TWI404982B - Localized plasma resonance sensing device - Google Patents

Localized plasma resonance sensing device Download PDF

Info

Publication number
TWI404982B
TWI404982B TW098131991A TW98131991A TWI404982B TW I404982 B TWI404982 B TW I404982B TW 098131991 A TW098131991 A TW 098131991A TW 98131991 A TW98131991 A TW 98131991A TW I404982 B TWI404982 B TW I404982B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
plasma resonance
sensing device
optical fiber
localized plasma
fiber
Prior art date
Application number
TW098131991A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201111846A (en
Inventor
Lai Kwan Chau
Wei Te Wu
Tzu Chien Tsao
Chien Hsing Chen
Wan Yun Li
Original Assignee
Nat Univ Chung Cheng
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nat Univ Chung Cheng filed Critical Nat Univ Chung Cheng
Priority to TW098131991A priority Critical patent/TWI404982B/zh
Priority to US12/798,056 priority patent/US8355134B2/en
Publication of TW201111846A publication Critical patent/TW201111846A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI404982B publication Critical patent/TWI404982B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • G01N21/554—Attenuated total reflection and using surface plasmons detecting the surface plasmon resonance of nanostructured metals, e.g. localised surface plasmon resonance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02052—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising optical elements other than gratings, e.g. filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1226—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths involving surface plasmon interaction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

定域電漿共振感測裝置
本發明是有關於一種定域電漿共振感測裝置，特別是有關於一種視窗光纖之定域電漿共振感測裝置。
光纖感測器是利用光纖，將光源所產生的光波導引至待測區，待測區中物理量或化學量，如應力、應變、溫度、折射率、分子濃度的變化將造成光波特性的變化，藉由分析光波特性的改變，即可推得待測區中物理量或化學量之變化。光纖感測器的感測訊號於光纖中傳遞時，較不受電磁雜訊及磁場干擾，其他如游離輻射的影響也可經輻射處理而避免，故適用於嚴格的環境，如核電廠中應用。又同一根光纖可同時作為感測器與訊號傳導線，感測器整體體積往往較傳統感測器加上導線小，故能夠被置於如細小或不容易到達的區域。
光纖感測器以光作為激發、傳輸介質，不使用電流、電壓，故無處觸電的危險，適合醫療上的量測。光纖材料不怕腐蝕，適於深海工程及具化學腐蝕的環境，也具有良好的生物相容性。玻璃光纖耐溫性比金屬應變計佳，長期之穩定性以及疲勞壽命均較電阻式應變計高，適合作為長期監測。因光纖本來即用在長距離通訊，因此光纖感測器相關技術很容易進 行長距離的遙測。此外，光通訊的分波多工技術也有助於同一光纖中作多點的量測，因此光纖感測器目前已有廣泛應用於航太、醫學、化學、大地工程、土木工程…等各領域。
請參閱第1圖，其係為光纖之基本構造示意圖。光纖本質上是一軸對稱圓柱結構的光波導(optical waveguide)，由軸心往徑向，大致上可依折射率的不同分成纖核11(core)、纖殼12(cladding)及外面作為保護的纖衣13(Jacket)等3層。纖核11和纖殼12為光纖傳遞光線的基本要件。
光纖感測器習知之基礎原理例如要量測某個物理(化學)量，設法找到一個可受這物理量調變的機制，再量度調變後的結果，即可間接推導出所要量測的物理(化學)量的大小。以物理量量測實施例而言，假如要量測某機件之彎曲度，因為光纖彎曲會導致光能量逸出纖核而散失掉，因此彎得越厲害，光能量散失越嚴重，換言之光能量受彎曲度調變，因此將光纖固定在機件上，即可由量測穿透光纖的光強度，間接推導出光纖所感受的(也就是機件的)彎曲度；以化學量量測實施例而言，某種氣體會吸收某特定波長的光，且吸收量隨該氣體的濃度增加而增加，則一適當的光源，由光纖導往待測區，讓光暫時離開光纖並經過待測區，再從新導入光纖，在另一端分析其頻譜，量測特定光波長能量衰減的情形，即可推知該氣體的濃度。其中可供調變的機制，可發生在光纖內部，也可發生在光纖外部，不同的調變方式可單獨或交互應用，調變的機制包括：
