦合光栅2激 發： k = t±m*t = L’瓜：整數’ k〇:光概向量之倒數 〜:有效模折射率之波向量引導波 在第1圖中，輸入耦合k^^keTcosO中（k〇:圖平面內之光 波向量大小）0角爲一負角，以使導波在激發之相反方向 前進（所謂^反向耦合^ )。耦合出之激光波（用Iw)及 激發光（用lw)選用正角。 高度背景自由度利用此一輸入-及輸出·耦合結構得到 (此結構對反射之入射光及耦合出之光有顯著不同之方 f同輻射部份在空間之分離確保光檢測中之最佳訊 匕：耦合出之激光及激發光不在一共同之射線路徑 所以濾波器（截止或帶通濾波器，未示在第1圓 家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） I I I I I ; n 訂·"一 I ! I-'線 {請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -12- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 中）僅用於遏止散射光，但不用於全強度之親合出之激 光。 使用輸出-親合光柵之另一優點爲，不同光譜成份之激 發光係在不同方向耦合出。所以亦可利用本發明檢測弱激 發光之樣品介質中之分子，若要檢測之分子之激發光及樣 品介質之激發光之光譜不同，甚至可不用額外的濾波器。 經由光柵常數〜及人2之選擇，可調整輸入_及輸出_耦 合角。對第1圖中所示之較偏愛情況（輸入_與輸出_耦合間 有方向分離），必須選擇有顯著差異之光柵常數。 或者，光柵2及3可用相同光柵常數以簡化察覺器之製 作。儘可能的減低成本對察覺器之製作可能是重要的，因 爲當使用立體照相法製作光柵時，可省略許多步驟。當使 用相同光柵常數時’仍可確保耦合出之激光及激發光方向 在空間上分離。只有反射之輸入-耦合之輻射方向之安全分 離被省略，以致需要另外工具以篩檢反射光，例如使用隙 孔或光阱。 利用光柵常數之選擇可將耦合角最好在网=1。至50。之 範圍內（對角度之大小而言）。顧及布喇格（Bragg)反射， 應避免較小的値，因爲不然的話此反射甚至在低調整允差 或低察覺器水平度允差下發生，同時沒有輸入-或輸出-耦合 發生。角度可高至幾乎90°;但要有一適當之射線路徑，應 避免與察覺器正常角度相差甚大的角度。 光柵深度尺寸可依照先前技術決定（T. Tamir，S.T. Peng "Analysis and Design of Grating Couplers", Appl. Phys. 14, 235 - 254 (1979); 本紙張尺度逋用中國國家樣隼（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂' -13- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（） Τ· Tamir，"Beam and Waveguide couplers" in "Integrated Optics' ed. Τ· Tamir， Springer, Berlin (1979))。在此用所謂的’洩漏參數〃 α作爲特 徵：α描述一波導管（其界面具有一深t光*之耦合光柵）內 之導波強度之Ι/e降低。因此Ι/e爲輻射能從導波轉移至一 自由傳播之光波（反之亦然）之特性長度。對輸入耦合光 柵深度之選擇之重要性不是主要洩漏參數之絕對値，而是 洩漏參數及入射光之輻射參數（光束直徑及發散）之調 整。高斯（Gaussian)分佈（高斯參數w。）之雷射光束在一空 間侷限之光柵之最佳輸入耦合，必須遵守以下條件，洩漏 參數、光束直徑及光束對光柵邊緣之定位等條件： • a*w〇= 1.36 • x〇/w0 = 0.733。

Xc値描述光點中心向光柵邊緣之位移。此位移必須發生在 遠離由邊緣到已建構區。遵守此條件，可達到大於80%之 輸入耦合效率。 輸出耦合遵守類似條件亦可達到80%及更大之高耦合效 率。前提爲在X方向之光柵側向擴展要明顯地大於洩漏參 數。然而顧及導波經過光柵之衰減，耦合出之自由傳播光 束之強度分佈是特別不對稱的。 當設定輸入耦合之洩漏參數時，應遵守以下各方面 •光點對光栅邊緣之定位 •察覺器元件之小型迷你化。 雖然小洩漏參數（a«l/毫米）及相當之大光束直徑（w。 »1毫米）能簡化定位，但察覺器小型迷你化之可能性，在 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Μ規格（2丨0X297公釐） --------I裝----{I訂-----「線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -14- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 光柵寬大於A=3毫米之情況明顯地受限制。光柵寬應爲 A>3*w。以完成完全耦合。此外，光柵及波導管之不勻性對 耦合效率有負面影響。反之，光束直徑^<10微米之大洩 漏參數（α>10/毫米）容許非常小的光柵尺寸，其亦可有一 «10微米之定位準確性。