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A7 五、發明説明（） 本發明有關一感測台，其係以共同基材上之至少兩個 平面的，分開的無機介電波導區爲基礎，及有關相同或不 同的分析物之激發光之平行瞬逝激發及偵測方法。本發明 亦有關一改良修飾之感測台，其係由平面的，分開的無機 介電波導區之感測台及一或多個固著在感測台上之有機相 組成。本發明之另一目的爲感測台或改良修飾之感測台在 激發光偵測法中作親和力量之感測及作不透明溶液之發光 成份之選擇性定量測定上之用途。 若一光波被耦合至被較低折射率之介質包圍之平面波 導管內，則其因全反射被限制在波導層邊界。在最簡單的 情況中，平面波導管係由一三層系統組成：基材、波導 層、上層（或要硏究之樣品），有最高折射率之波導層。 額外的中間層可更進一步改進平面波導管之作用。 在該佈置中，一部份電磁能量進入折射率較低之介質 內。該部份稱爲瞬逝（衰退）場。瞬逝場強度非常強烈地 依賴波導層本身厚度及波導層與周圍介質之折射率比。在 薄波導管之情況（即層厚度與要引導之波長相等或較小 者），傳導光之離散波模可以辨別。 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) 用一瞬逝場可，例如，在相當低折射率之介質中激發 光，並可僅在波導區之緊鄰附近激發光。該原理已知爲瞬 逝激發光之激發。 瞬逝激發光之激發在分析領域中是很感興趣的，因爲 激發作用侷限於波導層之緊鄰附近。測定有激發光染料標 記之抗體或抗原之瞬逝激發光之方法及設備是已知的，且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 描述在，例如，美國專利申請案US-A4582809中》其申請專 利之佈置係使用光纖作瞬逝激發光之激發。此光纖典型上 具有大至1毫米之直徑，且當雷射光耦合至其內時能引導許 多波模。瞬逝激發光可很容易地僅利用耦合回光纖內之部 份測得》另一缺點爲設備相對地大及需要比較大體積之樣 品。使佈置之尺寸作任何進一步實際縮小餘地很小，更不 用說迷你小型化成積體光感測器。 任何靈敏度之提高一般與佈置之尺寸之增大有關。 在瞬逝激發條件.下，用平面光波導管測定生物感測器 激發光之光度儀亦是已知的，且描述在，例如，專利案W0 90/06503中。在該案中使用之波導層具有160塵米至1000塵米 之厚度，且不用光柵耦合器即可耦合激光波。 在提高瞬逝激發光之靈敏度及製作稹體光感測器上已 作了各種嘗試。例如，在Biosensors & Bioelectronics 6 (1991)，595 -607中之一報告中描述平面單波模或低波模波導管，其係利 用兩步驟離子交換法製作，且其中之激光波係用稜鏡耦 合。使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’抗體被固著在波導管上，要偵測之有螢光素標記 之蛋白質A (在磷酸鹽緩衝液中）被加在用以蓋住波導管測 量區之聚乙烯醇膜上。 該方法之一重要缺點爲僅可得到波導層與基材間之小 折射率差，造成相當低的靈敏度。 螢光素標記之蛋白質A之靈敏度已知爲20nM。這對測 量非常小痕量仍然不能令人滿意，因此需要進一步提高靈 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐〉 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) ，?τ 边！ 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 A7 ____________B7 __ 五、發明説明（） 敏度。此外，由於耦合輸入效率對稜鏡與波導管間接觸面 之品質及尺寸有相當依賴性，用稜鏡耦合輸入光實際上難 再現及實施。 在美國專利申請案US-A-5081012中提出一不同的原理。 平面波導層爲20塵米至1000塵米厚，且包含兩個光柵，其 中一個爲反射光柵形式，使得耦合輸入光波必須在光柵間 之感測器區內至少來回通過兩次。這方式據稱可提高靈敏 度。一個缺點爲反射光可導致不需要之背景光強度增強。 專利申請案WO91/10122描述一薄層之光譜感測器，其 包含一耦合輸入光柵及一空間上遠置的耦合輸出光栅。其 特別適合吸收之測量，若使用高折射率之無機金屬氧化物 作爲波導管時。該案描述各種適合耦合輸入及耦合輸出多 色光源之具體實施例。偏愛之波導管厚度爲大於2〇〇塵米， 且光柵深度應爲約100塵米。這些條件不適合在親和力感測 中之激發光測量，因爲僅能得到低靈敏度。此點在却奸 Optics Vol. 29, No. 31 (1990)，4583 - 4589 中，由那些系統之總效率 數據證實：在633塵米爲0.3%及在514塵米爲0.01%。 在相同感測器之另一具體實施例中，多數可用作氣體 混合物分析器之聚合物平面波導層被塗在一基材上。在那 種狀況係利用有效折射率之改變或與，例如’溶劑蒸汽接 觸之聚合物波導管層厚度之改變。因此波導結構在空間上 被改變。然而，此改變完全不適合在親和力感測中之激發 光測量，因爲耦合輸入被改變，致散射增加且可明顯地降 低靈敏度。 (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公兼） -6- A7 A7 經濟部中央樣準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（） 在生產波導管之方法中，基材之平面性、波導層之恆 定厚度及均勻性及所用材料之折射率是非常重要的。此點 描述在，例如，歐洲專利申請案EP-A-0533074中，且該案建 議將無機波導管塗在塑膠基材上。此程序之優點爲，例 如，光柵耦合器結構可用將結構壓印塑膠中之方法而經濟 有效地建造。然而，另一方面，塑膠基材之光學品質要求 亦高。 在工業生產上，平面波導管較光纖波導管有相當可觀 之優點。特別是，光纖波導管經常必須拋光光纖之切開端 以得到完美的光學品質。另一方面，平面波導管可製成薄 片形式，然後壓印、折斷或切成需要的尺寸。在大多數情 況中，邊緣不需磨光，使大量生產更爲經濟。 有光柵耦合器之平面波導管之另一優點爲，測量設備 或測量佈置中之調整簡單以及塗層也簡單，例如固著分析 物之塗層。爲此目的，可使用能生產重現之恆定層厚度之 標準塗層技術。實例爲噴塗法、刀塗層法、旋塗法或浸泡 法。品質管制亦可利用已知的，非常精密的方法簡單地進 行。適合的方法有，例如，顯微鏡法或干涉測量法、橢圓 測量法或接觸角測量法。對彎曲表面，像那些在光纖波導 管內發現之彎曲表面，這些方法不適用或使用困難。 波導層本身與光波耦合至波導層內之性質一起爲一主 要問題。對積體光感測器之耦合光線至錐狀波導管內之光 概之要求在，特別是，Chemical，Biochemical and Enviromental Fiber Sensors V，Proc· SPIE，Vol 2068, 1 - 13, 1994 中已指出。光柵之調制 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） HI In m ^ —^ϋ HI l^n nn an In、一-aJ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A 7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 深度及波導管之層厚度被描述成爲重要的特色。在該刊物 中建議之系統可用作，例如，積體激發光指示器，雖然沒 有參考要偵測之任何激發光β 若要使用此種有積體光柵耦合器之平面波導管測量激 發光，其有效性及達到高鼉敏度之必需特徵爲足夠的耦合 輸入效率、儘可能強的瞬逝場及引導波之低衰減》這些特 徵由波導層及基材以及任何中間層之折射率之組合、波導 管之層厚度、及光柵耦合器之結構、調制深度及光柵周期 決定。此外，還需要其表面之光品質及其平面度或粗糙 度。 所有在先前技術中描述之偵測瞬逝激發光之方法之缺 點爲，在均勻膜形式之感測台上一次僅可分析一個樣品。 爲了能在同一感測台上進行另一測量，必須進行辛苦的淸 洗及淸理步驟》這特別是在偵測與第一次測量之分析物不 同之分析物時之情況。在免疫分析之情況，其通常意指感 測台上之整個固著層必須更換或必須使用新的感測台。 所以需要發展一方法，其容許多數樣品平行分析，即 同時或一個緊接一個而不需額外的淸理步驟。 專利案WO 95/03538提出，例如，在連續波導層上，將 多數洞狀樣品室安排在波導層頂部之樣品板上。在每一樣 品室下爲一光柵，其耦合輸出一部份經由波導層引導之 光。分析物之偵測係基於耦合輸出角度改變爲分析物濃度 之函數。基於折射率改變之方法之靈敏度通常明顯地低於 發光方法之靈敏度。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9 Τ

A 本紙張尺度適用中國闺家梂準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準扃員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明说明（） 專利案WO 94/27137提出，例如，一用瞬逝激發光實施 免疫分析之設備及方法。該設備係由一有兩個面平行之表 面之連續光波導管及一結合透鏡作爲耦合輸入元件之側邊 組成。多數特異結合之夥伴被固著在至少一個表面上。在 一偏愛之具體實施例中，那些特異結合之夥伴被安排在連 續波導管上，使得它們在空間上互相分開》在工作實施例 中，它們以點形式分佈在波導管表面上。 基於揭露之具體實施例，其必須假設經由側邊耦合輸 入達到之效率低於經由光柵耦合輸入達到之效率；而且， 由於層厚度大（自撐式波導管），瞬逝場之強度及激發效 率較在相對層厚度小之單模波導管中之效率相當的低。總 之，此種佈置之靈敏度是有限的。 將各種特異結合之夥伴塗在連續波導層上之佈置亦有 其缺點，即激光激發所有螢光團標記之分子。因此不可能 依照位置選擇測量位址。此外，瞬逝反饋耦合之螢光素光 子可從鄰近點產生訊號，因此導致測量誤差。 在電磁通訊應用之積體光學中，玻璃基之平面光學組 成爲已知者，其含通道形式之波導管，該波導通道係藉助 光罩交換表面上之各個離子而產生(GlastechnischeBerichte Vol. 62, 第285頁，1989)。形成一空間上交連之層，此層已摻雜質的通 道中展現折射率有些微增加。折射率之增加通常少於5%。 此種組成是複雜的且生產昂貴。 在 SPIE Vol 1587 Chemical，Biochemical and Enviromnental Fiber SensorsIII(1991)，98-113 頁中，庫茲(R.E.Kunz)描述一種分岔再 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -9- 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（) 合在一起之光波導管’其特別適合積體光學儀器’像干涉 儀。此結構不適合瞬逝激發光測量，因爲元件不能各別定 其位址及一個接一個的多數分岔之佈置快速地導致在第一 個分岔處之耦合輸入之光波之強度損失大。由於此分岔之 角度小（典型上爲3°) ’在小組成之情況中，分岔之兩分枝 間之距離短，否則組成之尺寸必須作的相當大’這通常是 不希望的。此外，分岔波間之固定相關係不是激發光測量 需要的。 在專利案WO 92/19976中，庫茲Kunz)再度描述一佈 置，其含多數偵測複合訊號之積體測量條帶；這可能，特 別是，利用人造鼻之氣味偵測。 實質上單模之平面無機波導管在激發光偵測方法上之 用途在先前技術中僅一般性地提到，而未描述任何與激發 光之激發及偵測有關之特定要求。特別是，未說明可得到 好或非常好結果之層厚度範圍或調制深度。 如今已發現，可利用簡單方式製作一以共同基材上之 至少兩個平面的，分開的無機介電波導區爲基礎之感測 台，該感測台適合相同或不同分析物之激發光之平行瞬逝 激發及偵測。那些分開的波導區可各有一或多個耦合光 柵。 該感測台之一實際優點爲，例如，數個樣品溶液可同 時作高靈敏度地分析。在各個測量間不需要淸洗或淸理步 驟，結果每單位時間之樣品通過量高。這對例行分析或在 基因工程分析領域中是特別重要的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） -10- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