1.吸收調變(absorption modulation)
2.色散調變(chromatic dispersion modulation)
3.散射調變(scattering based modulation)
4.螢光調變(luminescene-fluorescence based modulation)
5.折射率調變(refractive index based modulation)
6.幾何形狀調變(geometric effect based modulation)
7.干涉/相位調變(interferometric and phase modulation)
8.波長調變(wavelength modulation)
9.Doppler效應調變(Doppler’s effect modulation)
且依不同的調變機制，依感測調變作用發生的位置，可分成三大類：(1)非本質型(Extrinsic)；(2)本質型(Intrinsic)和介乎這兩者間的(3)漸逝型(Evanescent)。非本質型(Extrinsic)感測方式，是指光波被光纖導引至待測區後，暫時離開光纖，被外在環境調制，然後再耦合進光纖中，傳遞至訊號處理器，進行訊號解讀，光纖的角色僅為訊號傳輸線，不參與感測作用；本質型(Intrinsic)感測器中，光波基本不離開光纖，外在環境的改變造成光纖內部特性的改變，從而影響光波的某些特性(如波長)；漸逝型(Evanescent)感測器是利用光纖受到環境的影響而導致在其 內傳輸的光能量逸出或損失，從而推導該待測環境參數，在此型感測器雖與非本質型感測器同樣牽涉到光能量離開光纖，但調變機制在光纖內發生，逸出光纖的光能量不再導入光纖，光纖的角色不僅為訊號傳輸線，同時也是感測元件。
為滿足感測使用上的需求，可開發出桌上型光纖式定域化電漿共振(Fiber-Optic Localized Plasmon Resource,FO-LPR)感測平台，或植入型FO-LPR感測系統。植入型FO-LPR系統可用於直接量測生物體內部特定生物分子之變動情形，再依不同植入物種以及不同植入器官或組織之大小，選用適當尺寸之光纖。舉例而言，若使用核心尺寸較大的光纖於小動物上，乃至人體部分器官或組織中，因幾何尺寸過大，植入時會對生物本身造成一定程度的傷害，嚴重者會使生物受傷乃至於喪命，輕微者會誘導生物因傷害產生額外的代謝物或發炎反應等，干擾原本所欲量測的目標生物分子。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種定域電漿共振感測裝置，利用尺寸較小之光纖做為LPR光波導感測元件，如目前常見的通訊用光纖就是其中一種可能的選擇，通訊用光纖中其光纖核心材質常見的為熔融石英(Fused silica)，而批覆層為高分子材料。
根據本發明之目的，就是在提供一種定域電漿共振感測裝置，係於光纖上製作出視窗形結構之缺口，該缺口深度可被控制，淺的可僅是移除部分纖衣層，深的也可使纖核露出。而 視窗光纖可被實現的加工技術也有很多，如超短脈衝高能雷射加工技術、研磨製造技術或蝕刻法等。
根據本發明之目的，又提出一種定域電漿共振感測裝置，其包含光纖和貴金屬奈米粒子層。光纖係包括複數個剖槽，且剖槽係設置光纖之環繞面，剖槽係具有第一側壁、第二側壁和底壁，底壁係平行光纖之軸線設置，且第一側壁與第二側壁係連接底壁。貴金屬奈米粒子層，係設置於剖槽處。其中，當光源入射至光纖時，利用偵測單元偵測貴金屬奈米粒子層與光源交互作用以產生定域電漿共振訊號。
其中，第一側壁和第二側壁係為垂直光纖之橫切面(cross-section)。
其中，底壁係為弧面、平面或兩者之混合。
其中，第一側壁和第二側壁分別與底壁形成一夾角。
其中，係以光纖之軸線為方向設置每一剖槽。
其中，每一底壁係位於同一平面上。
其中，係以光纖之環繞面為方向，設置每一剖槽。
其中，第一側壁、第二側壁和底壁係為同一平面時，光纖係包括複數個剖槽。
根據本發明之目的，另提出一種定域電漿共振感測裝置，其包含光纖和貴金屬奈米粒子層。光纖包括複數個剖槽，且剖槽係設置光纖之環繞面，剖槽係具有第一側壁、第二側壁， 且第一側壁和第二側壁係以一夾角相互連接。貴金屬奈米粒子層係設置於剖槽處。其中，當光源入射至光纖時，利用偵測單元偵測貴金屬奈米粒子層與光源交互作用以產生定域電漿共振訊號。
其中，係以光纖之軸線為方向設置每一剖槽。
其中，係以光纖之環繞面為方向設置每一剖槽。
根據本發明之目的，提出一種定域電漿共振感測裝置，於光纖上製作出視窗型結構，並於結構底部修飾上貴金屬奈米粒子層做定域化電漿共振(LPR)檢測之架構，形成感測區。其中，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，貴金屬係為金，銀或白金。當光源導入該光纖之後於此感測區會與其表面上所修飾之貴金屬奈米粒子耦合，即產生定域電漿共振效應，並以此效應所改變之光訊號做為檢測之依據。
此外，本發明更提出一種定域電漿共振感測裝置，因貴金屬奈米粒子與外界環境之變化有著一定程度之關係存在，因此本發明所提之視窗光纖於核心層表面修飾上貴金屬奈米粒子後，以其光學性質而言，可在不同外界環境下進行定域電漿共振效應之檢測，如：外界折射率檢測、氣體分子檢測以及生物分子等；就光纖本身幾何尺寸受外界變化影響而言，可 做應力應變檢測及溫度檢測等；若將視窗形缺口做一些幾何結構上的排列變化時；而視窗光纖本身之視窗結構，甚至可成為流體檢測成為協助微流體混合之混合器，因此本發明實施例所提出之視窗光纖除具有多功能之檢測效果及有利於檢測之效應。
承上所述，依本發明之定域電漿共振感測裝置，其可具有下述優點：
(1)光纖若採用通訊用光纖，因光纖核心為脆性材料(fused silica)，因此利用視窗光纖之架構，僅將光纖的批覆層部分去除，可以避免環切暴露核心所致之機械強度不足之狀況，且採用通訊用光纖，建構視窗光纖感測器其邊際效應佳，可使用豐富且價廉之通訊用光纖配件。