而且，在這情況，耦合效率特別 因光束發散明顯高於耦合共振角範圍之事實而受限制。 吾人已經發現洩漏參數範圍cx = (〇.2-5)/l毫米爲調整要 求、定位允差及小型迷你化間之良好折衷。對上述之波導 層厚度，在基體-波導管界面使用正弦調制時之光柵深度， 4檐=3-60塵米，特別是3-40塵米之範圍典型上與此洩漏參 數範圍相當。由於洩漏參數與光柵外形有密切關係，察覺 器功能之重要尺寸不是幾何深度，而是洩漏參數。 察覺器之基體在激光及發射波長下必須是透明的。基 體亦可爲一如歐洲專利申請案EP-A-0533074中描述之塑膠材 料。 基體亦可由一不同材料之複合系統組成，例如一支撐 板上之層系統等等。在此情況，與波導層直接相鄰之材料 折射率僅需小於波導層折射率。 製作合經濟成本之察覺器是可能的，只要微結構之聚 合體可用作波導管塗層之基體。在此情況，檢測靈敏度受 基體內秉之激發光之激發之限制。此內秉之激發光之激發 及瞬逝反饋耦合以類似於上述波導管-上層界面機制之方式 發生在波導層-基體材料界面。此基體之激發光可利用一低 折射率之非發光性中間層（例如折射率低於或等於波導管 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） |扣衣 j. 訂· -p—線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7_ 五、發明説明（） 折射率者）避免掉，該層係在波導管塗層前塗在基體上。 特別適合之中間層材料爲Si02，或基本上由具有SiOxHyCz成 分（其中可額外嵌入低級烴自由基者）之SiOa組成。此中 間層之厚度镞》之選擇應以使基體邊上之導波之瞬逝場傳輸 之能量侷限在中間層內爲原則。若超過瞬逝場之穿透深 度项逝値六倍以上，實際上是符合此條件的。在瞬逝發光檢 測中，五倍之最佳訊號·雜音比是適當的。2000塵米， 安全符合此條件。 使用中間層之另一優點爲基體之表面粗糙度可以降 低。波導衰減係數Γ因而減低對瞬逝光檢測中之訊號-雜音 比有正效應。 只有實質上平行之光線才適用於激發光之激發。在本 發明之範圍內，'^實質上平行〃一詞將解釋成散度小於5° 者。意指光線可爲弱發散性或弱會聚性者。較大的發散性 簡化輸入耦合角之調整，但降低激發光之訊號，因爲那時 輸入耦合共振之寬度顯著地小於發散角，因此僅有一小部 份射入之能量用於光之激發。 在本發明之範圍內，平面介電光察覺器意指該察覺器 爲片狀、板狀、圓盤狀或任何其它幾何形狀，只要可用肉 眼看出是平面即可。若一導波能在波導層中傳播且可實現 類似於圖1之輸入-及輸出耦合，則平面性之偏差不是決定 性的重要。幾何形狀之選擇本質上是受整個儀器之建造支 配（察覺器建在其中）。較偏愛之佈置爲那些允許實際上 小型迷你化者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------『 ' 裝-----訂^------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -16- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7_ 五、發明説明（） 除了上述有機微結構之基體之使用外，亦可使用無機 基體像玻璃或石英。這些較低內稟的發光聚合體具有優 點。然而，要想以合經濟成本製作察覺器，最好是在這些 基體上塗上低折射率之塗層（其中嵌入耦合光柵結構）， 如歐洲專利申請案EP-A-0533074中描述。 更進者，耦合光柵可位在波導管/上層界面。 生產此種光柵的方法爲已知的。主要的生產方法爲照 相平版法.或立體照相法及蝕刻技術，例如特別描述在 Chemical, Biochemical and Environmental Fiber Sensors V. Proc. SPIE, Vol 2068, 1 - 13, 1994 中之方法。 光柵結構可製在基體上然後轉移至波導層，然後光柵 結構在其中顯像，或將光柵製在波導層本身上。 光柵周期可從200至1000塵米，且光柵宜僅展現一個周 期性，即爲單繞射的。 在本發明之範圃內，"樣品〃將意指整個要測定之溶 液，其可含一要檢測之物質一分析物。檢測可以單步驟或 多步驟測定法進行，而在檢測期間，察覺器表面與一個或 多個溶液接觸。至少一個使用之溶液可含發光性物質，其 可利用本發明之方法檢測。 若一發光性物質已吸附在波導層（b)上，則樣品亦可不 含發光成份。樣品可含另外之成份，典型上爲pH緩衝液、 鹽、酸、鹼、表面活性物質、影響黏度之修飾劑或染料。 特別是’生理食鹽水溶液可用作溶劑。若發光成份本身爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） --------1裝-----1訂--------^旅 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -17- 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（） 液體，則可不用加入溶劑。