.•ST 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 除了能同時分析多數樣品溶液外，一種要測試之樣品 溶液亦可在感測台上同時或連續測定其數個分析物。這在 血液或血淸測定之情況中是特別有利的，可特別快速及經 濟地進行。 當數個樣品溶液同時分析時，分開之波導區可防止不 同樣品之光訊號間之干擾。用此方法可得到高靈敏度及低 誤差率。 波導區之分開亦可進一步使用不同波長之光源，提高 選擇性及靈敏度。 感測台之另一優點爲各個分開之波導區可以光學、化 學或流體方式選擇性定位址。 特別適合者爲在空間上或光學上分開之平面波導區之 感測台（波導區中僅有一波模或少數波模被引導）。其特 點爲特別高的靈敏度及極小的結構。通常，該高靈敏度無 法用平面構造之多波模波導管達成。 激光可，例如，使用透鏡、稜鏡或光柵耦合輸入，或 直接進入波導層之端面。 使用光柵之耦合輸入及，適當時，耦合輸出通常比用 透鏡或稜鏡簡單及更有效率，使得耦合輸入之光波強度亦 更大。此點，連同被引導光波之低度衰減，對此佈置之非 常高靈敏度有很大貢獻。 靈敏度仍可使用儘可能強之瞬逝場而進一步提高。如 此可提供測定波導層表面上甚至非常少量激發光物質之可 能性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -11 - 經濟部中央梂準局員工消費合作社印裝 A7 B7_ 五、發明説明（） V 本發明之一目的爲一感測台，其由一連續的透明基材 及一透明的，平面的無機介電波導層組成，其中 a) 透明，平面的無機介電波導層至少在測量區中被分成至 少兩個波導區，因爲引導光波區中之有效折射率大於周圍 ^-—',^11^'*····" · .............._ 區中之折射率，或者波導層之分區係由一表面上吸收耦合 輸入光之物質形成； b) 波導區各具有一耦合輸入光柵，或具有一共同耦合輸入 光柵，其方式爲光柵要能使光波載體之傳播方向在耦合輪 入之後維持不變，及 c) 適當時，波導區各具有一耦合輸出光柵，或具有一共同 親合輸出光柵。 本發明不包括，例如，最初分岔成Y形，然後在兩末 端再結合一起之兩波導區之佈置，因爲在該情況，光波載 體之傳播方向在耦合輸入之後改變。此種佈置爲已知的， 且係用作，例如，干涉儀。 在本發明中，分開之波導區之目的在提供從一或多個 分析物中，同時偵測瞬逝激發光之感測台。 在本發明中，、測量區間〃及、測量區〃爲同義詞。 分開之波導區之幾何形狀是隨意的。其最好是由裝有 感測台之整體設備左右。幾何形狀之實例爲線形、條帶 狀、長方形、圓形、橢圓形、棋盤圖案、菱形、蜂巢狀或 不規則馬賽克圖案。各別波導區間之分界基本上爲直線。 它們可，例如，在末端交會至一點，及整體上它們可比測 量區寬或窄。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -12- 經濟部中央標準局員工消費合作社印奴 A7 B7 五、發明説明（） 波導區偏愛佈置成分開之條帶狀、長方形、圓形、橢 圓形及棋盤圖案。 波導區特別偏愛佈置成平行條帶狀。 另一偏愛之具體實施例爲，波導區佈置成平行條帶 狀，其在一堆或兩端接合在一起，且光波載體之傳播方向 在耦合輸入之後維持不變。 另一有利的具體實施例爲，條帶狀區在一端接合在一 起及另一端爲開放的，且光波載體之傳播方向在耦合輸入 之後維@$變。 第β蜚Id及2a至2d圖說明數個更可能之佈置。 參考號碼代表： 1爲已塗在基材上之波導層； 2爲分區，其係利用一波導層表面上之吸收物質形成，或 利用波導層平面中之有效折射率降低而形成，其在最簡 單的情況，係利用空氣間隙取代波導層而成。 3, 3’分別爲耦合輸入及耦合輸出光柵。 在第ia圖中，波導區（=測量區）被分隔區間斷。那些 分隔區不與耦合元件接觸。在第lb圖之情況，有測量區共 同使用之耦合輸入及耦合輸出光柵。與分隔區沒有接觸。 在第lc圖中，分隔區延伸至耦合元件之外。然而，其不影 響波導區中之耦合輸入。 第Μ圖包含兩個耦合光柵，而其它方面相當於第lc圖。 第2a至2d圖示一佈置，其中耦合光柵不是連續的，但 其中每一波導區有其自己的各別光柵。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐） 於衣 .— 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -13 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 空間上或光學上分開之波導區可利用已知方法製作》 有兩個可能之基本方法》例如，a)波導層可在蒸汽沉積法 之開始使用光罩空間上分開地建造，或b)製作一連續層， 然後利用適合方法結構化。 方法a)之一實例爲無機波導物質之蒸汽沉積，用一適當結 構之光罩覆蓋部份感測台。此光罩爲積體電路製造中已知 者。光罩可與感測台直接接觸。可使用正及負光罩。 亦可將一無機波導物質懸浮液經由一適當結構之光罩 塗在感測台上，及利用溶膠一凝膠技術製作波導層。 以上述方法形成分開之波導區，在最簡單的情況中分 區係利用一空氣間隙達成《•然而，該空氣間隙可接著用一 折射率低於波導層折射率之不同物質塡滿。若以該方式將 其分成數個波導區，則波導區與鄰近物質間之有效折射率 差異最好大於0.2單位，特別是大於0.6單位。 方法b)之一實例爲，一無機波導物質之蒸汽沉積形成 一連續層，然後將其利用機械劃割法、雷射物質加工法、 石印法或電漿法分隔成各別波導區。 蒸汽沉積法通常在眞空條件下進行。亦可利用電漿沉 積法進行。 應特別提到使用脈衝激發雙體(excimer)及固態雷射或連 續氣體雷射之加工。在脈衝高能雷射之情況，結構化可經 由一光罩在一大面積上達成。在連續操作雷射之情況，聚 焦光束通常由要結構波導層上通過，或相對於光束移動光 導層。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公楚） -14- (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 犯 435 at B7 五、發明説明（） 適合之石印法爲蝕刻技術，像那些製作印刷電路版或 微電子組成中使用之技術。那些方法容許有各種幾何圖案 及一微米或次微米範圍內之細微結構。 在任何磨耗加工方法情況，重要的是要部份或完全去 除波導層，但不能使感測台完全被分割。任何可能存在之 中間層同樣可完全或部份去除。 在方法b)之改變方法中，先塗上一連續層無機波導物 質，然後在第二步驟中，使用一間斷波導區之吸收物質， 將一結構加在該層上，其方式爲，要使波導區能被吸收區 (非波導區）分開。 吸收物質可爲無機物質，像有高吸光係數之金屬，例 如金、銀、鉻或鎳，或爲有機化合物，例如染色及著色之 聚合物。那些物質可以連續層形式或，在金靥之情況，以 膠體水溶液形式塗在波導層上。有不同的方法可供選擇》 在眞空條件下進行之建構沉積法已在上面提過。 水或有機溶劑中之膠體物質，像水中之金，同樣可用 於建構波導區。 利用自發性 >組合"將膠態金沉積在表面上之方法已 被，例如，葛利費斯（R. Griffith)等人描述在Science 1995, 267, 1629- 1632。例如，膠態金溶液之空間上或流動上分開之層 流部份可在波導層上流動，金粒子沉積成，例如，條帶 狀。將表面乾燥，遂得到本發明之分開之波導區。沉積之 金膠體必須有一 10至15塵米之最小粒徑，方能使期望之吸 收發生。其直徑最好是15至35塵米。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ规格（210X297公釐） -15- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .4. 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7__ 五、發明説明（） 膠態金之沉積亦可利用壓印在表面上而達成。溶解之 有機材料之壓印被懷特塞德(Whitesides)描述成^微接觸印刷 (microcontactprinting)^ ，且已用於金表面之建構（使用液體院 硫醇）（J丄.Wilbur et al.，Adv. Mater. 1994, 6, 600 - 604 ; Y. Xia and G.M. Whitesides，J. Am, Chem. Soc. 1995, 117, 3274 - 3275)。例如，可將膠 態金溶液吸入一希望結構之圖案之彈性壓印器內，然後結 構之圖案可利用壓印器印在波導層表面。 使用有機溶劑或水之方法非常有彈性且迅速。它們容 許在進行激發光分析前，立即達成波導管之建構。 在一些情況中，波導層表面必須在，例如，金膠體沉 積前修飾，其方式爲要使膠體粒子與修飾表面間產生良好 粘著。粘著可利用疏水性交互作用、凡得瓦耳力、偶極一 偶極交互作用、簡單靜電交互作用或共價鍵結而達成。交 互作用可用膠體及/或波導層表面官能化而產生。 一適合之修飾表面及達到粘著之方法爲，例如，矽烷 化法，如在 Advances in Colloid and Interface Science 6, L. Boks^nyi，0. Liardon and E. Kov^ts，（1976) 95 - 137中所述。此矽烷化法亦在感 測親和力中用於增進識別元件之粘著。锍基-末端之矽烷， 像(疏甲）二甲基乙氧矽烷，特別適合利用硫-金共價鍵之形成 而促使金粘著。 方法b)之另一修飾在於在第二步驟中，將一結構形式 之相同無機物質加在無機波導物質連續層上，結果是增加 層厚度可獲得有效折射率之提高，因此光波模之傳播在形 成之測量區內集中。此 > 平板波導管#及其製作方法被查 (請先閱讀背面之注意事項再填耗本頁) 裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16- 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 A7 B7 五、發明説明（） 普（Η·Ρ. Zappe)描述在"Introduction to Semiconductor Iutergrated Optics", Artech House Inc” 1995 中。 波導層之條帶寬最好是從5微米至5毫米，特別是從50 微米至1毫米。 若波導區之寬度減少太多，則可用之感測器面積亦將 隨之減少。條帶寬及需要之感測器面積最好互相配合。 各別波導區之尺寸及寬度可有很大變化，整體而言， 主要決定於想要之用途及系統之結構。 當它們爲條帶狀時，各別波導區之長度宜爲0.5至50毫 米，特別是1至20毫米，及非常特別是2至10毫米。 感測台上之條帶數目宜爲2至1000,特別是2至10(H 各別波導區可，例如，在基材上佈置成二組或多組各 有至少二條帶之帶狀區，因此形成一多重偵測區。 此種組合之多重偵測區之很實際之優點爲，感測台在 連續之多分析物測量間不必淸理或更換，但只是必須相對 激發光、流體及偵測單元移動。 另一優點爲，此多重偵測區之製作更經濟。一非常實 際之優點爲，不需要非常費時及高成本之分開成分隔之感 測台。 每一多重偵測區最好由2至50,特別是2至20個分開之 波導區組成。 在感測台上最好有2至100，特別是5至5〇個多重偵測 區。 本紙張尺度適用中國國家榡芈（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐） ml —^ϋ In mr 士 I— mV 1 nn ^^^1 、一 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -17- 經濟部中央橾隼局員工消費合作社印聚 A 7 B7 五、發明説明（） 第3a及3b圖顯示一有多數多重偵測區之感測台之可能 佈置，其中之基材爲盤狀，且其可利用壓鑄法製作（類似 於目前用於緊密壓縮之磁盤之方法）。總體佈置可包含一 有多數多重偵測區之盤狀感測台及一包含流體供應管線及 實際樣品室之流體盤。將兩部份結合，例如膠合在一起， 形成一單元。 然而，淺盤狀樣品室亦可在盤狀感測台上形成。然後 在此一具體實施例之上加一平面蓋。 / 參考號碼1至3如上定義，4代表一完整之多重偵測 /區，5爲基材及6爲一中央切除部份，其可容納一軸由轉動 ； 以使各別多重偵測區4在激發光及偵測光下通過。7及7代 表分析期間所需溶液之入口及出口，該溶液通常經由一有 至少兩個孔口之流通室與固著在波導區上之識別元件接 \觸。 多重偵測區也可佈置成同心圓。各別多重偵測區間之 距離可如是安排，例如，使其旋轉5至20度角後而有一新的 多重偵測區開始位於激發光及偵測光下。 第4a及4b圖顯示一盤上之感測台之類似構造，其差別 爲，與第3圖比較，各別多重偵測區4爲徑向而非切線向佈 置，其導致增進之表面積利用性。 另一種佈置示於第5a及5b圖中。各別多重偵測區4係佈 置成長方形棋盤圖案。然而，多重偵測區亦可以這樣安 排，以使各別影像在一底片帶中。 膠片可爲平面元件形式或爲膠捲。 I本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9 -18 - 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 ----------— _ 五、發明説明（） 各別多重偵測區可在激發及偵測光下，以類似於底片 之方式移動。 用於分開之波導區之優先性亦適用於多重偵掏!區之情 況。 本發明範圍內之感測台爲一自撐元件，其可_造成條 帶狀、平板、圓盤或任何其它想要之幾何形狀。其基本上 是平面的。選擇之幾何形狀本身是不重要的’可_擇適合 裝感測台之設備結構者。然而，感測台亦可用作〜獨立元 件，空間上與激發光源及光電子偵測系統分開。傻先選用 者爲可小型化之佈置。 適合之基材爲，例如，各種玻璃或石英。偏愛者爲有 最低可能之光折射率及最低可能程度之固有激發光之玻 璃，容許最簡單可能之加工（像蝕刻、硏磨及拋光）之玻 璃。基材最好是透明的，至少在激發及發射波長下是透明 的。基材之微觀粗糙度應該愈低愈好。 亦可使用透明熱塑性塑膠作爲基材，像那些描述在專 利案EP-A-0533074中之基材。 基材上可額外地覆蓋一薄膜層，其折射率低於或等於 基材之折射率者，且其厚度不超過0.01微米。該層可用於防 止基材中之討厭的螢光激發以及降低基材之表面粗糙度， 該層可由熱塑性塑膠、熱交聯之塑膠或結構交聯之塑膠組 成’或者由無機材料像Si02組成。 如有一中間層存在，其折射率低於波導層中之一層之 折射率且其層厚度遠大於瞬逝場之穿透深度（即》1〇〇塵 本紙張尺度適用中國國家棟準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ·" 訂 -19- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（） 米）時，僅此中間層之透明度（在激發及發射波長下）就 足夠，若激發光從感測台頂側發射出。在此情況，基材亦 可是吸收劑。 由透明熱塑性塑膠組成之特別適宜之基材爲聚碳酸 酯、聚醯亞胺或聚甲基丙烯酸甲酯。 所有波導層之折射率最好相等，即所有波導層最好由 相同材料製成。 波導層之折射率必須大於基材及任何使用之中間層之 折射率。平面的透明波導層宜由一折射率大於2之材料組 成。 適合之材料爲，例如，無機材料，特別是無機金屬氧 化物，像Ti02、ZnO、Nb205、Ta205、11沿2或21〇2。 偏愛者爲Ta205及Ti02。 波導層之厚度宜爲40至1000塵米，特別是40至300塵米 及非常特別是40至160塵米。 在一偏愛之具體實施例中，各波導層之厚度相同。 光柵之調制深度宜爲3至60塵米，特別是3至30塵米。 調制深度與層厚度之比値最好等於或小於0.5,且特別 是等於或小於0.2。 耦合輸入激光或耦合輸出反饋耦合激發光之光柵爲繞 射光柵形式，最好是浮雕光柵形式。浮雕結構可有各種形 狀。適合之形狀爲，例如，正弦形、長方形或鋸齒結構。 製作此類光柵之方法是已知的。主要使用影印石版製法或 立體攝影製法及蝕刻技術，像那些描述在，例如，Chemical， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