(2)整合視窗光纖感測器與微流體晶片之場合，因視窗光纖對於小尺寸光纖有維持一定機械強度之效果，因此利用小尺寸視窗光纖與微流體晶片整合應用時，可大幅度降低感測用的樣本體積，這有利於降低感測成本，以及提高樣品的利用率。
(3)將視窗型缺口做一些幾何結構上的排列變化時；視窗光纖本身之視窗結構，對流經其表面之流體會產生擾動，有利於微流體感測時，協助微流體混合之混合器，可見本發明所提出之視窗光纖具有多功能之檢測效果及有利於感測之效應。
(4)利用本發明提出利用之視窗光纖，製作小尺寸之光纖為光波導感測元件，如通訊用光纖。
(5)採用本發明之視窗光纖架構，僅將光纖的批覆層部分去除，如此可以避免因環切所致之機械強度不足之狀況，於小尺寸光纖上實施，有利於植入型FO-LPR系統之實現。
11‧‧‧纖核
12‧‧‧纖殼
13‧‧‧纖衣
131‧‧‧函數訊號產生器
132‧‧‧發光二極體
1332‧‧‧金奈米粒子
134‧‧‧光電二極體
135‧‧‧鎖相放大器
136‧‧‧電腦
2、6、11、133‧‧‧定域電漿共振感測裝置
21、61、111、1331‧‧‧光纖
211、611、1111、W1-W4‧‧‧剖槽
2111、6111、11111‧‧‧第一側壁
2112、6112、11112‧‧‧第二側壁
2113、6113‧‧‧底壁
22、62、112、#1-#4‧‧‧貴金屬奈米粒子層
第1圖係為習知技藝之光纖基本構造示意圖；第2圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第一實施例示意圖；第3圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第一實施例側視圖；第4圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第一實施例另一側視圖；第5圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第二實施例示意圖；第6圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第三實施例示意圖；第7圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第三實施例之斷面SEM圖；第8圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第四實施例區段式單相位D形光纖之SEM圖；第9圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第五實施例區段式多相位D形光纖之SEM圖； 第10a圖係為本發明之U形光纖定域電漿共振感測裝置檢測蔗糖溶液之訊號折射率關係圖；第10b圖係為本發明之D形光纖定域電漿共振感測裝置檢測蔗糖溶液之訊號折射率關係圖；第11圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第六實施例示意圖；第12圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第六實施例側視圖；第13圖係為本發明之定域電漿共振感測系統示意圖；第14圖係為修飾金奈米粒子之視窗光纖其折射率與光強度的關係圖；第15圖係為本發明之視窗光纖示意圖；第16a圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第七實施例示意圖；以及第16b圖係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第八實施例示意圖。
請參閱第2圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第一實施例示意圖。請參閱第3圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第一實施例側視圖。請參閱第4圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第一實施例另一側視圖。圖中，定域電漿共振感測裝置2包含光纖21和貴金屬奈米粒子層22。光纖21可為一U形光纖(U-fiber)，其包括複數個剖槽211，且剖槽211設置光纖21之環繞面，剖槽211具有第 一側壁2111、第二側壁2112和底壁2113，底壁2113可為一平面，其平行光纖21之軸線設置，且第一側壁2111與第二側壁2112連接底壁2113，第一側壁2111和第二側壁2112分別與底壁2113形成一夾角。
貴金屬奈米粒子層22設置於剖槽處211，可由金奈米粒子、銀奈米粒子或白金奈米粒子所組成。其中，當光源入射至光纖21時，利用偵測單元偵測貴金屬奈米粒子層22與光源交互作用以產生定域電漿共振訊號。其中，第3圖為不包含纖衣的部分，而第4圖為具有纖衣的部分，無論光纖是否具有纖衣，皆可作為定域電漿共振感測裝置2之感測光纖21。本發明選用之感測光纖21，其纖核直徑可小於500微米，較佳之光纖纖核範圍可為4至200微米。
請參閱第5圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第二實施例示意圖。圖中，光纖可為一U形光纖(U-fiber)，其包括複數個剖槽，且剖槽設置光纖之環繞面，剖槽具有第一側壁、第二側壁和底壁，底壁可為一曲面，其平行光纖之軸線設置，且第一側壁與第二側壁連接底壁。
請參閱第6圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第三實施例示意圖。請參閱第7圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第三實施例之斷面SEM圖。圖中，定域電漿共振感測裝置6包含光纖61和貴金屬奈米粒子層62。光纖61可包括複數個剖槽611，且剖槽611設置光纖61之環繞面，當剖槽611之第一側壁6111、第二側壁6112和底壁6113位於同 一平面時，可為一D形光纖(D-fiber)。而貴金屬奈米粒子層62設置於剖槽處611。當貴金屬奈米粒子層62更包含辨識分子時，可用以感測特定之待測物。