在此情況中，樣品可含高至 100%之有發光性質之成份。 樣品可另含一生物培養基，例如蛋黃、體液或其組成 成份，特別是血液、血淸、血漿或尿。此外，樣品可由地 表面水、天然或合成培養基像土壤或植物部份、生物作用 肉湯或合成肉湯之提取液溶液組成。 樣品可未稀釋使用或與溶劑一起使用。 適當之溶劑爲水、緩衝水溶液及蛋白質溶液及有機溶 劑。適當之有機溶劑爲醇、酮、酯及脂烴。較偏愛使用 水、緩衝水溶液或一水與水溶性有機溶劑之混合液。 然而，樣品亦可含不溶於溶劑之組成成份，例如顏料 粒子、分散劑、天然及合成寡體或聚合體。在此情況中， 樣品爲光混濁分散液或乳液形式。 適當之發光化合物爲在330塵米至1000塵米之波長範圍 內會發光之發光染料，典型上包括玫瑰紅、螢光素衍生 物、薰草素衍生物、二苯乙烯基聯苯、二苯乙烯衍生物、 酞靑素、荼靑素、多吡啶-釕錯合物像氯化叁（2,2'_聯吡啶) 釕、氯化叁（1，10-啡啉）釕、氯化叁（4,7-聯苯-1,10-啡啉）釕及多 吡啶-啡讲-钌錯合物、鈾_卟啉錯合物像八乙基-鉑-卟啉、長壽 銪及铽錯合物或賽安寧染料》特別適用在血液或血淸中測 定者爲有吸收及發射波長在600 - 900塵米範圍內之染料。 特別適合之發光化合物爲染料像含官能基之螢光素衍 生物（它們可用此官能基共價鍵結）’例如異硫氰酸螢光 素酯。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS > A4規格（210X297公釐） --------「裝-----f訂^------ (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -18- 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A 7 B7_ 五、發明説明（） 購自Biological Detection Systems Inc.之官能螢光染料亦爲非常 適合者，例如單-及二官能Cy5.5™染料，亦特別描述在 Clinical Chemistry 40(9): 1819 - 1822, 1994 φ ° 較適宜之激發光爲螢光。較偏愛使用相干光來激發， 因爲可滿足在輸入耦合光柵處之共振條件效率高。所以使 用之雷射光源將根據激發光分子或螢光分子之吸收波長選 擇。 在這方面，特別重要者爲雷射二極體或超發光二極 體’因爲此種光源可使察覺器之檢測系統之高度小型迷你 化成爲可能。 適用之發光染料亦可爲與聚合體化學鍵結者或與生化 親和力系統中之一結合夥伴化學鍵結者，例如抗體或抗體 片斷、抗原、蛋白質、肽、受體或其配體、激素或激素受 體、寡核苷酸、DNA股及RNA股、DNA或RNA相似體、結 合蛋白質像蛋白質A及G、抗生活素蛋白或生物素、酶、 酶輔因子或抑制劑、外源凝集素或碳水化合物。最後提到 價發光標記法爲可逆或不可逆（生物）化學親和力測 定分析中較適宜的用法。另外可使用發光標記之類固醇、 脂類及螯合劑。嵌入發光染料對用DNA股或寡核苷酸之雜 &胃定分析亦是特別感興趣的，特別是，如一像不同的釕 胃&物一它們在插入物中展現加強之發光時。若將這些發 #胃記之化合物與其固著在察覺器表面上之親和力夥伴接 $ ’則量的結合可從測得之發光強度決定。測量樣品與發 光團交互作用時之激發光之變化也可決定分析物之量，例 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X297公釐） I-------〖裝-----Γ訂------^ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) -19- b7 五、發明説明（） 如用氧淬熄激發光之形式或利用蛋白質構象修飾之激發光 加強形式。 生產波導層之適合材料典型上爲無機材料，宜爲無機 金屬氧化物像 Ti02、ZnO、Nb505、Ta205、ΗίΌ2 或 ΖγΌ2。

Ta205及Ti02爲較偏愛者。 在本發明之方法中，樣品可以固著狀態與波導層接觸 以及被連續地引導通過波導層，而循環可爲開放式或封閉 式。 本方法之一特定具體實施例在於使用於檢測分析物之 發光性物質直接固著在波導層（b)表面上。發光性物質可 爲，例如，與蛋白質結合之發光團，其可以此方式在波導 層表面上被激發而發光。若一對蛋白質有親和力之夥伴被 引導通過此固著層，則激發之光可被修飾，該夥伴之量可 利用此方式測定。特別是，一親和力錯合物之兩夥伴亦可 用發光團標記，以致於可由兩者間之能量轉移實施濃度測 定，例如在激發光淬熄形式。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 化學或生化親和力測定實施方法之另一較偏愛之具體 實施例，在於將一特異結合夥伴固著在察覺器表面上作爲 分析物本身或作爲一結合夥伴。此測定法可爲一單步驟或 多步驟之測定，在測定期間，在連續步驟中，一個或多個 結合夥伴之溶液（含固著在察覺器表面上之檢測物質）被 引導，分析物在一部份步驟中被結合。分析物之檢測係利 用結合發光標記之參與者達成。