TWI582406B - Surface plasmon resonance measurement system - Google Patents

Description

表面電漿共振量測系統

本發明係關於一種量測系統，其係尤指一種表面電漿共振量測系統。

生物分子相互作用是生命的基礎，任何生物學方面的研究都可以歸納至生物分子交互作用(Biomolecular interaction)的結果。隨著科技日漸發展，生物分子間交互作用的關係讓人們更加深入研究了解生物體系中的結合，不論在動力學、親合力及免疫力識別之研究與基因調控、藥物開發等領域上，都持續不斷的深入分析及探討，其中以光波為媒介進行信號轉換處理的光學量測技術在各個領域上有廣泛的應用。

早期生物醫學領域常用酵素免疫分析法來分析分子親合力，檢測方式需對待測分子標定，過程需要繁複的沖洗手續，導致無法在分析過程中即時得知分子間交互作用機制。相較於酵素免疫分析法，近二十年來，表面電漿共振生物感知器(surface plasmon resonance biosensor, SPR biosensor)，一種利用光學技術設計的生物感測器，其利用特定分子與待測分子在界面間專一性的交互作用，產生界面特性改變的方式，來分析生物分子間的交互作用，優勢在可即時偵測生物分子的交互作用、無須對待測分子進行螢光或放射性物質標定、分析反應時間相當短、對待測環境變化靈敏度高、整體架構簡單，且偵測區與感應區分別在於晶片兩側，除了能避免待測信號光遭到反應槽內的溶液吸收與散射，也可以在混濁或不透光的溶液中(例如血液、尿液)偵測專一性分子間交互作用，因此表面電漿共振生物感知器成為現代生物醫學研究上不可或缺的重要工具。

然而，表面電漿共振生物感知器於量測時，為了提高量測的精準度，因此需要量測不同角度之反射光，而傳統表面電漿共振生物感知器(如中華民國專利公告號I322887)為了量測不同角度之反射光，通常是藉由一旋轉機構在量測反射光時旋轉稜鏡或光源，但此方式會增加整體系統之體積與成本。

因此，本發明針對上述問題提供了一種不需藉由旋轉機構旋轉稜鏡或光源之表面電漿共振量測系統，始可解決上述的問題。

本發明之目的之一，在於提供一種表面電漿共振量測系統，藉由將光源單元之出光面設計為凹弧面，使光源單元入射至感測晶片之偵測區的入射光之入射角有複數角度，而不需藉由旋轉機構旋轉稜鏡或光源單元來產生不同角度的入射光與反射光，以減少整體系統之體積與製造成本。

本發明之目的之一，在於提供一種表面電漿共振量測系統，藉由將偵測器設計為弧形，使偵測器具有相對於各角度之反射光皆為互相垂直之接收面，而不需藉由準直鏡調整反射光為平行光，即可提升量測之精準度，以減少整體系統之體積與製造成本。

為了達到上述所指稱之各目的與功效，本發明揭示了一種表面電漿共振量測系統，其包含：一光源單元，具有一出光面，出光面為一凹弧面該出光面提供一入射光；一稜鏡，具有一入射面、一反射面與一出射面，入射面為弧形並與出光面相對應，且入射光入射至入射面；一感測晶片，設置於反射面，並與至少一待測物接觸，感測晶片與待測物接觸之部分為一偵測區，且入射光透過入射面與反射面入射至偵測區，偵測區將入射光反射為一反射光；以及一偵測器，接收並偵測經出射面出射之反射光；其中，感測晶片經由入射光之照射而產生表面電漿共振現象。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

請一併參閱第1圖，其係為本發明之第一實施例之表面電漿共振量測系統的示意圖。如圖所示，本實施例之表面電漿共振量測系統包含一光源單元10、一稜鏡20、一感測晶片30與一偵測器40。光源單元10具有一出光面101，出光面101提供一入射光103，且出光面101呈弧形，並為一凹弧面。稜鏡20為任意適用於製作稜鏡之透明材質所製成，其具有一入射面201、一反射面203與一出射面205，入射面201呈弧形，並與光源單元10之出光面101相對應，光源單元10之出光面101貼附於入射面201，入射光103入射至入射面201。感測晶片30設置於稜鏡20之反射面203下方，並與至少一待測物50接觸，感測晶片30與待測物50接觸之部分為一偵測區301，且入射光103透過入射面201而入射至反射面203，接著入射至偵測區301，偵測區301則將入射光103反射為反射光105，反射光105經過出射面205而傳送至偵測器40。偵測器40接收並偵測經出射面205出射之反射光105。

本實施例之感測晶片30包含一金屬薄膜303。金屬薄膜303設置於稜鏡20之反射面203的下方，其材質較佳為金或銀，而其厚度較佳選擇為40至50奈米之間，金屬薄膜303可藉由蒸鍍或其他本領域所熟知之方式設置於反射面203，且金屬薄膜303直接與待測物50接觸，其與待測物50接觸之部分受待測物50之影響會改變表面電漿共振特性，而形成偵測區301，並藉由偵測該偵測區301反射之反射光105，以量測待測物50所產生的表面電漿共振特性，即可量測出各種待測物50，其中待測物50亦可為空氣。