請參閱第8圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第四實施例區段式單相位D形光纖之SEM圖。圖中，沿著光纖軸線設置多個剖槽，剖槽之底壁可位於同一平面上，由於每一剖槽具有固定相位，亦可稱為單相位之視窗光纖，然其為一種實施態樣，只要是沿著光纖軸線設置剖槽皆為本發明之實施態樣。
請參閱第9圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第五實施例區段式多相位D形光纖之SEM圖。圖中，沿著光纖軸線設置多個剖槽，而剖槽之底壁並非位於同一平面上，亦即沿著光纖環繞面設置多個剖槽，由於每一剖槽具有不同的相位，亦可稱為多相位之視窗光纖。
請參閱第10a圖，其係為本發明之U形光纖定域電漿共振感測裝置檢測蔗糖溶液之訊號折射率關係圖。請參閱第10b圖，其係為本發明之D形光纖定域電漿共振感測裝置檢測蔗糖溶液之訊號折射率關係圖。當光源入射至光纖時，利用偵測單元偵測貴金屬奈米粒子層與光源交互作用以產生定域電漿共振訊號。其中，使用的光纖為U形光纖(U-fiber)，LPR偵測蔗糖溶液折射率之解析度可達到1.768×10-3 RIU。當使用的光纖為D形光纖(D-fiber)，LPR偵測蔗糖溶液折射率之解析度可達到2.2×10-4 RIU。
請參閱第11圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第六實施例示意圖。請參閱第12圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第六實施例側視圖。一種定域電漿共振感測裝置11包含光纖111和貴金屬奈米粒子層112。光纖111可包括複數個剖槽1111，且剖槽1111係設置光纖111之環繞面，剖槽1111係具有第一側壁11111、第二側壁11112，且第一側壁11111和第二側壁11112係以一夾角相互連接，其橫切面可為一V形橫切面。貴金屬奈米粒子層112係設置於剖槽1111處。其中，當光源入射至光纖111時，利用偵測單元偵測貴金屬奈米粒子層112與光源交互作用以產生定域電漿共振訊號。剖槽1111的設置可沿著光纖111軸線，亦可沿著光纖111環繞面，如第四實施例和第五實施例所述之態樣。
請參閱第13圖，其係為本發明之定域電漿共振感測系統示意圖。將飛秒雷射所製作出視窗光纖1331核心表面上修飾上金奈米粒子1332，則可利用光纖定域電漿共振的原理成為生物感測器。平台中由函數訊號產生器131(Function Generator)給予一訊號源至綠光LED132，在此之所以選用綠光LED132是因為其光波長約為530nm，對於直徑10~20nm之金奈米粒子之光譜吸收峰值相當接近，因此選用此LED132能有較佳之LPR效應，以提高其偵測靈敏度。於是再將LED132之光源導入所製作之定域電漿共振感測裝置133中，並於光纖末端架設偵測單元134(如：光電二極體)接收光訊號，將光訊號經由光電二極體134轉換為電訊號，而此電訊 號再回傳至鎖相放大器135(Lock-in Amplifier)做訊號放大與解讀，最後經由電腦136分析其訊號，做檢測結果之分析與判斷，成為完整的系統。
本實施例利用化學還原法合成出球型的金奈米粒子1332(Au nanoparticles,AuNPs)，利用檸檬酸鈉(sodium citrate)為還原劑及保護劑將金離子(Au3+)於水相環境下還原出球型金奈米粒子1332，反應完成後利用紫外光/可見光光譜儀(UV/Vis Spectroscopy)觀察其光學特性吸收波帶及穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察其形狀大小及均勻度，UV-Vis吸收光譜圖顯示特性吸收波帶約在518nm。其平均粒徑約為12~15nm且形狀及粒徑均勻度一致性良好。接著將合成好的金奈米粒子1332利用多環芳香烴化合物PAH(poly(allylamine hydrochloride))修飾上光纖表面，其中PAH為一帶正電的高分子材料，利用物理吸附的方式修飾在二氧化矽(SiO2)的材料上(光纖核心層)，而另一端露出的胺基(Amino group,NH2)則可與金奈米粒子形成鍵結，使得金奈米粒子1332得以修飾於光纖1331核心表面上，進行LPR檢測步驟。
於視窗光纖光學檢測上，本實施例探討折射率對修飾上金奈米粒子1332之視窗光纖1331輸出光強度之影響，檢測系統架設如第13圖所示。首先準備好已調配之7種不同濃度之蔗糖溶液及去離子水，而蔗糖溶液及去離子水之濃度及對應的折射率參數如表1所示。
檢測時，先開啟光訊號偵測儀器，將修飾上金奈米粒子之視窗光纖置於槽道內約2小時，等待末端之光訊號穩定後，再以速率約0.03ml/s注入1ml蔗糖溶液，每注入一次蔗糖溶液需靜置約10分鐘，再注入下一溶夜，直至表1中編號No.1~No.8之蔗糖溶液檢測完畢(其中No.1為去離子水)，並逐一測量其光訊號之變化。
請參閱第14圖，其係為修飾金奈米粒子之視窗光纖其折射率與光強度的關係圖。由圖可看出折射率由1.333增加至1.403時，光訊號增強約2.25mV，其線性度為0.9983；靈敏度為2.2×10-4RIU。
請參閱第15圖，其係為視窗光纖之示意圖。當具有單一剖槽時，可為一單一視窗光纖。當具有複數個剖槽時，且每一剖槽具有相同相位時，可為一單相位複數個視窗光纖。當具有複數個剖槽，且每一剖槽具有不同相位時，可為一多相位複數個視窗光纖。視窗光纖的結構具有多種變化與組合，如上所述之U形光纖、D形光纖或V形光纖等，並搭配適當的調變 ，可用於本發明之定域電漿共振感測裝置上。其中，側壁可為平行光纖之橫切面之態樣，亦可為其他之形式。當剖槽設置於光纖之環繞面時，可採用間隔設置的方式，產生多相位複數個視窗光纖。