使用之發光標記物質可含 一個或多個親和力測定中之結合夥伴，或亦可含一帶有發 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -20- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（） 光團之分析物相似體。唯一的標準爲分析物之存在能選擇 性地產生一激發光之訊號，或選擇性地導致一激發光訊號 之變化。 檢測器物質之固著典型上可利用疏水性吸收或直接共 價鍵結在波導層上之方法實施，或在表面化學修飾之後進 行，例如用矽烷化法或塗上一層聚合物。此外，例如可在 波導層上直接加一層由si〇2組成之薄中間層爲促進黏著 層，以協助檢測器物質直接固著在波導管上。此中間層之 厚度不應超過50塵米，較適宜者爲20塵米。 適當之檢測器物質典型上爲抗體（檢測抗原）、結合 蛋白質像蛋白質A及G(檢測免疫球蛋白）、受體（檢測 配體）、單股RNA及DNA (檢測寡核苷酸及其互補股）、 抗生活素蛋白（檢測生物素）、酶（檢測酶受質、酶輔因 子或抑制劑）、外源凝集素（檢測碳水化合物）。那一個 親和力夥伴要被固著在察覺器表面上將視測定結構而定。 測定本身可爲單步驟複合方法，例如競爭式測定，或 亦可爲多步驟方法，例如三明治測定。 在最簡單之競爭式測定情況中，將含未知濃度之分析 物以及一已知量之相似化合物（除了發光標記之外）之樣 品與察覺器表面接觸，此時發光標記之分子及未標記之分 子在其固著之檢測器物質上競爭結合位址。當樣品不含分 析物時，在此測定組態中達到最大之激發光訊號。增加要 檢測物質之濃度，則觀察到之激發光訊號變低。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） ---------「' 裝-----·—訂^------f冰 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -21 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（） 在競爭式免疫測定中，並不必需要固著抗體：抗原亦 可固著在察覺器表面上作爲檢測器物質。通常在化學或生 化親和力測定中，那一個夥伴被固著是不重要的。這是基 於激發光測定之基本優點（與表面電漿子共振計量法或干 涉計量法比較，這些方法係以波導層之瞬逝場中之吸附質 量變化爲基礎）。 另外，在競爭式測定之情況中，競爭不必限制於察覺 器表面上之結合位址。例如，一已知量抗原亦可固著在察 覺器表面上，然後與含一未知量要檢測之與分析物相同之 抗原以及發光標記之抗體之樣品接觸。在此情況中，固著 在表面上之抗原與存在溶液中之抗原間產生與抗體結合之

•Mr r-fN 既宇。 最簡單之多步驟測定情況爲三明治免疫測定，其中一 主要抗體被固著在察覺器表面上。要檢測之抗原及用來實 施檢測之發光標記之次要抗體與抗原之第二抗原決定基之 結合，可用連續與含抗原溶液及含發光標記之抗體溶液接 觸方法，或用預先合併這兩溶液之方法達成，使最後由抗 原及發光標記之抗體組成之部份錯合物結合。 親和力測定亦可另外包括額外的結合步驟。例如，在 三明治免疫測定之情況中，蛋白質A(與免疫球蛋白特異結 合，在其後之三明治分析測定中作爲初抗體，結合係在所 謂之Fe部位進行，如上所述）可在第一步驟中固著在察覺 器表面上。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------「裝------訂------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -22- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（） 有一整群另外類型之親和力測定，典型上係使用已知 之抗生活素-生物素系統。 親和力類型之實例可在JH. Rittenburg^ Fundamentals of Immunoassay; in Development and Application of Immunoassay for Food Analysis, J. H. Rittenburg (Ed·)，Elsevier, Essex 1990 或在 P. Tijsseiu Practice and Theory of Enzyme Immunoassays, R. H. Burdon, P. H. van Knippenbeig (Eds)，Elsevier，Amsterdam 1985 中找到。 察覺器表面不僅可使用一次亦可再生。在適當條件 下，例如低pH、高溫、使用有機溶劑或所謂無序試劑 (鹽），可選擇性地解離親和力錯合物而實際上不減低固 著之檢測器物質之結合能力。正確條件強烈地視特定親和 力系統而定。 本發明之另一重要之具體實施例，一方面，在於訊號 產生（在反饋耦合情況，這亦應用在訊號檢測）限制在波 導管之瞬逝場及，另一方面，在於親和力錯合物生成之可 逆性作爲平衡方法。在一連續流動系統中使用適當流率， 可在胃際時間監控瞬逝場中結合之發光標記之親和力夥伴 之結合'脫附或解離。因此此方法適用於決定不同之結合 或解離S數之動力學硏究，或亦適用於位移測定β 瞬逝激發光之檢測可利用已知方法實施。