TWI507672B - 檢測試紙的製造方法、使用方法以及用於該製造方法之藥物組合 - Google Patents

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Description

檢測試紙的製造方法、使用方法以及用於該製造方法之藥物組合
本發明係有關於一種檢測試紙的製造方法,特別是關於一種利用噴墨印刷製程製得可廣泛應用於檢測食物中的殺蟲劑、飲料中的污染物、生物分子或一般化學物質,且為柔軟可攜並具有優異敏感度之檢測試紙的製造方法,及其使用方法與用於上述製造方法的藥物組合。
近年來,「食品安全」儼然成為民生上相當嚴重的問題,我們每天所吃的食物以及所喝的飲料是否摻雜有不被允許摻雜的化工原料,成了每個人心中的疑慮。舉例來說,三聚氰胺主要影響泌尿系統,並不被允許添加至食品中,而根據美國食物及藥物管理局的標準,三聚氰胺每日可容忍攝入量為每日0.63毫克/公斤體重。但由于食品和飼料工業蛋白質含量測試方法的缺陷,三聚氰胺常被不法商人用作食品添加劑,從而使劣質食品通過食品檢驗機構的測試。
因此,如何針對食品安全進行把關,便需藉由適當的分析方法來完成。一般來說,用以檢測上述違禁添加物的方法係以高效液相層析儀(high performance liquid chromatography,HPLC)或其相似原理之方法為主。然而高效液相層析儀在操作上相當耗時、昂貴、耗費人力以及需經複雜的樣品準備過程與訓練過程。另外,也可使用低溫螢光分析方法來檢測上述劣質食品,然而由於此方法需藉由標記分子來完成,反而牽涉過於複雜與高精準度的技術。
至於拉曼光譜儀,其涉及一種化學成份之光子的非彈性散射,已經廣泛作為多種化學物質(例如鑽石、藥品、生物分子等)的鑑別工具,亦可作為研究表面上的吸收分子的工具。相較於傳統臨床的生化檢測方法,拉 曼光譜檢測具有下列之優點。而和其他的振動光譜方法比較來,拉曼光譜不像近紅外光吸收光譜會受水的影響,也不像螢光有寬的光譜峰,它不受水影響及窄的光譜峰使得拉曼光譜有利於應用在生化分子的檢測。然而,一般拉曼散射光訊號相當微弱,其受限於一般分子之拉曼截面積(Raman cross section)相當小,再加上一般生化分子的生理濃度相當低,因此不易將拉曼光譜應用於檢測臨床生化分子。
但值得注意是,1970年代開始,因為表面增強型拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)的發明,使得拉曼光譜的應用又再度受到重視。表面增強拉曼散射是由於分子吸附於特殊結構金屬表面產生的極大的增強效果,因為訊號的增強,使得表面增強拉曼散射技術可以探測極低濃度的生物樣本,甚至可達單分子的量測,在基礎科學上提供觀測微小尺度的技術,以探討分子結構與型態變化的現象。基本上,近幾年來發展的單分子偵測技術,其包含:螢光、近場光學、遠場光學及漸逝波。但和螢光方法比較起來,利用表面增強型拉曼光譜(SERS)偵測單分子,可以獲得豐富的分子振動訊息,並且對於不發螢光的分子,使用表面增強型拉曼光譜較不會受限。因此,此種技術除了可廣泛地應用於生物感測領域外,應該也可以應用於上述食品安全的檢測。
然而,近幾年來雖已對表面增強型拉曼光譜探討種種應用,但在此種方法的應用上不僅可使用之基板或表面粗糙度受到限制,進而由於其拉曼強度與拉曼活性分子之配向性有很大的依存性,故多半依據場所測定部位而會產生較大偏差,有非常難以求得定量性解析之缺點。
再者使用以往所提案之色素等之低分子系拉曼活性分子時,有關該拉曼活性分子對奈米粒子之吸附過程(靜電吸附過程)中,被認為因奈米粒子表面電荷產生變化,使粒子間之表面電荷排斥力減弱所造成之引起奈米粒子凝集方面將成為問題。奈米粒子之凝集不僅引起拉曼活性分子之脫離,且若在分子辨識前引起吸附拉曼活性分子之奈米粒子之凝集,則雖然是在分子辨識前,但由於出現表面增強型拉曼光譜信號,故有誤辨識之情況。尤其在生體環境下,使用該等粒子時,必須確保高鹽濃度下之分散安定性。
有鑑於此,本發明提供一種檢測試紙的製造方法,其製程簡單,且所得之試紙具有柔軟、可攜、低成本以及可針對不同濃度之待測物進行調整等優點。
承上,上述製造方法至少包含下列步驟:首先,將一染料塗佈至一基材上,且染料至少包含一還原劑。接著,將基材浸入包含有複數個金屬離子之一金屬鹽溶液中,並使基材浸置一預設時間以使該些金屬離子還原為複數個金屬顆粒而設置於基材上。最後,取出基材進行乾燥,並製成至少一檢測試紙。
在本發明一實施例中,其中染料更包含一催化劑,且於上述將染料塗佈至基材上的步驟之前,更包含:混合還原劑與催化劑而成為該染料。
在本發明一實施例中,其中還原劑可為卵磷脂溶液,且其濃度係介於25mM至75mM之間。
在本發明一實施例中,其中催化劑可為碘化鉀溶液,且其濃度介於10mM至100mM之間。
在本發明一實施例中,其中金屬鹽溶液係為一氯金酸溶液,且其濃度係介於2mM至10mM之間。
在本發明一實施例中,其中上述將染料塗佈至基材上的步驟更包含:先將染料注入一墨水匣中,再利用一印表機控制染料塗佈至基材上之一範圍與一圖形。
在本發明一實施例中,其中上述預設時間至少為2小時。
在本發明一實施例中,其中基材為一紙類材料。
在本發明一實施例中,其中金屬顆粒為金奈米顆粒。
在本發明一實施例中,該製造方法的步驟更包含:於該檢測試紙之表面,塗佈一抗體層,或於表面做官能基改質。
本發明之另一目的在於提供一種上述檢測試紙的使用方法,其至少包含下列步驟:首先,將一待測物塗佈於檢測試紙上。接著,自檢測試紙獲得一拉曼光譜訊號,並藉由此拉曼光譜訊號判讀待測物的種類。較佳地,上述拉曼光譜訊號為一表面增強拉曼散射訊號。
本發明之再一目的在於提供一種用於前述製造方法之一藥物組合,其至少包含一基材、一還原劑以及一金屬鹽溶液。較佳地,基材為紙類材料、還原劑為卵磷脂溶液,以及金屬鹽溶液為氯金酸溶液。
該藥物組合更可包含一可塗佈之抗體,或於表面做官能基改質。
由下文的說明,可更進一步瞭解本創作的特徵及其優點,閱讀時請參考第1圖至第5B圖。
S100~S110‧‧‧檢測試紙之製造方法的步驟
1‧‧‧基材
10‧‧‧染料
10a‧‧‧金屬顆粒
20‧‧‧待測物
第1圖顯示本發明一實施例中檢測試紙的製造方法流程圖;第2A圖至第2D圖顯示本發明一實施例中步驟S104至S108之操作示意圖;第3圖顯示本發明一實施例中檢測試紙上之金屬顆粒的掃瞄式電子顯微鏡影像;第4圖顯示本發明一實施例中檢測試紙上之金屬顆粒的UV-Vis光譜分析圖;第5A圖顯示(i)空白檢測試紙,(ii)包含有金屬顆粒之檢測試紙,(iii)塗佈有色素有機分子(R6G)之檢測試紙,與(iv)塗佈有色素有機分子(R6G)於上述金屬顆粒上之檢測試紙;以及第5B圖顯示第5A圖中(i)至(iv)之拉曼光譜圖。
承上,本發明旨在提供一種檢測試紙的製造方法,其可利用簡單低成本的製程提供一柔軟、可攜且可針對不同濃度之待測物進行調整的檢測試紙。請參考第1圖,第1圖顯示本發明一實施例中檢測試紙的製造方法流程圖。首先,先準備一染料,其至少包含一還原劑。在本發明一較佳實施例中,上述還原劑為卵磷脂(Lecithin)溶液,且其濃度係介於25mM至75mM之間。另外,染料更包含一催化劑,且上述催化劑較佳地為碘化鉀(potassium iodide,KI)溶液。必須說明的是,此處所使用之還原劑(即卵磷脂)為人類汗液中常見之成分,故基本上整體製程係為一較安全而無毒性之製程。再者,在本發明中催化劑(即碘化鉀)係用以加速後續還原反應的速 度,故其係為可省略的,本發明並不欲予以限制。
據此,如步驟S100所示,在製作過程中,首先,將25mM(亦可為50mM或75mM)的卵磷脂溶液以1:1的比列與100mM的碘化鉀溶液利用磁石攪拌器在室溫下充分的混合,以製備一染料。接著,將染料注入一墨水匣中,如步驟S102所示。
接著,請同時參考第2A圖,第2A圖顯示本發明一實施例中步驟S104之操作示意圖。如圖所示,在將注入有上述染料的墨水匣裝入一印表機後,利用此印表機將染料塗佈至一基材上。基本上,必須注意的是,由於上述染料為一生物墨水,故印表機的噴口需確認乾淨後,才能將填充有生物墨水的墨水匣裝入印表機。再者,在較佳實施例中,印表機為一噴墨式印表機,利用電腦的控制,可使印表機在基材上列印出任何形狀及大小的圖案,即第2A圖中所示之複數個基材上的圖案(即染料10)。另外,基材較佳地為紙類材料,但本發明並不欲以此為限。
請參考第2B圖與步驟S106,其中第2B圖顯示本發明一實施例中步驟S106之操作示意圖。如圖所示,將具有染料10的圖案剪下並分別浸入培養皿中所裝20mL不同濃度(2mM、5mM與10mM)的金屬鹽溶液中,且上述金屬鹽溶液包含有複數個金屬離子。在較佳實施例中,金屬鹽溶液係為一氯金酸溶液(hydrochloroauric acid,HAuCl4 ‧3H2 O)。
接著,如第2C圖與步驟S108所示,第2C圖顯示本發明一實施例中步驟S108之操作示意圖。如圖所示,使基材浸置於金屬鹽溶液中一預設時間後,該些金屬離子會逐漸被還原為複數個金屬顆粒10a而設置於基材上。承上所述,由於上述金屬鹽溶液較佳地為氯金酸溶液,故上述金屬離子為金離子(Au3+ ),而上述經還原所得之金屬顆粒為金奈米粒子。詳細地說,由於經印表機列印出的圖案上均為由包含有還原劑與催化劑的染料所塗佈而成,因此當還原劑還原金屬鹽溶液中的金屬離子時,便會在原先圖案的位置上形成有一層金屬顆粒,也因此原先第2B圖中的圖案在第2C圖中因金奈米粒子的形成而轉為紫紅色。基本上,經過數秒鐘後,做為還原劑的卵磷脂便可在催化劑碘化鉀的作用下,將部分氯金酸溶液中的金離子還原。但需待2小時至24小時,氯金酸溶液中的金離子才可全數被還原, 也就是說上述預設時間較佳地至少為2小時。
值得說明的是,該些金奈米粒子的尺寸與排列係受氯金酸溶液的濃度影響,而後續拉曼光譜訊號的強弱係依據金奈米粒子的尺寸與排列而訂。也就是說,藉由調整金屬鹽溶液的濃度即可改變金屬顆粒於基材上成形時的尺寸與排列,進而改變後續製得之檢測試紙所能偵測的範圍。
最後,請參考步驟S110與第2D圖,其中第2D圖顯示本發明一實施例中步驟S110之操作示意圖。待金屬離子全數被還原後,取出基材進行乾燥,即完成檢測試紙的製造過程。
較佳的於該檢測試紙之表面,塗佈一抗體層,或於表面做官能基改質,可提高特定抗體檢測的精確度;在一實施例中,於該檢測試紙之表面,塗佈一scFv7抗體層,該檢測試紙於使用時將有利於H5N1病毒體的貼附,則可據推估H5N1病毒體存在之量值。
同時,本發明提供用於前述製造方法的一種藥物組合,如前所述,其至少包含一基材、一還原劑以及一金屬鹽溶液。較佳地,基材為紙類材料、還原劑為卵磷脂溶液,以及金屬鹽溶液為氯金酸溶液。較佳地,該種藥物組合更包含一可塗佈之抗體。
在製造過程完成後,請參考第3圖,第3圖顯示本發明一實施例中檢測試紙上之金屬顆粒的掃瞄式電子顯微鏡影像,其中設置於基材上之金奈米粒子的粒徑分佈係在於20至30nm。
進一步確認檢測試紙上之金屬顆粒是否為金奈米粒子,請參考第4圖,第4圖顯示本發明一實施例中檢測試紙上之金屬顆粒的UV-Vis光譜分析圖,其數值曲線與材料金(Au)相符合,証明該些金屬顆粒確實為金奈米粒子。
接著,本發明之另一目的即在於提供一種上述檢測試紙的使用方法,其至少包含下列步驟:首先,將一待測物塗佈於檢測試紙上。接著,自檢測試紙獲得一拉曼光譜訊號,並藉由此拉曼光譜訊號判讀待測物的種類。較佳地,上述拉曼光譜訊號為一表面增強拉曼散射訊號。
本發明所提供之檢測試紙的製造方法與使用方法均已說明如前文,關於檢測試紙的效果將進一步進行如后。請參考第5A圖至第5B圖, 第5A圖顯示(i)空白檢測試紙,(ii)包含有金屬顆粒之檢測試紙,(iii)塗佈有色素有機分子(R6G)之檢測試紙,與(iv)塗佈有色素有機分子(R6G)於上述金屬顆粒上之檢測試紙,而第5B圖顯示第5A圖中(i)至(iv)之拉曼光譜圖。如第5A圖所示,(i)係以一基材1(即空白檢測試紙)作為第一對照實施例,(ii)則於基材1上形成有金屬顆粒10a,以作為第二對照實施例,上述兩者均可作為後續檢測的背景訊號。接著,如前文所述,將待測物塗20佈於包含有金屬顆粒10a的基材1上。此時,針對包含有待測物20與基材1的部份進行檢測,以作為一第一實施例(iii),而針對同時包含有金屬顆粒10a、待測物20與基材1的部份進行的檢測,以作為一第二實施例(iv)。
而在本發明之較佳實施例中,係配製極低濃度(10-10 M以下,較佳為1 x 10-16 M,但本發明並不欲以此為限)的待測物,並挑選適當的雷射波長,以達強大的增強效果。較佳地,在本發明中係使用若丹明6G(Rhodamine 6G,R6G)之色素有機分子。R6G,是被廣泛使用在單分子偵測的分子,由於它的光學特性穩定,且在523nm有強烈的吸收波峰,因此在514nm氬氣雷射的使用下,訊號有更增強的效果。
(i)至(iv)處之拉曼光譜圖如第5B圖所示,首先從(iii)之曲線看來,R6G之訊號質係位於612,1363以及1510cm-1 處,而從(iv)之曲線則可於612,774以及1363cm-1 處發現增強之可供鑑別的訊號值。也就是說,相較於一般拉曼訊號的量測法,本發明所提供之檢測試紙的拉曼訊號量測,能加大該訊號的對比值。
綜上所述,本發明所提供製造方法可使染料(即生物墨水)經由單一步驟簡易地製作於基材上。而且,不論多複雜,只要印表機可以列印出的圖案,便能形成相對應形狀、包含有金屬顆粒的圖案,進而形成相對應外觀的檢測試紙。此時,僅需搭配一可攜式的拉曼光譜儀,即可隨時隨地的進行食品安全,甚至於有毒化學物質的檢測,大大地降低了檢測過程中所需耗費的時間、成本與人力。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明,惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍,凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更,均應包含於本發明之專利範圍中。
S100~S110‧‧‧檢測試紙之製造方法的步驟

Claims (13)

  1. 一種檢測試紙的製造方法,至少包含下列步驟:將一染料塗佈至一基材上,且該染料係為卵磷脂溶液與碘化鉀溶液的混合;將該基材浸入氯金酸溶液中;使該基材浸置一預設時間,使氯金酸溶液還原出複數個金奈米顆粒而設置於該基材;以及取出該基材進行乾燥,並製成至少一檢測試紙。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,該卵磷脂溶液之濃度係介於25mM至75mM之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,該碘化鉀溶液之濃度係介於10mM至100mM之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,該氯金酸溶液之濃度係介於2mM至10mM之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該將該染料塗佈至該基材上的步驟更包含:將該染料注入一墨水匣中;以及利用一印表機控制該染料塗佈至該基材上之一範圍與一圖形。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該預設時間至少為2小時。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該基材為一紙類材料。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,該製造方法的步驟更包含:於該檢測試紙之表面,塗佈一抗體層,或進行官能基改質。
  9. 一種如申請專利範圍第1項至第8項中任一項之檢測試紙的使用方法,至少包含下列步驟:將一待測物塗佈於該檢測試紙上;自該檢測試紙獲得一拉曼光譜訊號;以及藉由該拉曼光譜訊號判讀該待測物的種類。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之使用方法,其中該拉曼光譜訊號為一表面增強拉曼散射訊號。
  11. 一種用於如申請專利範圍第1項所述之製造方法的藥物組合,其至少包含一基材、一染料以及一氯金酸溶液,其中該染料係為卵磷脂溶液與碘化鉀溶液的混合。
  12. 於如申請專利範圍第11項所述之藥物組合,其中該基材為紙類材料。
  13. 於如申請專利範圍第11項所述之藥物組合,該藥物組合更包含一可塗佈之抗體。
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