請參閱第16a圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第七實施例示意圖。編號W1之感測視窗可用以感測對應之待測物質，其施行方法之一可以是修飾上含感受體的貴金屬奈米粒子#1；而編號W2之視窗為參考視窗，其施行方法之一可以是修飾上不含生物辨識元的貴金屬奈米粒子#2，可以用以形成具有補償感測環境變化(如溫度、樣品高黏稠度)所引起的溶液折射率變化而產生之訊號飄移之用；貴金屬奈米粒子#1與貴金屬奈米粒子#2各自存有其特定之定域電漿共振波帶，因此此複數視窗光纖感測器便構成具有自我補償功能之光纖感測器。
請參閱第16b圖，其係為本發明之定域電漿共振感測裝置之第八實施例示意圖。W1、W2、W3、W4為不同的感測視窗(剖槽)，如此各視窗光纖便可以感測待測環境中不同的對應待測物質，其施行方法可以是W1、W2、W3、W4分別修飾上不同之貴金屬奈米粒子(例如：不同大小、形狀之金、銀、白金奈米粒子…等)，各自存有其特定之定域電漿共振波帶，則在光譜圖上會出現不同波長之最大吸收峰值，而各奈米粒子分別修飾上不同的感受體，如此各視窗光纖便可以透過不同波長所產生之訊號飄移，可以掃描分析出，待測樣本中有無 所篩選感測的待測物質存在。
又或圖中編號W1可為具有自我補償用之參考視窗，而W2、W3、W4為感測視窗，可以修飾上不同之貴金屬奈米粒子#2、#3、#4，而各奈米粒子分別修飾上不同的感受體，如此該複數個感測視窗光纖便可以感測待測環境中不同的對應待測物質，成為具有自我補償且多功能之光纖感測器。視窗光纖的結構具有多種變化與組合，可搭配適當之調變，以及上述多種優點及進步性，故視窗光纖成為新利基型光纖感測器。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
2‧‧‧定域電漿共振感測裝置
21‧‧‧光纖
211‧‧‧剖槽
2111‧‧‧第一側壁
2112‧‧‧第二側壁
2113‧‧‧底壁
22‧‧‧貴金屬奈米粒子層

Claims (15)

  1. 一種定域電漿共振感測裝置，其包含：一光纖，係包括複數個剖槽，且該剖槽係設置該光纖之環繞面，該剖槽係具有一第一側壁、一第二側壁和一底壁，該底壁係平行該光纖之軸線設置，且該第一側壁與該第二側壁係連接該底壁；以及一貴金屬奈米粒子層，係設置於該複數個剖槽處以接觸一待測物，其中每一該剖槽係設置不同定域電漿共振波帶之該貴金屬奈米粒子層；其中，當一光源入射至該光纖時，利用一偵測單元偵測該貴金屬奈米粒子層與該光源交互作用以產生定域電漿共振訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之定域電漿共振感測裝置，其中該第一側壁和該第二側壁係為垂直該光纖之橫切面(cross-section)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之定域電漿共振感測裝置，其中該底壁係為一弧面、一平面或是兩者之混合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之定域電漿共振感測裝置，其中該第一側壁和該第二側壁分別與該底壁形成一夾角。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之定域電漿共振感測裝置，其中係以該光纖之軸線為方向設置每一該剖槽。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之定域電漿共振感測裝置，其中係以該光纖之軸線為方向間隔設置每一該剖槽。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之定域電漿共振感測裝置，其中 每一該底壁係位於同一平面上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之定域電漿共振感測裝置，其中係以該光纖之環繞面為方向，設置每一該剖槽。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之定域電漿共振感測裝置，其中該第一側壁、第二側壁和該底壁係為同一平面。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之定域電漿共振感測裝置，其中該光纖纖核之直徑係小於500微米。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之定域電漿共振感測裝置，其中該光纖纖核之直徑較佳為4至200微米。
  12. 一種定域電漿共振感測裝置，其包含：一光纖，係包括複數個剖槽，且該剖槽係設置該光纖之環繞面，該剖槽係具有一第一側壁、一第二側壁，且該第一側壁和該第二側壁係以一夾角相互連接；以及一貴金屬奈米粒子層，係設置於該複數個剖槽處以接觸一待測物，其中每一該剖槽係設置不同定域電漿共振波帶之該貴金屬奈米粒子層；其中，當一光源入射至該光纖時，利用一偵測單元偵測該貴金屬奈米粒子層與該光源交互作用以產生定域電漿共振訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之定域電漿共振感測裝置，其中係以該光纖之軸線為方向設置每一該剖槽。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之定域電漿共振感測裝置，其中係以該光纖之軸線為方向間隔設置每一該剖槽。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之定域電漿共振感測裝置，其中係以該光纖之環繞面為方向，設置每一該剖槽。
TW098131991A 2009-09-22 2009-09-22 Localized plasma resonance sensing device TWI404982B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW098131991A TWI404982B (zh) 2009-09-22 2009-09-22 Localized plasma resonance sensing device