光電二極 體' 光電池、光電倍增器、耦荷器（CCD)相機及檢測器列陣 荷器室）也適合使用。激發出之光可在光學元件 像鏡子 '稜鏡、透鏡、夫瑞乃透鏡及梯度指標透鏡上顯 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS) Α4规格（210χ297公釐） ----------裝-----1訂-^------一Λ. ί ( (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -23 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（） 像。爲了選擇發射波長，可使用已知元件像濾鏡、稜鏡、 單色濾鏡、二色鏡及繞射光柵。 本發明方法之一優點爲，除了檢測激發光之外，亦可 測定輻射激光之吸收。與光纖多波模波導管或平面構造比 較，在本情況中可得到實際上較佳的訊號雜音比。激發光 及吸收之同時測量可使以高靈敏度測定激發光淬熄效應成 爲可能。 在本發明之一簡單具體實施例中，本方法可用連續波 (CW)模之激光輻射實施，即用不隨時間改變之光強度實施激 發。 然而，本方法亦可用例如1皮（10’秒至100秒脈衝寬之 定時脈波形式之激光進行，及用時間分辨檢測激發光法進 行（在短脈衝寬情況中）或在數秒至數分鐘之間隔時間進 行。當想要，例如，分析性地監控一鍵之生成速率，或防 止激發光訊號減低（由於使用短曝光時間之光化學衰 落），此方法是特別有利的。使用適當的短脈衝寬及適當 之檢測之分辨時間，可進一步區別散射光、喇曼發射及樣 品與察覺器材料中任何不需要之發光成份所發之短命光與 標記分子之所激發出之光，其在此情況宜爲長壽的（利用 在短壽命輻射衰變後檢測分析物之發射之方法）。而且， 時間分辨之激發光檢測允許在脈衝式激發之後一恰如調制 之激發及檢測一作分析物之結合對分子激發光衰變之影響 硏究。除了用被固著之檢測器物質特異識別分析物及訊號 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐） --------叫裝------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -24- A7 B7_ 五、發明説明（） 產生空間限制至波導管之瞬逝場外，分子激發光衰變時間 可用作另一選擇標準。 本方法亦可用一個或多個具調制強度之頻率輸入耦合 激光實施，並檢測形成之相移及樣品所發之光之調制。 本發明另外有關本發明方法之用途，在化學或生化親 和力測定分析中，用已知之親和力夥伴及測定結構定量地 測定分析物（用檢測能發光及標記之結合夥伴之發射，或 檢測激發光性質變化之方法（在固著之發光標記之親和夥 伴與分析物交互作用後））。 因訊號之產生及檢測侷限在波導管之化學或生化檢測 表面，由介質來之干擾訊號被區別，物質與固著之檢測器 元件之結合可在實際時間監控。所以亦可使用本發明方法 作親和力篩選或位移測定，特別是作醫藥產物發展，係直 接檢測結合及解離之速率（在適當流率之連續連動系統 中）。 另一方面，本發明有關本發明之方法在抗體或抗原定 量分析上之用途。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之又一用途爲受體或配體、寡核苷酸、DNA或 RNA股、DNA或RNA相似體、酶、酶受質、酶輔因子或抑 制劑、外源凝集素及碳水化合物量之測定。 在另一方面，本發明有關本發明之方法在選擇性地測 定光混濁流體中發光成份量上之用途。 光混濁流體典型上可爲生物流體，像蛋黃、體液像血 液、血淸或血漿、以及從環境測定中散發出之樣品，包括 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -25 - B7 五、發明说明（） 地表面水、溶解之土壤提取液及溶解之植物提取液。適當 之流體亦爲化學生產中得到之反應溶液，特別是染料溶液 或源自螢光漂白劑生產之反應溶液。典型上用在紡織工業 之所有類型之分散液及配方也爲適用者，倘若這些包含一 個或多個發光成份。因此本方法亦可用於品質·保證0 下列實施例說明本發明。所有實施例中之濃度？^1代表 摩爾/升。 實施例 光學系統 使用之光源爲一 λ = 670塵米之雷射二極體（〇z Optics)。 利用一顯像系統，在察覺器平面上將光調整成一直徑0.4塵 米垂直於耦合光柵線及2.5毫米平行於光柵線之光點》 經濟部中央楳準局貝工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本寊) 輸入耦合角之調整及光點對光柵邊緣之定位係利用機 械式調整單元進行。察覺器晶片上之雷射功率可選擇在P = 0至3毫瓦特之範圍內；而P= 1.2係選用於以下之光柵特性 實驗，及P = 0.2毫瓦特用於螢光測量。橫電（TE)定向或橫磁 (TM)定向之線性極化光可使用旋轉式極化元件輸入耦合。 一用〇環密封在察覺器上之流動室係裝在察覺器上 面。室中之樣品體積約爲8微升。不同的溶液可使用噴射 栗及換向閥導入室內。 