由於本發明之光源單元10之出光面101設計為凹弧面，所以光源單元10入射至偵測區301之入射光103的入射角有複數角度，且該些角度各不相同，即偵測區301所反射之反射光105亦相對於所入射之各入射角之入射光103，因此本發明於量測時，不需藉由一個旋轉機構來旋轉稜鏡或光源來產生不同角度的入射光與反射光，以減少整體系統之體積與製造成本。

此外，本實施例之表面電漿共振量測系統更包含一微流道層60。微流道層60設置於感測晶片30之金屬薄膜303的下方，而微流道層60與金屬薄膜303接觸之部分形成有至少一微流道601，此微流道601用於容置待測物50，並使待測物50直接接觸金屬薄膜303，以形成偵測區301，但本發明設置待測物50之方式並不以此微流道層60為限，亦可為其他方式。

本實施例之表面電漿共振量測系統更可包含一準直鏡(圖中未示)，並將其設置於稜鏡20之第一出射面205與偵測器40之間，用以將反射光105的光線調整為平行光後傳送至偵測器40，以提高量測之精準度。但由於準直鏡並非為本發明之技術重點，且其原理為本領域之技術人員所熟知，因此並未繪示於圖中，且不多加詳述。

復參閱第1圖，由於光源單元10之出光面101為凹弧面，因此光源單元10較佳為具有可撓性之光源單元，例如為一可撓性有機發光二極體( Organic Light Emitting Diode)光源，如此，可直接將光源單元10之出光面101貼附於弧形之入射面201，以創造出弧形的出光面101，但本發明並不以此為限，光源單元10亦可不具有可撓性，而是直接將光源單元10之出光面101設計為對應入射面201之凹弧面。

再者，本發明之稜鏡20之入射面201較佳設計為圓心角90度的圓弧，但本發明不以此為限，其亦可為其他種類之弧形。而光源單元10之出光面101的涵蓋位置則可依所需之入射光103的入射角範圍而設計，例如第1圖所示為需要入射角介於30度至60度之入射光103的設置方式，所以出光面101僅需涵蓋稜鏡20之入射面201中段三分之一的部分，即可產生入射角介於30度至60度之入射光103。

請一併參閱第2圖，其係為本發明之第一實施例之表面電漿共振曲線圖。第2圖顯示偵測器40所偵測到反射光105之光強度-入射角的曲線圖，曲線A對應第1圖中入射角為30度之入射光103，曲線B對應第1圖中入射角為60度之入射光103。

請參閱第3圖，其係為本發明之第二實施例之表面電漿共振量測系統的示意圖。本實施例與第一實施例之差異在於偵測器40與稜鏡20之出射面205的部分，其餘則相同而不再詳述。如圖所示，本實施例之稜鏡20之出射面205相同於入射面201，亦為圓心角90度的圓弧，且出射面205與入射面201形成一扇形，而偵測器40亦為弧形，並貼附於出射面205。

由於，本實施例之偵測器40為弧形，因此偵測器40具有相對於各角度之反射光105皆為互相垂直之接收面，即相對於弧形之偵測器40的各接收面，由偵測區301反射出之各角度的反射光105皆為平行光，因此本實施例不需再藉由準直鏡將反射光105調整為平行光，即可提升量測之精準度，因此可減少整體系統之體積與製造成本。

請參閱第4圖，其係為本發明之第三實施例之表面電漿共振量測系統的示意圖。如圖所示，本實施例相較於第二實施例而更包含一偏光膜70，偏光膜70設置於光源單元10之出光面101與稜鏡20之入射面201之間，其可貼附於出光面101或入射面201，入射光103透過偏光膜70入射至入射面201，藉此以調整入射光103之偏振角度。

偏光膜70之厚度較佳選擇為小於0.2毫米(mm)，偏光膜70與一般偏光片原理相同，也就是將入射光之偏振角度調整為產生表面電漿現象所需之橫向磁波(Transverse Magnetic Wave，TM Wave)，此外，偏光膜70亦可為一反射式偏光增亮膜(DBEF)，其效率更高於一般偏光片，而其原理並非用於限定本發明，且為本領域之技術人員所熟知，因此不多加詳述。

此外，本發明更可於出光面101與偏光膜70之間設置一增亮膜(圖中未示)，以增加入射光之集中度與正視角亮度，增亮膜之設置方式可為貼附於出光面101及/或偏光膜70，但由於增亮膜並非為本發明之技術重點，且其原理為本領域之技術人員所熟知，因此不多加詳述。

請參閱第5圖，其係為本發明之第四實施例之表面電漿共振量測系統之示意圖。如圖所示，本實施例與第三實施例之差異在於偏光膜70之設置位置，本實施例之偏光膜70設置於稜鏡20之出射面205與偵測器40之間，其可貼附於出射面205，反射光105透過偏光膜70而出射至偵測器40，所以偏光膜70可調整反射光105之偏振角度為橫向磁波TM，使偵測器40所偵測到之光皆為橫向磁波TM，因此偵測器40不會偵測到不需要之光，也就是所謂的雜訊，而偏光膜70如同第三實施例其亦可為反射式偏光增亮膜。

綜上所述，本發明之表面電漿共振量測系統藉由將光源單元之出光面設計為凹弧面，使光源單元入射至感測晶片之偵測區的入射光之入射角有複數角度，而不需藉由旋轉機構旋轉稜鏡或光源單元來產生不同角度的入射光與反射光。且本發明更藉由將偵測器設計為弧形，使偵測器具有相對於各角度之反射光皆為互相垂直之接收面，而不需藉由準直鏡調整反射光為平行光，即可提升量測之精準度。如此，本發明藉由上述方式可減少整體系統之體積與製造成本。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈　鈞局早日賜准專利，至感為禱。

10‧‧‧光源單元

101‧‧‧出光面

103‧‧‧入射光

105‧‧‧反射光

20‧‧‧稜鏡

201‧‧‧入射面

203‧‧‧反射面

205‧‧‧出射面

30‧‧‧感測晶片

301‧‧‧偵測區

303‧‧‧金屬薄膜

40‧‧‧偵測器

50‧‧‧待測物

60‧‧‧微流道層

601‧‧‧微流道

70‧‧‧偏光膜

A‧‧‧曲線

B‧‧‧曲線

第1圖為本發明之第一實施例之表面電漿共振量測系統的示意圖； 第2圖為本發明之第一實施例之表面電漿共振曲線圖； 第3圖為本發明之第二實施例之表面電漿共振量測系統的示意圖； 第4圖為本發明之第三實施例之表面電漿共振量測系統的示意圖；以及 第5圖為本發明之第四實施例之表面電漿共振量測系統的示意圖。

10‧‧‧光源單元

101‧‧‧出光面

103‧‧‧入射光

105‧‧‧反射光

20‧‧‧稜鏡

201‧‧‧入射面

203‧‧‧反射面

205‧‧‧出射面

30‧‧‧感測晶片

301‧‧‧偵測區

303‧‧‧金屬薄膜

40‧‧‧偵測器

50‧‧‧待測物

60‧‧‧微流道層

601‧‧‧微流道

Claims (12)

1. 一種表面電漿共振量測系統，其包含：一光源單元，具有一出光面，該出光面為一凹弧面，該出光面提供一入射光；一稜鏡，具有一入射面、一反射面與一出射面，該入射面為弧形並與該出光面相對應，且該入射光入射至該入射面；一感測晶片，設置於該反射面，並與至少一待測物接觸，該感測晶片與該待測物接觸之部分為一偵測區，且該入射光透過該入射面與該反射面入射至該偵測區，該偵測區將該入射光反射為一反射光；以及一偵測器，接收並偵測經該出射面出射之該反射光，其中該偵測器係位於稜鏡外測並相接觸，且該偵測器具有相對於各角度之反射光皆為互相垂直之接收面，不需藉由準直鏡調整反射光為平行光，即可提升量測之精準度；其中，該感測晶片經由該入射光之照射而產生表面電漿共振現象。
2. 如申請專利範圍第1項所述之表面電漿共振量測系統，其中該光源單元為一具有可撓性。
3. 如申請專利範圍第1項所述之表面電漿共振量測系統，其中該光源單元為一可撓性有機發光二極體光源。
4. 如申請專利範圍第1項所述之表面電漿共振量測系統，其中入射至該偵測區之該入射光具有複數入射角。
5. 如申請專利範圍第1項所述之表面電漿共振量測系統，其中該出射面為弧形。
6. 如申請專利範圍第5項所述之表面電漿共振量測系統，其中該偵測器為弧形，並對應設置於該出射面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之表面電漿共振量測系統，其更包含： 一偏光膜，設置於一有機發光二極體之該出光面與該入射面之間，用以調整該入射光之偏振角度。
8. 如申請專利範圍第7項所述之表面電漿共振量測系統，其中該偏光膜貼附於該出光面或該入射面。
9. 如申請專利範圍第7項所述之表面電漿共振量測系統，其中該偏光膜為一反射式偏光增亮膜。
10. 如申請專利範圍第1項所述之表面電漿共振量測系統，其更包含：一偏光膜，設置於該出射面與該偵測器之間，用以調整該反射光之偏振角度。
11. 如申請專利範圍第1項所述之表面電漿共振量測系統，其中該感測晶片包含：一金屬薄膜，貼合於該稜鏡之該反射面，且該金屬薄膜與該待測物接觸，形成該偵測區。
12. 如申請專利範圍第1項所述之表面電漿共振量測系統，其更包含：一微流道層，設置於該感測晶片，該微流道層與該感測晶片接觸之一側具有至少一微流道，該微流道容置該待測物，而該感測晶片與該待測物接觸之部分形成該偵測區。