US12/798,056 US8355134B2 (en) 2009-09-22 2010-03-29 Localized plasmon resonance sensing device and fiber optic structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW098131991A TWI404982B (zh) 2009-09-22 2009-09-22 Localized plasma resonance sensing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201111846A TW201111846A (en) 2011-04-01
TWI404982B true TWI404982B (zh) 2013-08-11

Family

ID=43756380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW098131991A TWI404982B (zh) 2009-09-22 2009-09-22 Localized plasma resonance sensing device

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8355134B2 (zh)
TW (1) TWI404982B (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9075009B2 (en) * 2010-05-20 2015-07-07 Sungkyunkwan University Foundation For Corporation Collaboration Surface plasmon resonance sensor using metallic graphene, preparing method of the same, and surface plasmon resonance sensor system
JP5946330B2 (ja) * 2012-06-01 2016-07-06 日東電工株式会社 Ｓｐｒセンサセルおよびｓｐｒセンサ
TWI472746B (zh) * 2012-07-19 2015-02-11 Nat Univ Chung Cheng 多工光纖光學生物感測器及偵測方法
US8810780B1 (en) 2013-01-31 2014-08-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Plasmon resonance based strain gauge
US20160035990A1 (en) * 2013-03-13 2016-02-04 The Regents Of The University Of California Active layer-incorporated, spectrally-tuned nanostructure-based light trapping for organic photovoltaic devices
US9464986B2 (en) * 2014-01-27 2016-10-11 National Chung Cheng University Multiplex fiber optic biosensor and detection method by using the same
CN104020140A (zh) * 2014-06-05 2014-09-03 大连理工大学 双通道自补偿光纤表面等离子体共振生化传感器
TWI537553B (zh) * 2015-01-23 2016-06-11 國立中正大學 反射式管狀波導粒子電漿共振感測系統及其感測裝置
EP3096131A1 (en) * 2015-05-18 2016-11-23 International Iberian Nanotechnology Laboratory An optical fibre for use in a system for detection of one or more compounds in a fluid
CN105466891B (zh) * 2015-11-23 2019-04-05 大连理工大学 双调制模式自精确光纤表面等离子体共振生化检测传感器
CN106442419B (zh) * 2016-09-06 2019-01-01 大连理工大学 自补偿spr光纤生化传感器
JP6854134B2 (ja) * 2017-01-16 2021-04-07 矢崎総業株式会社 高選択性腐食センサーシステム
US11129679B2 (en) 2017-11-14 2021-09-28 Mako Surgical Corp. Fiber optic tracking system
US11268984B2 (en) * 2018-04-17 2022-03-08 United States Department Of Energy Low-cost fiber optic sensor array for simultaneous detection of multiple parameters
CN110132893B (zh) * 2019-05-16 2021-12-28 江苏科信光电科技有限公司 一种基于光纤结构的气体探测器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5659643A (en) * 1995-01-23 1997-08-19 Minnesota Mining And Manufacturing Company Notched fiber array illumination device
TWI272383B (en) * 2004-11-02 2007-02-01 Univ Nat Formosa Optical fiber biosensor