T -20- 經濟部中央標準局員工消費合作社印袋 A 7 B7 五、發明説明（）

Biochemical and Enviromentai Fiber Sensors V. Proc. SPIE, V〇l 2068, 313 -325, 1994中者。模鑄法或壓印法亦可用於有機基材。 光柵結構可在基材上製作後移轉至波導層，然後光栅 結構在此複製，或直接在波導層上製作。 光柵週期可爲200至1000塵米，光柵最好是只有一個週 期性，即爲單繞射光柵。選擇之光柵週期宜爲一容許激光 在第一繞射層級耦合輸入者。 光柵之調制深度最好具有栢同大小。 光柵之線隙比宜爲0.5至2»由"線隙比•可知，例如在 長方形光柵情況，線寬與隙寬之比。 光柵可用於將激光耦合輸入至各別波導層及將反饋耦 合之激發光耦合輸出至波導層。 分析不同激發光之樣品時，最好是所有的或一些耦合 輸入及耦合輸出光柵有不同的光柵常數》 在一偏愛之具體實施例中，所有光柵之光柵常數相 同。 若一些光柵用於光之耦合輸入及一些用於光之耦合輸 出’耦合輸入光柵之光柵常數最好是與耦合輸出光柵之光 柵常數不同。 光柵間隙最好是BS3.Xy«，X1/e爲被引導之光之強度1〇降 至I〇/e之長度。 在一組偏愛之感測台具體實施例中： 感測台上之透明，平面的無機介電波導區至少沿著測量截 面’被此間至少以0.6之折射率跳進式地分開，且每一區有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 装·