激發及檢測係如第1圖中所示’從察覺器底面進行。 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） -26- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ΑΊ Β7 五、發明説明（) 3個測量通道可用於檢測在輸出-稱合光柵耦合出之螢光 及激光（在如第1圖之k’out及kout方向）以及經由一光束分 割器之入射激光（未示在第1圖中）。 一形成脈衝電子（Hamamatsu C3 866)之單光子計數模式之 倍增器（HamamatsuR4632 SEL)係用作螢光輻射之檢測器。其 晶體管-晶體管邏輯（TTL)輸出訊號係利用一傳統脈衝記數器 (Hewlett-Packard 53131 A)計數。扇形角之螢光輻射可經由一聚 焦透鏡系統在檢測器上聚焦。遏止散射光之干涉濾光鏡 (半寬25塵米之λ=725塵米通帶型，Omega)位在檢測器之 目U 〇 與一測量放大器（UDU 101 C)串聯之矽二極體（UDT PIN l〇D)係用作耦合出之入射及激發輻射之參考檢測器。 進行下述之測定分析時，所有3個測量通道可同時用 一傳統之數據輸入系統計算。 察覺器 以下列方式微結構之兩個輸入-及輸出耦合光柵之聚碳 酸酯係用作基體： 輸入耦合光柵之周期爲A = (299.5 ± 0.7塵米），深爲= 6.9塵米至12.3塵米，輸出耦合光柵之周期爲Λ2= (489.5±0.6 塵米），深度爲A = 8.2塵米至12.8塵米，兩光柵具有大約sin4 之外形。 察覺器上之光柵佈置係依照第2圖，具有下列幾何尺 寸：光柵距離A = 4毫米，光柵寬（垂直於線）Bl = B2=2毫 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 -27- 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 _ 五、發明説明（） 米，光柵高（平行於線）4毫米，察覺器尺寸爲12x20平方 毫米。 爲了遏止聚碳酸酯之自發螢光，此基體塗上一折射率n = 1.46及厚度镞衡=(1〇〇±10塵米）之Si02中間層，之後塗上高 折射率njg2.35 (在λ = 670塵米下）及層厚度t層=(170±5塵米） 之Ti02製波導層。 階數m = 0之波模可在波導管內利用激光激發：對 TE〇,輸入耦合係在一θ = (-10±1·6)°之角實施，或者對TM〇， 係在 β = (-22.7±3.7)。實施。 螢光輻射係用一θ = 31°至40°範圍內之橫電（ΤΕ)極化耦 合出，激光在θ>42°之角。λ之光譜區大約685塵米至715塵 米。橫磁（ΤΜ)極化之输出耦合角在0=17°至25°之範圍內 (螢光）及β>27°(激光）。橫電（TE)極化，對一在輸出耦 合光柵後之P= 1.2毫瓦特之入射雷射強度，檢測到一 p = 30…50微瓦特之光效率

Cy5.5™-標記之免疫球蛋白之檢測 用Cy5.5™染料標記免疫球蛋白： 兔子免疫球蛋白（兔子IgG，Sigma Chemicals)係利用與 染料製造商所述相同之方式，用二官能賽安寧染料 FluoroLink™Cy5.5™ (Biological Detection Systems, Pittsburgh PA 15238, USA)加以標記： 1.2.5毫克兔子ig〇在1毫升染料中之溶液，培養45分鐘， 每1〇分鐘振盪一次溶液。 ^^尺度適用中國國家標準（€奶）八4規格（210/ 297公釐） --------「裝-------訂^------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -28- 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（） 2. 將此溶液加入1毫升染料中，培養45分鐘，每1〇分鐘振 盪溶液一次。 3. 用50毫升pH 7之磷酸鹽緩衝液事先平衡之西法得克斯 (Sephadex) R G25 管柱（Phannacia LKB Bi〇tech〇〇i〇gy 沾，Uppsa^

Sweden)分離與蛋白質鍵結及未鍵結之染料： -捨棄1毫升 •收集許幾份 4. 用678塵米（染料吸收帶）及280塵米（蛋白質吸收帶） 下之光密度測定染料/蛋白質比。由此測定出一〗染料分 子對2蛋白質分子之比。 使用之溶液 1) 由（0.041 M Na2HP04 + 0.028 M KH2P〇4)、0.151 M Naa、20 毫克 /升疊氮化鈉、50毫升甲醇組成之緩衝溶液，用蒸餾水 加至1升； 2) 固著蛋白質A (Sigma Chemicals)之溶液：1毫克/毫升蒸館 水； 3) 中和溶液：緩衝溶液1)+1〇毫克/毫升牛血淸蛋白（BSA， Sigma Chemicals)； 4) 洗滌溶液：亦用於測定背景訊號，緩衝溶液1)+ι毫克/ 毫升BSA ; 5) 樣品溶液：不同濃度（ΙΟ"8 Μ、1〇_9 Μ、310·1。μ、[ΙΟ·1。M)之 Cy5.5™-標記之免疫球蛋白在含1毫克/毫升bsa之緩衝溶 液1)中； 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4规格（210X 297公嫠） 裝 ,I訂U ^旅 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -29- 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 A7 B7 五、發明説明（） 6)再生溶液：甘胺酸緩衝液，pH2.5。 加蛋白質A之生化指示器層 將光察覺器用溶液2)培養10小時以固著蛋白質A。爲 了中和任何仍自由之吸附位址，將察覺器用蒸餾水淸洗， 然後在含10克/升BSA之中和溶液中再培養1小時。 測量程序/測定分析 在整個程序期間內，維持一 0.25毫升/分之流量流過 活性察覺器表面。 本方法由下列各個步驟組成： -用洗滌溶液4)淸洗4分鐘，記錄背景訊號； -4分鐘內，加入樣品溶液5); •用洗滌溶液4)淸洗4分鐘； -4分鐘內，加入再生溶液6); -用洗滌溶液4)淸洗4分鐘。 在整個程序內，測定經由第二光柵耦合出之螢光訊 號。在不同濃度下，在樣品加入結束時記錄以下之訊號變 化，與最初背景訊號比較（訊號/雜音比介於50與100脈衝 /秒（cps)之間）： [Cy55-IgG] 螢光訊號[cps] ΙΟ"8 Μ 7000 1〇·9Μ 850 S-IO^M 300 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------「裝-----·—訂^------^.4. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -30- 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 利用光柵輸出耦合檢測螢光之極限明顯地低於3· 10— M，相當於一 3·1(Τ13摩爾Cy55·標記之IgG之分析物濃度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） --------「裝-----_訂.------^線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -31 -

Claims (1)

1. Α8 Β8 C8 D8 j修正 申請專利範圍 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 1. 一種用平面介電光察覺器測定激發光之方法，察覺器係 由一透明基體⑻及塗在其上之一薄透明波導層（b)組 成，並具有激光輸入耦合之光柵，且該基體⑻之折射率 低於波導層（b)之折射率；該方法係使液體樣品與層（b) 接觸，並以光電法測量樣品中發光性物質產生之光或固 著在層（b)上發光性物質產生之光，用耦合光柵將激光耦 合入平面波導管內，使其橫過波導層，因而發光性物質 在波導層之瞬逝場中被激發光，該方法包括使用一厚度 小於激光波長λ且折射率在激光波長下爲2 1.8之材料組 成之波導層，及從波導層耦合出，並檢測第二耦合光柵 (與第一光柵在空間係分離者）反饋耦合至波導層（b)之 激發光。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，包括使用一厚度小於λ/2 之波導層。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中之波•層厚度爲40 至160塵米。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中之光柵調制深度爲 3至60塵米。 5.如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中之激 光係在一與激發光不同的角度耦合出。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） _ 32 - AB,CD 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中之激光係以反方向 耦合入波導管內’及由波導管傳輸之激光及在波導管內 傳輸之激發光係以前進方向耦合出。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中之激光係在一 < 至 -50°角度範圍內耦合入波導管內。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中反饋耦合入波導管 內之激發光係在一至50°角度範圍內耦合出。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中之基體之激發光被 遏止。 10. 如申請專利範圍第1項之方法，係使用實質上平行之光 來激發光。 11-如申請專利範圍第1項之方法，其中用來檢測分析物之 能發光物質被直接固著在波導層表面上。 12.如申請專利範圍第1項之方法，該方法包括：將一特異 結合夥伴（作爲分析物本身或一結合夥伴之化學或生化 檢測器物質），在多步驟測定中（在此過程中分析物在 一步驟中結合），固著在察覺器表面上。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 33.- I-------^ -裝------訂------f·^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 S . D8 六、申請專利範圍 13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中激光之吸收同時被 測定。 14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中之激光係以連續波 (cw)模耦合入波導管內。 15. 如申請專利範圍第1項之方法，包括輸入耦合定時脈衝 形式之激光及時間分辨地檢測激發之光。 16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中之脈衝寬係從1皮 (104)秒調高至100秒。 17. 如申請專利範圍第1項之方法，包括輸入耦合一個或多 個頻率之調制強度之激光，及檢測產生之相移及樣品激 發光之調制。 18. 如申請專利範圍第1項之方法，其中要檢測之樣品爲蛋 黃、血液、血淸、血漿或尿。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 19. 如申請專利範圍第1項之方法，其中要檢測之樣品爲地 表面水、土壤或植物提取液、生物作用肉湯或合成肉 湯。 20. 申請專利範圍第1項方法之用途，係在親和力感測上用 作生化物質之定量。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） _ 34 - A8 S · D8 六、申請專利範圍 21. 申請專利範圍第1項方法之用途，係用作抗體或抗原之 定量。 22. 申請專利範圍第1項方法之用途，係用作受體或配體、 寡核苷酸、DNA或RNA股、DNA或RNA相似體、酶、酶 受質、酶輔因子或抑制劑、外源凝集素及碳水化合物之 定量。 23·申請專利範圍第1項方法之用途，係用作光混濁流體中 之發光成份之定量。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 24. —種利用申請專利範圍第1項之方法測定激發光之光察 覺器（1)，基本上含一平面光學透明基體(5)及塗在其上之 一薄波導層⑷，該察覺器（1)具有一輸入耦合激發輻射之 耦合光柵(2)，且基體之折射率小於波導層⑷之折射率， 其中該波導層⑷之厚度小於激發輻射之波長λ，及該波 導層⑷係由一折射率在激發光波長下爲> 1.8之材料組 成’且察覺器⑴含一在空間上與第一耦合光柵(2)分開之 第二耦合光柵，用來耦合出反饋耦合入波導層內之激發 光。 25. 如申請專利範圍第24項之察覺器，其中之波導層⑷厚度 小於λ/2。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） _ 35 _ 六、申請專利範圍 26. 如申請專利範圍第24項之察覺器’其中之波導層⑷厚度 爲40至160塵米。 27. 如申請專利範圍第24項之察覺器，其中之光柵調制深度 爲3至60塵米。 28. 如申請專利範圍第24至27項中任一項之察覺器，其中輸 入耦合激光用之第一耦合光柵⑵之光柵常數與耦合出激 發光之第二耦合光柵⑺之光柵常數不同。 29. 如申請專利範圍第24至27項中任一項之察覺器，其中之 光柵距離爲Β<3·Χ1/β，其中X1/e爲入射光之強度1〇降至I〇/e 時之長度。 30. 如申請專利範圍第29項之察覺器，其中之光柵距離爲 0.2 * X1/e 0 31. 如申請專利範圍第24項之察覺器，其中在基體(5)與波導 層⑷間有一遏止基體激發光之低折射率中間層。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 32. 如申請專利範圍第31項之察覺器，其中之低折射率中間 層基本上由Si02或SiOxCyHz組成。 33. 如申請專利範圍第31或32項之察覺器，其中之中間層 厚度爲S 1000塵米。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） -36 - A8 B8 C8 · D8 六、申請專利範圍 34如申請專利範圍第24項之察覺器，其中使用之基體爲有 機微結構之基體。 35. 如申請專利範圍第24項之察覺器，其中使用之有機基體 含微結構之有機塗層。 36. 如申請專利範圍第24項之察覺器，其中之平面透明波導 層⑷係由Ta205或Ti02組成。 37. 如申請專利範圍第24項之察覺器，其中有一黏附促進層 存在於波導層⑷與樣品之間。 38. 如申請專利範圍第37項之察覺器，其中之黏附促進層厚 度爲S 50塵米。 --------¢--裝------訂-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -37 -