TW200718935A (en) * 2005-11-11 2007-05-16 Lai-Kwan Chau Surface plasmon resonance sensing system and method thereof
TW200918880A (en) * 2007-10-22 2009-05-01 Forward Electronics Co Ltd Cascade-type surface plasmon resonance fiber sensor and the apparatus comprising thereof

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5864397A (en) * 1997-09-15 1999-01-26 Lockheed Martin Energy Research Corporation Surface-enhanced raman medical probes and system for disease diagnosis and drug testing
JP3380744B2 (ja) * 1998-05-19 2003-02-24 株式会社日立製作所 センサおよびこれを利用した測定装置
US6623977B1 (en) * 1999-11-05 2003-09-23 Real-Time Analyzers, Inc. Material for surface-enhanced Raman spectroscopy, and SER sensors and method for preparing same
EP1445601A3 (en) * 2003-01-30 2004-09-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. Localized surface plasmon sensor chips, processes for producing the same, and sensors using the same
US20050203495A1 (en) * 2004-03-10 2005-09-15 American Environmental Systems, Inc. Methods and devices for plasmon enhanced medical and cosmetic procedures
US20060240573A1 (en) * 2003-07-29 2006-10-26 Lamdagen, Llc Optical system including nanostructures for biological or chemical sensing
EP2278301A1 (en) * 2004-11-04 2011-01-26 Renishaw Diagnostics Limited Metal nano-void photonic crystal for enhanced raman spectroscopy
JP2006329631A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Hitachi Ltd 分子間相互作用検出装置およびそれを用いた分子回収装置
JP4945107B2 (ja) * 2005-09-15 2012-06-06 ゲットナー・ファンデーション・エルエルシー 光源装置及びその製造方法、表示装置及びその製造方法、並びに表示装置の駆動方法
TWI354781B (en) * 2005-11-11 2011-12-21 Laikwan Chau Surface plasmon resonance sensing system, apparatu
JP2007286045A (ja) * 2006-03-20 2007-11-01 Canon Inc 検出装置、検出素子用基板、検出素子、検出素子用キット及び検出方法
US7859672B2 (en) * 2007-03-19 2010-12-28 Canon Kabushiki Kaisha Optical element, sensor device, manufacturing method of optical element, detection element, target substance measuring device and detection method
US20090169866A1 (en) * 2007-12-31 2009-07-02 Agnes Ostafin Nanocomposite materials with dynamically adjusting refractive index and methods of making the same
TWI399532B (zh) * 2009-01-20 2013-06-21 Nat Chung Cheng University Inv Optical fiber type localized plasma resonance sensing device and its system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5659643A (en) * 1995-01-23 1997-08-19 Minnesota Mining And Manufacturing Company Notched fiber array illumination device
TWI272383B (en) * 2004-11-02 2007-02-01 Univ Nat Formosa Optical fiber biosensor
TW200718935A (en) * 2005-11-11 2007-05-16 Lai-Kwan Chau Surface plasmon resonance sensing system and method thereof