•1T -21 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（) 一或二個各別之光柵耦合器或所有區一起有一或二個共同 的光柵耦合器，此透明，平面的無機介電波導區之厚度爲 40至160塵米，光柵之調制深度爲3至60塵米及調制深度與 厚度比等於或小於0.5。 達到0.6或更大之折射率跳進之最簡單方法爲將波導層 完全分隔開且含一空氣間隙或，在測量期間，選擇性地含 水。 波導層最好僅引導1至3個波模，且特別是單模波導 営。 本發明之另一主題爲一改良修飾之感測台，其中有一 或多個特異結合夥伴固著在波導區表面上，作爲一或多個 相同不同的分析物之化學或生化識別元件。 各種特異結合夥伴可加在波導區表面上，其在每一波 導區內之空間上之分開不重要。它們可，例如，以任意混 合物形式存在波導區表面上。當有不同發射波長之分析物 利用一耦合輸出光柵同時測定時是有利的。 每一波導區表面上之特異結合夥伴最好是在空間上彼 此分開。_ 特異結合夥伴可固著在波導區之各個位址上，例如利 用光化學交聯達成，如專利案WO 94/27137中所述。另一方 法包括使用一多滴定管頭，將要固著之特異結合夥伴逐滴 加上去。其亦可使用一有壓電啓動器之改良式噴墨列印頭 達成。此方法之優點爲可快速進行且可使用的量很少。這 是製作細條帶或其它細結構幾何圖案之先決條件。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 一 辦衣 I 訂— ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -22- A7 B7 30^435 五、發明说明（） ---------^ 冬— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) 將特異結合夥伴分離固著在波導區之另一偏愛而簡單 實施之方法係基於使用一流動室，分離固著在流動室內可 以機械式地以分隔桿或在層流之情況以流體方式分離達 成。在該方法中，供應結合夥伴之部份流之幾何佈置實際 上相當於感測台上波導區之佈置。當特異結合夥伴要埋在 一僅在流體介質中安定之環境中時，該使用流動室之固著 方法特別有利，如在脂質一膜一結合受體之情況。 特別是，在該方法中可利用與上述之製作非波導區相 同之方法，沉積與金膠體共價鍵結之特異結合夥伴。爲了 在波導區中得到波導，必須使用小於10塵米且特別是小於5 塵米之非常小直徑之金膠體。 訂 另一同樣簡單實施之方法係基於利用類似於上述製作 非波導區之方法，在表面上貼上特異結合夥伴或與金屬鍵 結之特異結合夥伴。 偏愛之金屬爲金。 偏愛之空間上分開之圖案爲條帶狀、長方形、圓形、 橢圓形或棋盤形圖案。 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 特別優先選用者爲一修飾之感測台’其中在每一波導 區表面上僅佈置一特異結合夥伴。 若將一粘著促進層位於波導區與固著之特異結合夥伴 間，則可得到另一偏愛之修飾之感測台實例。 粘著促進層之厚度最好是等於或小於50塵米，特別是 小於20塵米。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） -23 - A 7 B7 五、發明説明（） 又，粘著促進層可選擇性地运塗在波導區中，或在非 波導區中鈍化，例如利用光化學活化或使用濕化學方法， 像多滴定管頭、噴墨印表機、機械方式或流體方式分流之 流動室、膠體沉積或表面壓印。這些方法已在上述之將特 異識別元件直接固著在選擇性地化學修飾或官能化之表面 上描述。 當使用一覆蓋波導區及非波導區之樣品室時，將特異 識別元件選擇地（直接地或用粘著促進層）只囿著在波導 區上可導致偵測方法之靈敏度提高，由於未用於訊號產生 之區中分析物之非特異結合減少。 . 上文描述之感測台之優先性同樣適用於修飾之感測 台。 改良修飾之感測台最好完全或部份可再生，且可使用 數次。在適當條件下，例如在低pH下，在高溫下，使用有 機溶劑，或使用所謂無序試劑（鹽），親和力複合物可選 擇性解離，而實際上不損害固著之識別元件之結合能力。 正確條件視各別親和力系統而定。 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页) 在測定分析中，激發光偵測之特定方式在於偵測分析 物之激發光物質直接在波導區表面上之固著。那些物質可 爲，例如，與蛋白質結合之多數發光團，其可在波導區表 面上被激而發光。若對蛋白質有親和力之夥伴通過該固著 之層，激發光可因而被改變，因此有親和力夥伴之數量得 以測定。特別是，一親和力複合體之兩夥伴可用發光體標 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4规格（210X 297公釐） -24- 經濟部中央梯芈局貝工消費合作杜印製 A7 B7 ___ ~1 ------------- 五、發明説明（） 記以，例如，在兩個夥伴間之能量傳送之基礎上（例如以 激發光淬熄形式）進行濃度之測定。 另一偏愛之化學或生化親和力測定之固著方式在於一 或多個特異結合夥伴（作爲分析物本身或一結合夥伴之化 學或生化識別元件）在感測台表面上之固著。測定可含一 或多個階段，在測定期間，一或多個含固著在感測台表面 上用作識別元件之特異結合夥伴之溶液可連續流過感測台 表面，分析物在一部份步驟中被結合。分析物被親和力測 定中激發光標記之參與者之結合偵測出。激發光標記之物 質可爲任何一個或多個親和力測定之結合夥伴，或一有激 發光體之分析物相似體。唯一的先決條件爲分析物之存在 應選擇性導致一激發光訊號，或選擇性導致激發光訊號之 變化。 爲了增加化學活性之感測器表面，亦可將化學或生化 識別元件固著在微粒子，所謂 >珠〃上，其可利用適當方 法囿定在感測台上。使用珠（其可由不同物質（像塑膠） 組成）之必要條件爲，第一，與分析物之交互作用在瞬逝 場之穿透深度內進行到相當程度及，第二，波導性質未被 顯著地干攘。 原則上，識別元件可，例如，利用疏水吸附或直接共 價結合在波導區上或在表面化學修飾後（例如矽烷化或塗 敷一聚合物層）固著。此外，爲了使識別元件容易地直接 固著在波導管上，可塗上一薄中間層（例如由si〇2組成者） 作爲粘著促進層。玻璃及金屬表面之矽烷化已廣泛地描述 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨〇><297公釐） ---------叫Λ------1T (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -25- 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（） 在文獻中，例如在 Advances in Colloid and Interface Science 6，L. Boksanyi，〇. Liardon and E. Kovats，（1976) 95 - 137 中。進行固著之特 定可能方法已在上文描述β 適合之識別元件爲，例如，抗原之抗體、免疫球蛋白 之結合蛋白質（像蛋白質Α及G)、配體之生物或化學受 體 '組胺酸標記成份之螯合劑（例如組胺酸標記之蛋白 質）、寡核苷酸及其互補股之單股RNA或DNA、生物素之抗 生活素蛋白、酶作用物、酶輔因子或抑制劑之酶、或碳水 化合物之外源凝集素。有關之親和力夥伴中那一個要被固 著在感測台表面上視測定結構而定。識別元件可爲天然的 或可利用基因工程或生物技術產生或合成。 "識別元件〃及 '特異結合夥伴'爲同義字》 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同化合物（除了激發光標記之外）之 樣品與感測台表面接觸，此時激發光標記之分子及未標記 之分子在其固著之檢測器元件上作結合位址之競爭。在此 '測定組態中，當樣品不含分析物時可達到最大之激發光訊 號。因要檢測物質之濃度增加，則觀察到之激發光訊號降 低。 在競爭式免疫測定中，固著在感測台表面上之識別元 件不必要是抗體，亦可以是抗原。通常在化學或生化親和 力測定中’那一個夥伴被固著通常是化學或生物化學親和 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------衣— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -26- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 力測定中之選擇事項。這是基於激發光測定之主要優點 (與表面電漿子共振計量法或干渉計量法比較，這些方法 依賴波導層之瞬逝場中之吸附質量變化）。 另外，在競爭式測定之情況，競爭不必限制於感測台 表面上之結合位址。例如，一已知量抗原亦可固著在感測 台表面上，然後與含一未知量要偵測之與分析物相同之抗 原以及激發光標記之抗體之樣品接觸。在該情況中，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 競爭。 多步驟測定之最簡單實例爲三明治免疫測定，其中一 主要抗體被固著在感測台表面上。要偵測之抗原及用來偵 測之激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激發光標記之抗體溶液接 觸方法達成，或在先前合倂這兩溶液以使最後由抗原及激 發光標記之抗體組成之部份複合物結合之後達成。 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，在第一步驟，蛋白質A可固著在 感測台表面上。蛋白質與免疫球蛋白特異結合在其所謂F。 部份，然後這些在隨後之三明治分析測定中用作初抗體 (如上述進行）。 有許多其它形式之親和力測定，例如使用已知之抗生 活素一生物素親和力系統。 親和力分析測定之實例可在J.H. Rittenburg，Fundamentals of Immunoassay; in Development and Application of Immunoassay for Food 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

J 、?τ •27- A7 B7 五、發明説明（）

Analysis，J. H. Rittenburg (Ed.)，Elsevier，Essex 1990 或在 P. Tijsseri»

Practice and Theory of Enzyme Immunoassays, R. H. Burdon, P. H. van Knippenberg (Eds)，Elsevier，Amsterdam 1985 中找到。 本發明之另一目的爲使用本發明之感測台或改良修飾 之感測台平行測定一或多個激發光，該方法包括使一或多 個液體樣品與一或多個感測台上之波導區接觸，將激光耦 合輸入波導區內，使其通過波導區，因此在瞬逝場中平行 激發樣品中之激發光物質或固著在波導區上之激發光物質 及，使用光電組成，測量由那產生之激發光。 上文描述之感測台及修飾之感測台之優先性亦適用於 此方法。 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〃一詞將解釋成發散度小於5° 者°意指光線可爲弱發散性或弱會聚性者。較適宜使用相 干光作激發光之激發，特別是波長爲300至11〇〇塵米’更特 別是450至850塵米及最特別是480至700塵米之雷射光。 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 nn mai ^ mV In nn n^i m In ^ J. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 可使用之雷射實例爲染料雷射、氣體雷射、固態雷射 及半導體雷射。必要時，光發射波長亦可利用非線性晶體 光學加倍。光束亦可利用光學元件更進一步聚焦、極化’ 或利用灰濾光鏡減弱》特別適合之雷射爲氬/離子雷射及 氦/氖雷射，其分別在457塵米至514塵米及543塵米至633塵 米之波長下發射光。非常特別適合之雷射爲二極體雷射或 在63〇塵米至1100塵米之基本波長下發射之半導體材料之倍 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS > Μ規格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 A7 B7__ 五、發明説明（） 頻二極雷射，由於其尺寸小及消耗功率低，它們允許整個 感測器系統實際上迷你小型化。 在本發明之範圍內之 '樣品'意指整個要測定之溶 液，其可含一要偵測之物質一分析物。偵測可以單步驟或 多步驟測定法進行，而在檢測期間，使感測台表面與一個 或多個溶液接觸。至少使用之一種溶液可含激發光物質， 其可利用本發明之方法偵測》 若一激發光物質已吸附在波導區上，則樣品亦可不含 激發光成份。樣品可含另外之成份，像pH緩衝液、鹽、 酸、鹼、表面活性劑、黏度影響之添加劑或染料。特別 是，生理食鹽水溶液可用作溶劑。若激發光成份本身爲液 體，則可不用加入溶劑。在該情況中，樣品可含高至100% 之有激發光性質之成份。 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。其亦可爲地表水、 天然或合成培養基（像土壤或部份植物）之提取液、生物 製造液或合成液。 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、緩衝水溶液或水與易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，例如顔料 粒子、分散劑、天然及合成寡體或聚合體。在此情況中， 樣品爲在光下不透明之分散液或乳液形式。 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS > A4規格（210Χ297公釐） ^ 訂 { (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -29- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 用作激發光之化合物，可使用在330塵米至1000塵米之 波長範圍內會激發光之官能化之激發光染料，像玫瑰紅、 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、萘靑素、多吡啶/釕複合物像氯化查 (2,2’_聯吡啶)釕、氯化叁(U〇-啡琳)釕、氯化卷(4,7-聯苯-1,10·啡 啉)釕及多吡啶/啡畊/釕複合物、鉑/卟啉複合物像八乙基/ 鉛/卟啉、長壽銪及铽複合物或賽安寧染料。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。 非常特別適合者爲染料，像含官能基之螢光素衍生物 (它們可用此官能基共價鍵結），像異硫氰酸螢光素酯^ 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，亦描述在，特別 是 Clinical Chemistry 40(9): 1819 - 1822, 1994 中。 較適宜之激發光爲螢光- 使用不同的螢光染料（其全部可被相同波長之光激 發，但有不同的放射波長）是有利的，特別是當使用耦合 輸出光柵時。 使用之激發光染料亦可與聚合體化學鍵結或與生化親 和力系統中之一結合夥伴化學鍵結，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、抗生活素或生物素、酶、酶輔因子 或抑制劑、外源凝集素或碳水化合物。可逆或不可逆（生 本紙張尺度適用中國國家樣率（CNS ) A4规格（210X297公嫠） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、ya -30. 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 物）化學親和力測定分析較適宜用最後提到之共價激發光 標記。亦可使用激發光標記之類固醇、脂質及蝥合劑。在 特別是用DNA股或寡核苷酸之雜交測定分析之情況，嵌入 發光染料亦爲特別適合者，特別是當一像各種釕錯合物一 它們在插入物中展現加強之激發光。當使這些激發光標記 之化合物與其固著在感測台表面上之親和力夥伴接觸時， 它們的結合量可從測得之激發光強度決定。同樣地，測量 樣品與發光團交互作用時之激發光變化也可決定分析物之 量，例如在氧之發光淬熄形式或利用蛋白質構象修飾之激 發光加強形式。 在本發明之方法中，可使樣品與波導區靜態接觸或連 續通過它們，循環可爲開放式或封閉式。 本方法之另一重要應用形式係，第一，基於訊號產生 (在反饋耦合情況，這亦應用在訊號偵測）限制在波導管 之瞬逝場及，第二，基於親和力複合物生成之可逆性作爲 平衡程序。在一連續流動系統中使用適當流率，瞬逝場中 之激發光標記之親和力夥伴之結合或脫附（即解離）可以 實際時間追蹤。所以此方法適用於決定不同的結合或解離 常數之動力學硏究，或適用於位移測定。 瞬逝激發之光之偵測可利用已知方法實施。適合者爲 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，像耦荷器列及耦荷器列陣。激發光可利用光學 元件（像鏡子、稜鏡、透鏡、夫瑞乃透鏡及梯度指標透 鏡）投射在耦荷器列陣上。元件可各別或以列陣形式佈 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------^ -'4 — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -31 - ⑷5 Α7 ⑷5 Α7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（) 置。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。 特別是當相當多的空間上分開之特異結合夥伴存在 時，使用佈置在感測台鄰近之偵測器列陣是有利的。感測 台與偵測器列陣間最好佈置有分開激光及激發光之光學元 件，像全像濾鏡或干涉濾鏡。 本方法之另一形式包括偵測等向輻射之瞬逝激發光。 在本方法之另一形式中，反饋耦合入波導區之瞬逝激 發光係在感測台邊緣或經由一耦合輸出光柵檢測。此反饋 耦合之激發光強度出奇地高，使得利用此方法同樣可得到 非常好的靈敏度。 在本方法之另一形式中，瞬逝激發之等向發射之瞬逝 激發光及反饋耦合至波導管之激發光係各自但同時偵測。 由於兩種激發光偵測方法之選擇性不同（選擇性爲發光團 與波導區間距離之函數），此形式之方法可用來得到有關 發光團空間分佈之額外資訊。這亦使發光團之光化學漂白 與帶發光團之親和力複合物解離之區別成爲可能。 本方法之另一優點爲，除了偵測激發光之外，可同時 決定射入之激光之吸收。與光纖多波模波導管或平面構造 者比較，在本情況中可得到實際上較佳的訊號/雜音比。 利用激發光及吸收之同時測量可高靈敏度地偵測發光淬熄 效應。 本方法亦可以射入之激光之連續波(CW)操作實施，即激 發係用強度不隨時間改變之光實施。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） —>.1— ^^i·— tm |_||1 m tm nn ^im mi TJ J4 i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -32- A7 A7 經濟部中央標準局員工消费合作社印装 B7 五、發明説明（） 然而，本方法亦可用，例如，以1皮（10·6)秒至100秒脈 衝寬之定時脈波形式射入之激光進行及用時間分辨方式偵 測激發光（在短脈衝寬情況中），或在數秒至數分鐘之間 隔時間進行。當，例如，分析性地追蹤一鍵之生成速率， 或使用短曝光時間防止光化學漂白造成之激發光訊號減低 時，此方法是特別有利的。再者，使用適當短的脈衝寬及 適當之偵測時間分辨，可區別散射光、喇曼發射及樣品與 感測台材料中任何不需要之激發光成份所發之短命激發光 與標記分子之激發光（其在此情況爲愈長壽愈好），因爲 分析物之發射光僅在短壽命輻射衰變後偵測。此外，脈衝 式激發後之時間分辨式激發光偵測及，同樣地，調制之激 發及偵測可硏究分析物之結合對分子激發光衰變行爲之影 響。除了特定分析物被固著之識別元件辨識及訊號產生之 空間上限制至波導管之瞬逝場，分子激發光衰變時間可用 作另一選擇標準。 本方法亦可在一或多個頻率下，以一強度調制之方式 射入激光而進行，並偵測形成之相轉移及樣品激發光之調 制。 平行耦合激光至多數波導區內可利用幾個方式進行： a) 使用多數雷射光源； b) 將雷射光源發出之光束用適當光學組成變寬，使其覆蓋 多數波導區及耦合輸入光柵； c) 將雷射光源發出之光束用繞射或全像光學元件分成多數 各別光束，然後經由光柵耦合輸入至波導區內，或 本紙張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) 、-0

X A7 A7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 B7 五、發明説明（） d)使用一固態雷射列陣。 使用一可控制之偏轉鏡也可獲得一有利的程序，該偏 轉鏡可用於有時間延遲地耦合入或耦合出波導區。或者， 可適當置換感測台。 另一偏愛之方法爲用各種相同或不同波長之雷射光源 激發光。 特別優先者爲使用單列二極體雷射（雷射列陣）光激 發光。這些組成有非常緊湊及製作價廉之特別優點，且各 別雷射二極體可各別控制。 感測台描述之優先性亦適用於螢光偵測方法。 第6圖爲一可能的全結構示意圖。參考編號1及3如上 /文定義及其它參考編號定義如下： / 8感測台 / I 9滤鏡 I 10密封環 11流通室 12樣品空間 Π激光組 14偵測光/電子組 激光，例如由二極體雷射13發出者，係經由第一光柵3 耦合至感測台8之波導區1內。在感測台8下方且緊貼感測 台者爲一流通室11。測定所需之溶液經由空間12流入流逋 室11內，其可有一或多個入口及一或多個出口。結合夥伴 之螢光在偵測器14處偵測，在其上，瞬逝反饋耦合至波導 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 农·

、tT -34- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7__ 五、發明説明（） 區內之螢光經由第二光柵3耦合出。濾鏡9用於過濾掉散射 光。 此方法適合用於分析像蛋黃、血液、血淸、血漿或尿 等樣品。 另一偏愛之方法用於分析像地表水、土壤或植物提取 液或生物或合成過程液。 本發明亦有關本發明之感測台或修飾之感測台在親和 力感測測定生化物質量上之用途。 由於訊號之產生及偵測受限於波導管上之化學或生化 識別表面，且由介質發出之干擾訊號被區別，物質與固著 之識別元件之結合可在實際時間追蹤。因此本發明方法也 可用作親和力篩選或位移測定，特別是作醫藥產物開發 (在適當流率之連續流動系統中直接偵測結合及解離之速 率）。 本發明亦包括 a) 本發明之感測台或修飾之感測台在測定抗體或抗原量上 之用途； b) 感測台或修飾之感測台在測定受體或配體、寡核苷酸、 DNA或RNA股、DNA或RNA相似體、酶、酶作用物、酶輔因 子或抑制劑、外源凝集素及碳水化合物量上之用途；及 c) 本發明之感測台或修飾之感測台在選擇性測定光學不透 明液體之激發光組成量上之用途。 光學不透明液體可爲，例如，生物液體（像蛋黃）及 體液（像血液、血淸或血漿），但亦可爲環境分析樣品 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） I I I I I I —^I---—訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -35· 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（） (像地表水、溶出之土壤提取液或溶出之植物提取液）。 也可爲反應溶液，像那些’例如，在化學生產中得到之溶 液，特別是染料溶液或光學增豔劑之反應溶液。也可以 是，例如，紡織工業中使用之所有種類的分散液及製劑， 只要其包含一或多中激發光成份即可。此方法因此亦可用 於品質控制。 以下的實施例說明本發明。 在所有以下的實施例中，濃度單位Μ代表莫耳/升。 實施例A:各種感測台之製作 實施例A1 :在蒸汽沉積法中用光罩製作 將一聚碳酸酯(PC)基材利用蒸汽沉積法塗覆Ti〇2 (方 法：濺射，沉積速率：0.5埃/秒，厚度：150塵米）。在目 標及基材之間，在緊鄰基材附近，引入一鋁製光罩，其上 已切成6條帶，每條帶30毫米長及0.6毫米寬。形成之6個波 導區（測量區）有一梯形輪廓，其中間區厚度均勻爲150塵 米’中間區寬600微米，波導區有一薄膜，其厚度在邊上以 梯度形式漸減（陰影區）。由於中間區之有效折射率最高 (因爲該區有最大的層厚度），耦合輸入之雷射光被限制 在波導區內。 顏例A2:利用隨後之分劃製作 利用一ArF激發雙體雷射，在193塵米波長下進行操 作。將長方形雷射光束用一圓柱形透鏡集中在感測台上聚 焦成200微米寬及20塵米長之光束輪廓。感測台有一連續100 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X 297公釐} (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-36- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 塵米厚之Ta205層。在高於1焦耳/平分公分之能量密度 下’整層係用一單雷射脈衝（1〇塵秒）切除。 MJLA3 ：利用隨後之分劃製作 利用一氬離子雷射，在488塵米波長下進行操作》將圓 形雷射光束用一顯微鏡透鏡（40倍）集中在波導層上聚焦 成4微米直徑。感測台有一連續100塵米厚之Ta2〇5層，且位 於一馬達控制之定位元件上(NeWportPM500)〇在連續雷射照 射下，將感測台以100毫米/秒垂直驅向光束。在一 700毫 瓦輸出下，將整個波導層在焦點處切除，結果形成兩個分 開之波導區。 mmmM：利用眞空法加用一結構吸收覆蓋層製作 將5條鉻/金層系統之平行條帶以蒸汽沉積在（連續 的）由Ta205組成之金屬氧化物波導管上（蒸汽沉積裝置： BalzersBAK400);首先以0.2塵米/秒沉積5塵米Cr，然後以 0.5塵米/秒沉積45塵米Au。耦合輸入之波模在吸收層中 斷。 實施例Α5:利用水溶液法加用一結構吸收覆蓋層製作

將一由Ta205組成之金屬氧化物波導管表面用(锍甲)二甲 基乙氧矽烷在180°C下及氣相中行矽烷化。用一細吸量管’ 將膠體溶液A ( Aurion公司供應之GoldSol，平均膠體直徑= 28.9塵米，濃度：A5M»1，水溶液）以滴狀或條帶狀加在修 飾之表面上，並培養1小時。培養後，將表面用水淸洗。引 導之模光吸收在培養之位址上。在培養之位址下游’模光 不再存在。相同方法適用於蛋白質A—覆蓋之Au膠體溶液B 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） ---------^*4— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -37- 302455 A7 五、發明説明（） 之情況（Sigma公司供應之p_9785，平均直徑=18.4塵米，A520 »5_5，在 50% 甘油、0.i5MNaQ、10mM 磷酸鈉，ρΗ7·4、0.02% PEG20、0.02%疊氮化鈉中）。波導管表面上之吸收圖案即 使用水及乙醇沖洗數次後仍然原封不動，其證明製作之結 構之安定性。 以人工方式施加膠體溶液Α之微滴（1微升）行列，可製作連 續光吸收片。 寰纏A6:利用水溶液方法加上一結構吸收覆蓋層製作 將一由Ti02組成之金屬氧化物波導管表面用(锍甲)二甲 基乙氧矽烷在50°C下及氣相中行矽烷化。然後將第二耦合 輸出光柵前面（含）之波導管部份表面用膠體溶液B (Sigma公司供應之P—9785，平均直徑=18.4塵米，A52〇»5.5， 在 50% 甘油、0.15M Naa、10mM 磷酸鈉，pH 7.4、0·02% PEG 20、0.02%疊氮化鈉中）培養3小時。在培養之位址上之波傳 播完全被中斷。用一原子力顯微鏡檢査培養之位址表面， 並決定膠體之存在及固著在表面上之金粒子密度（觀察光 之光吸收所必需）。粒子之平均分離係在大約100塵米之範 圍內。 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) 實施IA7:利用水溶液方法加上一結構吸收覆蓋層製作 將一由Ta205組成之金屬氧化物波導管表面用(锍甲)二甲 基乙氧矽烷在180°C下及氣相中行矽烷化。將波導管片連接 至流通室，流通室容許多至五種不同流體經由分開之各通 路之流通口（1-5)，彼此相鄰地平行流過波導管表面。目的在 於製作由沉積All膠體之兩條帶分開之三波導條帶。流通室 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐） -38- B7 五、發明説明（） 在1、3及5入口處充塡緩衝液（磷酸鹽緩衝之氯化鈉溶液’ PH7.0)及在2及4入口處充塡Αιι膠體溶液。使用一表面有牛 血淸蛋白（Aurion公司供應之BSAGoldTracer，平均膠體直徑= 25塵米，OD52fls2.0)封阻之膠體溶液。1、3及5緩衝流之選 擇流率（每個通道）爲：0.167毫升/分及2及4兩個膠體流 之流率爲0.05毫升/分》這形成一大約1毫米寬之膠體流及 大約3毫米寬之緩衝液流。膠體流寬與緩衝液流寬之比通常 可經由液流比自由選擇。 讓流體流20分鐘（相當於每通道1毫升之膠體量）。培 養20分鐘後，將波導管片移去，用水淸洗，並用氮氣流乾 燥。引導之模光完全被膠體固著片吸收，並形成三個分開 之大約3毫米寬之光引導波模。

應用實施例B 實施例B1 :在雜交測定中，兩不同螢光素標記之寡核苷酸_ 之平行偵測（其互補股固著在兩空間上分開區） B1.1有兩個波導匾之光感測台，係依照實施例A3製得 幾何形狀：16毫米X48毫米X0.5毫米 經濟部中央樣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) 波導層：Ta205，在488塵米下折射率n = 2.317,厚度150 士 5塵 米。 基材：康寧玻璃C 7059(Corning Glass C7059)，在488塵米下折射 率 η = 1_538。 光柵：長方形光柵，調制深度爲6_7塵米，光柵周期爲75〇 塵米。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨〇><297公釐） -39- 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（） 用633塵米激光之耦合輸入結果 耦合角度：1-5° (二次繞射） 耦合輸入效率：7% (在光柵位址） 衰減：2.5分貝/公分。 B1.2光學設計 將氬離子雷射發射出之激光（激發波長爲488塵米）用 一圓柱形透鏡擴大成1〇毫米，並用一旋轉鏡從基材背面引 導至波導區之兩個光柵上。將一容量大約〇.〇7毫升且延伸過 兩個波導區之恆溫控制之流通室由上方壓在波導層頂部’ 並用一〇環封閉。在瞬逝場激發之兩個樣品之激發光同時 用兩個空間上分開之偵測器記錄。兩個偵測器各含一光電 二極體（SR 1133，Hamamatsu公司），利用一有濾光功能 (用一干涉濾鏡）之相同玻璃光纖將射出之激發光引導至 流通室內。訊號係利用兩個跨阻抗放大器放大。 設計所用之各別元件爲已知的且可在市面上購得。 B1.3使用之溶液： 1) 雜交緩衝液（pH 7.75)，由0.069M磷酸鹽緩衝液（0.041M Na2HP04 + 0.028M NaH2P04)、0.176M Ka、1 毫升 POE-(20)*葡萄糖 醇單月桂酸酯(Tween20，ICI)、1克聚丙烯酸PAA5100、500毫克 /升叠氮化鈉組成，用蒸餾水調製成1升。 2) 樣品溶液1 (16*cfl):螢光素標記之寡體，由16個鹼基對 (螢光素-5’-GTTGTGTGGAATTGTG-3’（10·8Μ)在雜交緩衝液 1 中）組成，與固著在第一波導區上之寡體互補。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) r 訂 -40- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（） 3) 樣品溶液2 (15*cfl):螢光素標記之寡體，由15個驗基對 (螢光素-5，-TTTTTCTCTCTCTGT-3,（10·8Μ)在雜交緩衝液 1 中） 組成，與固著在第二波導區上之寡體互補。 4) 再生溶液：50%尿素（重量百分比）在水溶液中° 溶液係利用卡夫羅(Cavro)泵供應（在每一情況中1〇毫升 滴管體積）。 B1.4固著方法： 用在粒子上合成寡核苷酸之標準方法，使用一寡核苷 酸合成器（Applied Biosystems 394B )，將特異結合夥伴 (3'CAACACACCTTAACAC-5'在第一波導區上， 3’AAAAAGAGAGAGAGA在第二波導區上）直接合成在用3-縮 水甘油氧丙三甲氧矽烷矽烷化之感測器上，然而與標準合 成方法不同，使用一安定之六伸乙基乙二醇連接劑，將寡 核苷酸在Y端固著在表面上。將感測台連同固著之特異結 合夥伴用水淸洗，然後在測定中使用。 Β1.5測量程序： 第一種測量方法（同時在兩個波導區上供應兩個不同 的分析物，依時間順序一個接一個）包含以下各個步驟： 一用雜交緩衝液1)淸洗2分鐘（0.5毫升/分），記錄背景訊 號； —供應樣品溶液2) 10分鐘（0.5毫升/分）（在5毫升/分沖 洗5秒後）； 一用雜交緩衝液1)沖洗2分鐘； 一供應再生溶液4)3分鐘（0.5毫升/分）； 本紙張尺度逋用中國國家標隼（CNS ) Α4规格< 210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *-β •41 - 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 一用雜交緩衝液1)沖洗4分鐘； 一供應樣品溶液3)10分鐘（0.5毫升/分）（在5毫升/分沖 洗5秒後）； 一用雜交緩衝液1)沖洗2分鐘； 一供應再生溶液4)3分鐘（0.5毫升/分）； 一用雜交緩衝液1)沖洗2分鐘。 在程序進行期間，利用位於感測台正下方之長方形入 口橫截面（10毫米*1毫米）之光導束收集從兩個波導區等 向輻射之螢光。將光導束之長方形橫截面轉換成圓形出口 (直徑6毫米）。緊接在光導束出口下游者爲相似之干涉濾 鏡（在530塵米有最大穿透，帶寬30塵米）。過濾之螢光係 利用兩個光電二極體測量。供應螢光素標記之16-體互補樣 品10分鐘後，在第一波導區測到一 42毫伏特之螢光訊號， 而在第二波導區測不到訊號（1毫伏特相反地，供應螢 光素標記之15-體互補樣品10分鐘後，在第二波導區測到一 43毫伏特之螢光訊號，而在第一波導區測不到訊號（〇毫伏 特）。訊號雜訊爲大約2毫伏特。 第二種測量程序（使用分開之流通室，同時將兩個不 同的分析物供應至兩個空間上分開之波導區）包括以下各 個步驟： 一在兩個波導區中，用雜交緩衝液1)淸洗2分鐘（0.5毫升/ 分），記錄兩通道之背景訊號； 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1 I 〆 裝 訂 I ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -42- A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 一（以5毫升/分沖洗5秒後）將樣品溶液2)(0.5毫升/ 分）供應至第一波導區及樣品溶液3)(0.5毫升/分）供應 至第二波導區10分鐘； 一用雜交緩衝液1)沖洗兩個波導區2分鐘； 一將再生溶液4)(0.5毫升/升）供應至兩個波導區3分鐘； 一用雜交緩衝液1)沖洗兩個波導區4分鐘。 在程序進行期間，利用位於感測台正下方之長方形入 口橫截面〇0毫米”毫米）之光導束收集從兩個波導區等 向輻射之螢光。將光導束之長方形橫截面轉換成圓形出口 (直徑6毫米）。緊接在光導束出口下游者爲相似之干涉濾 鏡（在530塵米有最大穿透，帶寬30塵米）。過濾之螢光係 利用兩個光電二極體測量。在兩個波導區測得淸楚的訊 號。 實施例B2: 在5塊平行片上之識別元件之偵測 B2.1識別元件之固著 將Cy5.5-標記之人類抗體、蛋白質A及BSA固著作爲實 施例A4中描述之感測台條帶5個區中之識別元件及控制分 〇 所有識別元件之分析物爲一 Cy5.5-標記之人類抗體，其 展現一僅與蛋白質A片之親和力反應。 所有的條帶皆爲0.6毫米*15毫米。條帶與條帶之間的 距離爲0.6毫米。條帶從連續耦合輸入光柵右側1毫米處開 始排起。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210 X 2ί»7公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) 訂 -43 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 識別元件及控制分子之結構在感測台上之固著係使用 以下幾何形狀之多通道室。在一特夫隆(teflon)正平行六面體 上（尺寸：100毫米*60毫米*18毫米）切出六個通道（尺寸 爲寬0.6毫米*長15毫米）及一感測台大小之凹陷。在通道 兩端，用一 0.6毫米鑽頭在特夫隆上鑽洞，以從特夫隆塊下 方提供至各個通道之通路。由於特夫隆塊上通道之特殊形 狀及環繞通道之選擇之幾何形狀，通道爲^唇^形，其突 出波導管之凹陷切口大約0.2毫米。將波導層（其表面已事 先用3-疏丙·二甲基甲氧矽烷行氣相矽烷化而化學修飾）置 於多通道室中之凹陷，其方式爲使波導層面對通道。將感 測台壓向多通道室之特夫隆唇，在波導區表面與特夫隆塊 之間產生一封閉之連接。將以下溶液經由鑽孔注入各個通 道內。 通道1: InM之Cy5.5-標記之人類抗體溶液 通道2: 1毫克/毫升之蛋白質A水溶液 通道3: 10毫克/毫升之BSA水溶液 通道4: 1毫克/毫升之蛋白質A水溶液 通道5: 1毫克/毫升之蛋白質A水溶液 通道6:不使用 培養2小時後，將去礦水注入通道內淸洗，並通入氮氣 乾燥。然後將感測台從多通道室中取出，並將波導管表面 用大約400微升之BSA溶液（濃度爲10毫克/毫升）潤濕， 以便用蛋白質(BSA)飽和矽烷化表面上之任何殘留之活性結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈·

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經濟部中央標準局員工消費合作社印I A7 B7 _ 五、發明説明（） 合位址。BSA與此實驗中用作分析物之Cy5.5-標記之人類抗 體沒有親和力。培養2小時後，將感測台用去礦水淸洗。 B2.2識別元件及其固著在條帶中之結合夥伴之自動螢光測 量之實驗佈匱 測量佈置由三個主要成份組成： A) 有完整流逋室（波導區與不同溶液之流體接觸用）之感 測台垂直式可調整支撐架。 B) 含雷射光源支撐架及限定激光束之光學元件之光學佈 置。 C) 利用透鏡組合及機械屛蔽將波導管表面之條帶狀區投射 在偵測器上之光學佈置。 流動室係裝設在一電腦控制之移動及轉動單元上，其 方式爲使耦合輸入光柵正確地位在轉動單元之轉動軸上。 利用移動單元，流動室可連同波導管沿著該旋轉軸定位， 且波模可因此耦合輸入至固著在波導管上之5塊分子條帶之 區域內。 流動室原則上爲一尺寸爲75毫米X40毫米X5毫米之鋁 板，在其中心裝入一 Ο·環，其方式爲將感測台壓向Ο-環，形 成一尺寸爲28毫米X6毫米X 0.2毫米之淺室。爲了流體接 觸’該室利用三個鑽在鋁板之1毫米直徑的孔供流體進入。 其中兩個用作流動室入口之鑽孔位於淺室內部底面之中 心。當感測台壓向0-環時，感測台之兩個光柵位在那些流 動室入口之間。第三個鑽孔用作流動室出口，且如是佈置 以使耦合光柵對稱地位於流動室之一入口與出口之間。緩 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 装. 訂 -45 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7__ 五、發明説明（） 衝液係由耦合輸入光柵之入口泵入室內，而分析物係由親 合輸出光柵之入口泵入流動室內。此構造防止耦合輸入光 栅被分析物溶液之組成份污染（逆流原則）。 波導管與流動室間之密封連接係利用一 〇·環插入流動 室而達成。流動室內之介質可利用水管連接更換（利用逆 流原則）。 二極雷射係用於產生凝聚光束。來自雷射光之雷射光 束（直徑0.4毫米）與感測台底面形成一不變的直角。使用 一極化器及一 1/2波長(λ；2)板，可調整雷射光束之強度及極 化。有670塵米波長之帶通濾波器消除二極體雷射在要偵測 之螢光團之波長範圍內（690·740塵米）發射之光子（其會 干擾螢光偵測）。雷射光束與波導管之縱軸間的角度係利 用轉動元件自由調整，並用來調整TEo波模之耦合输入角 度。偵測光(C)聚焦在波導管之縱側中心並在TE〇波模之位 準，且在偵測器上產生一波導管表面上之波模之影像。使 用一恰在偵測器前面之條帶屛蔽，僅有相當於固著在條帶 上之分子之幾何形狀之區域被顯像，即一 0.6毫米X15毫米 之區域。偵測器光要如是選擇以使其在偵測器平面上產生 一波導管表面之1:1影像爲原則。一濾波器組合實質上消除 激光，且實際上僅容許螢光光子通過偵測器（2x帶通725塵 米）。 Β2.3多重測定之實施 首先將流動室充塡PBSXO,並用轉動單元調整耦合輸入 角。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ---------{衣------訂------ί (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -46- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 五、發明説明（） 每個測量循環，將以下之溶液連續泵過流動室： 1) 1毫升淸洗緩衝液PBS7.0,流率500微升/分。 2) 1毫升分析物一 10pMCy5.5-標記之人類抗體，流率250微升 /分。 3) 1毫升淸洗緩衝液PBS7.0,流率250微升/分。 4) 1毫升無序緩衝液（甘胺酸，PH2.6)，流率250微升/ 分。 5) 1毫升淸洗緩衝液PBS7.0,流率500微升/分。 逆流：5毫升PBS7.0,流率300微升/分。 使用電腦控制之多重閥及活塞泵，在15分鐘測量循環 內，使各個溶液按以上順序及在以上流率下流經流動室。 開始時，將流動室之垂直位置利用移動單元調整，其 調整方式爲使波模在波導管表面之上區正確地運行，在該 區中事先已固著〇75.5_標記之人類抗體。因該條帶受雷射光 激發爲永久螢光性，調整垂直位置使得光子計數器產生最 大値。其確定固著之Cy5.5-標記之人類抗體之位置》 然後開始自動測量，在測量中利用移動單元進行流動 室之垂直位置之增量變化，該變化相當於固著條帶間之距 離，在8秒循環內，將五條帶依照順序1至5, 一片接一片地 向上移動至偵測器之焦點內。上述之幾何形狀之結果，ΤΕ0 波模同樣僅在選擇之區域內產生。 當流動室連同波導管固定在一位置時，光子計數器在 選擇之區域中，在1秒內測量之數値記錄爲時間之函數。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX29?公釐）

In m nn nn n^i— mu 一OJ (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -47- A7 B7 五、發明説明（） 測量期間，在波導管之五個不同區間，在整整15分鐘 內持續地自動穿梭。在該期間內，將上述之溶液以適當流 率泵經測量室。得到之數據可以時間之函數顯示。有Cy5.5-標記之人類抗體固著之區域（條帶/通道1)在整個測量循 環內發螢光，並與泵入測量室作爲分析物之ΙΟρΜ之Cy5.5-標 記之人類抗體溶液未展現交互作用。在事先已有蛋白質A 固著之感測台之2、4及5區之情況，150秒後，螢光訊號開 始增加成起始値之4至5倍。增加之起點與分析物泵入流動 室之時間點有關。在那些通道之情況，訊號實際上仍然在 高數値不變，甚至在400秒後當1毫升淸洗緩衝液以250微升 /分之流率泵經流動室時亦然。該行爲與標記之抗體與蛋 白質A之特異結合一致。在感測台之第3區中，BSA已事先 固著爲對照物。如所料地，該條帶/通道在整個測量中展 現非常低的値，因爲用作分析物之Cy5.5-標記之人類抗體僅 與BSA非特異地反應。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本灵) 装·

,1T 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 ) Α4規格（2丨0X 297公釐） -48- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 圖之簡要說明： 第la圖示：分隔區不與耦合元件接觸。 第lb圖示：測量區有共同使用之耦合輸入及輸出光柵。 第lc圖示：分隔區延伸至耦合元件之外。 第Id圖示：包含兩個耦合光柵，其它相當於第lc圓。 第2a圖示：其中耦合光柵不連續。 第2b圖示：有不連續之輸入及輸出光柵。 第2c圖示：分隔區延伸至耦合輸入光柵之外。 第2d圖示：含兩耦合不連續光柵，其它相當於第2c圖。 第3a圖示：盤狀多重偵測區之感測台。 第3b圖示：盤狀多重偵測區之感測台及分析所需溶液之入 出口。 第4a圖示：徑向佈置之盤狀多重偵測區感測台。 第4b圖示：徑向佈置之盤狀多重偵測區感測台及溶液入出 □。 第5a圖示：長方形棋盤狀佈置之多重偵測區。 第5b圖示：長方形棋盤狀佈置之多重偵測區及溶液入出 匚I。 第6圖示：總體偵測台佈置。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -58-1 - ---------^------1T------.^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 圖中參考號代表： 1 爲塗在基材上之波導層。 2 爲分區。 3 爲耦合輸入光柵。 3' 爲耦合輸出光柵。 4 爲完整之多重偵測區。 5 爲基材。 6 爲中央切除部份，容納轉軸。 7 爲分析溶液之入口。 7' 爲分析溶液之出口。 8 爲感測台。 9 爲濾鏡。 10 爲密封環。 11 爲流通室。 12 爲樣品空間。 13 爲激光組。 14 爲偵測光/電子組。 ---------^------1T------#( { (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -58-2 -

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 302435 μ8 C8 D8 六、申請專利範圍 ι· 一種由一連續基材及一透明，平面的無機介電波導層組 成之感測台，其中之 a) 透明，平面的無機介電波導層至少在測量區中被分成 至少兩個波導區（因爲引導光波區中之有效折射率大於 周圍區中之折射率或者波導層之分區係由表面吸收耦合 輸入光之物質形成）； b) 波導區各具有一耦合輸入光柵，或具有一使光波載體 之傳播方向在耦合輸入之後保持不變之共同耦合輸入光 柵，及 c) 適當時，波導區各具有一耦合輸出光柵，或具有一共 同耦合輸出光柵。 2. 如申請專利範園第1項之感測台，其中波導區係佈置成 分開之條帶狀、長方形、圓形、橢圓形或棋盤圖案。 3. 如申請專利範圍第2項之感測台，其中波導區係佈置成 平行條帶狀。 4. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中波導區係佈置成 在一或兩末端接合在一起之平行條帶狀。 5. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中之多數波導區之 分劃係利用波導區與鄰近物質間之有效折射率變化達 成，有效折射率差異大於0.2單位。 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -49- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中之多數波導區之 分劃係利用波導區表面上之吸收物質達成。 7. 如申請專利範圍第6項之感測台，其中之多數波導區之 分劃係利用波導區表面上之膠狀沉積金屬達成。 8. 如申請專利範圍第7項之感測台，其中之多數波導區之 分劃係利用波導區表面上之膠狀沉積金達成》 9. 如申請專利範圍第7項之感測台，其中之多數波導區之 分劃係利用波導區表面上之膠狀沉積金屬達成，該表面 已被一粘著促進層修飾。 10. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中波導區之條帶寬 爲5微米至5毫米。 11. 如申請專利範圍第10項之感測台，其中波導區之條帶寬 爲50微米至1毫米。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 12. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中之各別條帶狀波 導區長度爲0.5至50毫米。 13. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中感測台上之條帶 數爲2至1000。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（2Η)X 297公釐） -50- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 14. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中基材上之各別波 導區佈置成多重偵測區。 15. 如申請專利範圍第14項之感測台，其中每一多重偵測區 係由2至50個分開之波導區組成。 16. 如申請專利範圍第14項之感測台，其在感測台上有2至 1〇〇個多重偵測區。 Π.如申請專利涵圍第14項之感測台，其爲一可繞著中央切 除部份⑹自由旋轉之圓盤，且在圓盤之切線方向或半徑 方向佈置許多多重偵測區⑷，其佈置方式爲，當圓盤在 激光及偵測光下繞著切除部份⑹旋轉時，可連續進行多 數多重偵測。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 18. 如申請專利範圍第14項之感測台，其爲一長方形或條帶 狀，在其上佈置有多重偵測區⑷，其佈置方式爲，當感 測台在激光及偵測光下側向移動時，可連續進行多數多 重偵測。 19. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中之基材爲玻璃、 石英或透明熱塑性塑膠材料。 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -51 - A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 20.如申請專利範圍第19項之感測台，其中之基材係由聚碳 酸酯、聚醯亞胺或聚甲基丙烯酸甲酯組成。 21·如申請專利範圍第1項之感測台，其中所有波導區之折 射率相同。 22. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中波導區之折射率 大於2。 23. 如申請專利範圍第22項之感測台，其中波導區係由 Ti02、ZnO、Nb205、Ta205、Hf02 或 Zr05 組成。 24. 如申請專利範圍第23項之感測台，其中波導區係由Ti02 或Ta205組成。 25. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中波導區之厚度爲 40至300塵米。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 n I in In ^^^1 KB ^ mi nn I vm· l / (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 26. 如申請專利範圍第25項之感測台，其中波導區之厚度爲 40至160塵米。 27·如申請專利範圍第1項之感測台，其中光柵之調制深度 爲3至60塵米。 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -52- 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A8 30S435 g D8 六、申請專利範圍 28. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中調制深度與波導 層厚度比等於或小於0.5。 29. 如申請專利範圍第1項之感測台’其中調制深度與波導 層厚度比等於或小於〇-2。 30. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中光柵周期爲200至 1000塵米。 31. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中之 a) 感測台上之透明，平面的無機介電波導區沿著測量區 以至少0.6之折射率跳進式彼此分離，及 b) 每一區有一或二個各別之光柵耦合器或所有的區一起 有一或二個共同的光柵耦合器，及 c) 透明，平面的無機介電波導區之厚度爲40至160塵米， 光柵之調制深度爲3至60塵米及調制深度與厚度比等於 或小於0.5。 32. 如申請專利範圍第1項之感測台，其中之波導區引導1至 3個波模。 33. —種製作申請專利範圍第1項感測台之方法，該方法包 括在眞空中，在適當結構之遮蔽罩下，蒸汽沉積無機波 導物料層。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS > Α4規格（2丨0X297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T -53- A8 Βδ C8 D8 六、申請專利範圍 34. —種製作申請專利範圍第1項感測台之方法，該方法包 括，在第一步驟中，蒸汽沉積一無機波導物料形成一連 續層，然後利用機械剔除法、雷射物質加工法、石印法 或電漿法，將層分隔成各別波導區。 35. —種製作申請專利範圍第1項感測台之方法，該方法包 括利用適當之結構方式，從一膠體溶液沉積一無機吸收 金屬在表面上。 36. —種製作申請專利範圍第1項感測台之方法，該方法包 括利用適當之結構方式，從一膠體溶液沉積粒徑至少爲 10塵米之金在表面上。 37. 如申請專利範圍第36項之製作感測台之方法，其中粒徑 爲15至35塵米。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 3S. —種修飾之感測台，其中，在申請專利範圍第1項之波 導區上固著一或多個特異結合夥伴作爲一或多個相同或 不同分析物之化學或生化識別元件。 39_如申請專利範圍第38項之修飾之感測台，其中每一波導 區表面上之特異結合夥伴爲空間上彼此分開者。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） -54- A8 B8 C8 D8 ^、申請專利範圍 40. 如申請專利範圍第38項之修飾之感測台，其中每一波導 區表面上僅佈置一特異結合夥伴。 41. 如申請專利範圍第38項之修飾之感測台，其中有一粘著 促進層位於波導區與固著之特異結合夥伴之間。 42. 如申請專利範圍第38項之修飾之感測台，其中與金膠體 共價鍵結之特異結合夥伴位於波導區上，金膠體粒徑小 於10塵米。 43. —種製作申請專利範圍第38項修飾之感測台之方法，該 方法包括使溶解之特異結合夥伴經由一多通道流通室流 過分開之波導區之上，多通道室之通道對流體或空間上 是分開者。 44. 一種製作申請專利範圍第38項修飾之感測台之方法，該 方法包括利用一壓印器，將溶解之特異結合夥伴加在分 開之波導區上。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 _________一 一______丁 J"· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 45. —種利用申請專利範圍第1項或第38項之感測台或修飾 之感測台平行偵測一或多個激發光之方法，該方法包括 將一或多個液體樣品與感測台上之一或多個波導區接 觸，將激光耦合至波導區內，使其通過波導區，因而在 瞬逝場中平行激發樣品中之激發光物質或固著在波導區 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -55- 302435 歆 C8 D8 六、申請專利範圍 上之激發光物質及，使用光電成份，測量由此產生之激 發光。 46·如申請專利範圍第45項之平行偵測一或多個激發光之方 法，其中使用波長爲300至1100塵米之凝聚光作激光。 47. 如申請專利範圍第46項之平行偵測一或多個激發光之方 法，其中使用波長爲450至850塵米之雷射光作激光。 48. 如申請專利範圍第45項之平行偵測一或多個激發光之方 法，其中官能化發光染料係選取自由玫瑰紅、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、萘靑素、多吡啶/釕複合物像氯化巻(2,2’-聯 吡啶)釕、氯化叁(U0-啡啉)釕、氯化叁(4,7-聯苯-U0-啡啉) 釕及多吡啶/啡畊/釕複合物、鉑/卟啉複合物、長壽銪 及铽複合物以及賽安寧染料組成之一組中。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 nn In m ^^^1 In nn ^^^1 I I In n^i 一 < J-·i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 49. 如申請專利範圍第48項之平行偵測一或多個激發光之方 法，其中使用異硫氰酸螢光素酯作爲激發光染料。 50. 如申請專利範圍第45項之方法，其係偵測等向輻射之瞬 逝激發光。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } A4現格（2〖0X297公釐） -56- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 51. 如申請專利範圍第45項之方法，其係經由一耦合輸出光 柵或在感測台邊緣偵測反饋耦合至波導層內之瞬逝激發 光。 52. 如申請專利範圍第45項之方法，其係各自獨立但同時偵 測等向輻射之光及反饋耦合之光。 53. 如申請專利範圍第45項之方法，其中輻射入之激光之吸 收係同時偵測。 54. 如申請專利範圍第45項之方法，其中之激發光係利用各 種相同或不同波長之雷射光源激發。 55. 如申請專利範圍第45項之方法，其中之激發光係利用一 單列二極體雷射激發。 56. 如申請專利範圍第45項之方法，其中要分析之樣品爲蛋 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 ^^^1 in ^^^^1 nn I ^ λ·ιϋ BIB^V mV mV - 1 J ^ 、v吞 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 57. 如申請專利範圍第45項之方法，其中要分析之樣品爲地 表水、土壤或植物提取液或生物或合成產製液。 58. 申請專利範圍第1項或第38項之感測台或修飾之感測台 之用途，其係在親和力感測中用來測定生化物質之量。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -57- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 59. 申請專利範圍第1項或第3S項之感測台或修飾之感測台 之用途，其係用於測定抗體或抗原、受體或配體、螯合 劑或組胺酸標記成份、寡核苷酸、DNA或RNA股、DNA 或RNA相似體、酶、酶作用物、酶輔因子或抑制劑、外 源凝集素及碳水化合物之量。 60. 申請專利範圍第1項或第38項之感測台或修飾之感測台 之用途，其係用於選擇性測定對光不透明液體之激發光 組成份之量。 _________{*'______丁 J 今 i (請先閲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） -58-