TW200918880A (en) * 2007-10-22 2009-05-01 Forward Electronics Co Ltd Cascade-type surface plasmon resonance fiber sensor and the apparatus comprising thereof

Also Published As

Publication number Publication date
TW201111846A (en) 2011-04-01
US8355134B2 (en) 2013-01-15
US20110069316A1 (en) 2011-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI404982B (zh) Localized plasma resonance sensing device
Zhu et al. Tapered optical fiber-based LSPR biosensor for ascorbic acid detection
Mishra et al. Wide-range pH sensor based on a smart-hydrogel-coated long-period fiber grating
US20090304551A1 (en) Ultra Sensitive Tapered Fiber Optic Biosensor For Pathogens, Proteins, and DNA
Jin et al. Polymer fiber optic sensors-a mini review of their synthesis and applications
US20210171393A1 (en) Optical sensor employing a refractive index engineered metal oxide material
Srivastava et al. Micro-channel plasmon sensor based on a D-shaped photonic crystal fiber for malaria diagnosis with improved performance
Cao et al. A highly reproducible and sensitive fiber SERS probe fabricated by direct synthesis of closely packed AgNPs on the silanized fiber taper
CN102483337A (zh) 一种光纤传感器及制造方法
Montaño-Priede et al. Near-electric-field tuned plasmonic Au@ SiO2 and Ag@ SiO2 nanoparticles for efficient utilization in luminescence enhancement and surface-enhanced spectroscopy
CN105241864A (zh) 激光诱导自组装法制备高灵敏度光纤sers探针的方法
Yang et al. Optimized Tapered Optical Fiber for Ethanol (C $ _ {\bf 2} $ H $ _ {\bf 5} $ OH) Concentration Sensing
Wang et al. pM level and large dynamic range glucose detection based on a sandwich type plasmonic fiber sensor
Wang et al. Cardiac troponin I detection using gold/cerium-oxide nanoparticles assisted hetro-core fiber structure
CN109520994A (zh) 一种微流控生物检测系统及方法
Cao et al. Laser-induced synthesis of Ag nanoparticles on the silanized surface of a fiber taper and applications as a SERS probe
Ghahrizjani et al. ZnO–SrAl2O4: Eu nanocomposite-based optical sensors for luminescence thermometry
WO2011037533A1 (en) Sers device
CN112051237A (zh) 一种用于检测禽流感病毒的生物传感器及其制备方法
Butler et al. Development of an extended-range fiber optic pH sensor using evanescent wave absorption of sol-gel-entrapped pH indicators
CN102411003B (zh) 一种远场光纤消逝场的传感方法
Jeong et al. Fiber-optic refractive index sensor based on the cone-based round structure
KR102531589B1 (ko) 유무기 하이브리드 수용체, 이를 포함하는 바이오 센서 프로브 및 바이오 센서
Chandra et al. Polyaniline modified u-bent fiber optic pH sensor for physiological use
CN101493405A (zh) 等离子体共振传感探头

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees