TWI689709B - 增強光譜訊號的測試試片及方法 - Google Patents

Abstract

一種增強光譜訊號的測試試片及方法，透過於載片上設置光譜加強層形成的測試試片，於上述測試試片中注入光源，由光譜加強層吸收後並反射，透過光學處理，換算形成第一光譜，另再將待測物放置於上述測試試片上並注入光源，由待測物吸收後並反射，透過光學處理，換算形成第二光譜，將第一光譜與第二光譜進行正規化的方法，顯露僅由待測物所造成的光譜，藉此達到光譜訊號放大的功效。

Description

增強光譜訊號的測試試片及方法

本發明提供一種光譜訊號的測試試片及方法，尤指一種增強光譜訊號的測試試片及方法，透過濾除環境因素的光譜，達到放大待測物光譜的功效。

拉曼光譜或螢光光譜目前都廣泛的應用在材料特性的分析上面，尤其拉曼光譜它可以對於分子的鍵結特性能夠明顯地顯示出其變化，因此拉曼光譜除了應用在材料的分析上面，也可以應用到生醫、生化的分子公正特性的分析，但是由於生醫、生化分子特性，共振所吸收的頻譜，所造成的拉曼光譜的變化通常都非常微弱，同理，螢光光譜所顯示的光譜也是非常微弱。

一般做為螢光光譜或是拉曼光譜，都是利用一個載片(例如：玻璃試片)，上面把待測物(例如：某種組織或是某種材料)塗佈或是披覆在上面，然後由上方注入光源，此光源有雷射光源或是LED光源，穿過待測物，由待測物吸收了上述光源後產生反射光譜，再進入光學處理的路徑當中，最後換算成為螢光光譜或是拉曼光譜，藉由螢光光譜或是拉曼光譜上的波形變化，來判讀該待測物成分或是成分的變化。

參閱圖8為待側物放在使用氮化鎵基板的載片上，直接利用拉曼光譜照射所得到的結果，一般傳統的處理方法是去除基線，去除基線 後的結果如圖8的(c)、(d)兩條線，可發現去除基線後的訊號仍是非常微弱，不易清楚辨識出長波長分子相關訊號，在圖中的底部有多個不同載片訊號均沒有癌症，圖中上方的多個載片訊號是有癌症，然而，無論位於圖片底部或上方的載片訊號均非常的雜散，看不出有任何特徵，因此不容易判斷出差異。

以待測物來說，對於有些組成非常均勻的半導體材料或是介質材料，其訊號非常強，容易檢測得到光譜訊號；但是若待測物為生醫、生化的組織、材料或樣品，檢測出來的光譜訊號較微弱。因此提高特徵訊號的強度及壓抑環境的雜訊，就變成了一個非常重要的事情，根據上述缺失，先前技術仍有改善空間。

本發明揭露一種增強光譜訊號的測試試片，包括一載片及一光譜加強層譜，該光譜加強層設置於該載片上，該光譜加強層與該載片具有不同的光反射係數。

本發明另揭露一種增強光譜訊號的方法，步驟為：A.一載片上設置一光譜加強層，該光譜加強層與該載片有不同的光反射係數，注入光源後由該光譜加強層吸收後並反射，再透過光學處理，換算形成一第一光譜；B.將一待測物放置於該光譜加強層上方，再次注入光源後由該待測物吸收後並反射，再透過光學處理，形成一第二光譜；C.將該第一光譜與該第二光譜進行正規化的方法，濾除該第一光譜所造成的環境因素，顯露並放大僅由該待測物所造成的光譜訊號。

藉由所述測試試片並結合常規化或正規化的方式，將該光譜 加強層原有的特徵訊號加以抑制，接著再將該待側物的訊號加以放大的機制，能放大該待測物的光譜訊號，適合應用於使用通常技藝僅能檢測較弱光譜訊號的生醫、生化組織、材料或樣品中。。

另外，該光譜加強層以蝕刻方式形成長條狀或點狀矩陣，上述形狀都能增強反射的特徵光譜。

10:載片

12:光譜加強層

20:待測物

31:第一光譜

32:第二光譜

圖1為本發明增強光譜訊號的測試試片第一實施例示意圖

圖2為本發明增強光譜訊號的測試試片第二實施例示意圖

圖3為本發明增強光譜訊號的測試試片第三實施例示意圖

圖4為本發明增強光譜訊號方法之方塊示意圖

圖5為本發明未放置待測物於測試試片的實施例

圖6為本發明放置待測物於測試試片的實施例

圖7為本發明經過正規化後的拉曼光譜訊號數值

圖8為習用直接將待側物放置於載片上利用拉曼光譜測試的訊號數值

參閱圖1，本發明揭露一種增強光譜訊號的測試試片，包括一載片10及一光譜加強層12，該光譜加強層12設置於該載片10上，該光譜加強層12與該載片10具有不同的光反射係數，該光譜加強層12的光反射係數高於周圍環境的光反射係數。

參閱圖2，揭露所述測試試片的該光譜加強層12以蝕刻方式形成長條狀，能增加反射的特徵光譜。

參閱圖3所述測試試片的該光譜加強層12以蝕刻方式形成點狀矩陣，點狀矩陣目的同在於增加反射的特徵光譜。

參閱圖4並搭配圖5、圖6，本發明另揭露一種增強光譜訊號的方法，步驟為：

A.一載片10上設置一光譜加強層12，該光譜加強層12為半導體材料或反射入射光源材料，該光譜加強層12與該載片10有不同的光反射係數，注入光源後由該光譜加強層12吸收後並反射，再進入光學處理，換算形成一第一光譜31，該第一光譜31的訊號特徵完全來自於該光譜加強層12的半導體訊號。

B.將一待測物20放置於該光譜加強層12上方，再次注入光源後由該待測物20吸收後並反射，再進入光學處理，形成一第二光譜32，該第二光譜32的訊號特徵由於先經過該待側物20，再照射到該光譜加強層12，因此該光譜加強層12在該第二光譜32中的訊號會比該第一光譜31中的訊號要來的弱。

C.將該第一光譜31與該第二光譜32進行常規化或正規化，即該第一光譜31與該第二光譜32相除後，濾除該第一光譜31所造成的環境因素，顯露並放大僅由該待測物20所造成的光譜訊號，其中該第一光譜31及該第二光譜32可換算為螢光光譜或拉曼光譜。

上述中，正規化的原理係根據將一個A數值除以任何一個趨近於零的B數值，理論上結果會變成無限大的C數值；該第二光譜32具有該待側物20的數值(在此假設為上述A數值)，該第一光譜31沒有該待側物20的數值卻具有背景雜訊值(在此假設為上述B數值)，因此將該 第二光譜32除以該第一光譜31後，會出現被放大的螢光光譜或拉曼光譜(在此假設為上述C數值)，此即為正規化的原理。

接著參閱圖5、圖6為本發明之具體實施例，所述增強光譜訊號的測試試片係由該載片10及該光譜加強層12結合而成，該載片10採用三氧化二鋁(Al2O3)的藍寶石基板，該光譜加強層12採用氮化鎵(GaN)的磊晶層，可透過蝕刻系統把氮化鎵(GaN)磊晶層蝕刻成為長條狀或者是點狀矩陣，接著以雷射光(或LED光)照射氮化鎵(GaN)磊晶層，由氮化鎵(GaN)磊晶層吸收後並反射，再進入光學處理，換算形成該第一光譜31；然後再將該待測物20披覆於氮化鎵(GaN)的磊晶層上方，該待測物20在此使用口腔癌組織細胞，接著以雷射光照射口腔癌組織細胞，由口腔癌組織細胞吸收該雷射光譜後產生反射光譜，再進入光學處理，換算形成該第二光譜32，將該第一光譜31與該第二光譜32正規化，即可形成凸顯出口腔癌組織細胞的特徵光譜。

參閱圖7並搭配圖5、圖6，該光譜加強層12使用氮化鎵(GaN)的磊晶層，先測量該載片10及該光譜加強層12的拉曼訊號做該第一光譜31，接著將該待測物20放置於該光譜加強層12上並測量該第二光譜32，接著將該第二光譜32除以該第一光譜31進行正規化後，其他雜訊均消失了，僅有若干特殊頻譜出現，且上述特殊頻譜出現後，癌症頻譜顯然高於正常頻譜，因此即可判斷出何者為癌症頻譜，何者為正常的頻譜。更詳細的說，由於該載片10及該光譜加強層12上方沒有披覆該待測物20時，它的短波長部分半導體相關訊號是比較強的，當披覆上該待測物20後，就會受到該待測物20訊號衰減，所以會呈現短波長部 分半導體相關訊號比較弱的訊號。相對的，該載片10及該光譜加強層12原來沒有設置該待測物20時，不會出現細胞相關的訊號，一旦披覆上該待測物20時，會凸顯出該待測物20的特徵訊號，當然上述特徵訊號可能很微弱，但是正規化相除的結果，可以想像是一個有一定數值的訊號除以一個非常微小的訊號，這樣的結果特徵訊就可以被放大，反之原來底下跟細胞無關的該第一光譜31訊號，相除之下就會被壓制，這一來一回的結果就會把該第二光譜32的特徵訊號放大，所以得到結果如圖7所示。圖7得到的3個主要峰值均是與細胞相關的訊號，而癌症細胞得到的訊號相對較大，正常細胞得到的訊號相對較小，透過大小進行計算後，即可獲知其他癌症風險。

10:載片

12:光譜加強層

Claims (6)

1. 一種增強光譜訊號的方法，步驟為：A.一載片上設置一光譜加強層，該光譜加強層與該載片有不同的光反射係數，注入光源後由該光譜加強層吸收該光源後並反射，再透過光學處理，換算形成一第一光譜；B.將一待測物放置於該光譜加強層上方，再次注入光源後由該待測物吸收該光源後並反射，再透過光學處理，形成一第二光譜；C.將該第一光譜與該第二光譜進行正規化的方法，濾除該第一光譜所造成的環境因素，顯露並放大僅由該待測物所造成的光譜訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之增強光譜訊號的方法，其中該第一光譜及該第二光譜透過光學處理可換算成螢光光譜或拉曼光譜。
3. 如申請專利範圍第1項所述之增強光譜訊號的方法，其中所述正規化方法為除法。
4. 如申請專利範圍第1項所述之增強光譜訊號的方法，其中該光譜加強層以蝕刻方式形成長條狀或點狀矩陣以增強光反射。
5. 如申請專利範圍第1項所述之增強光譜訊號的方法，其中該光譜加強層的光反射係數高於周圍環境的光反射係數。
6. 如申請專利範圍第1項所述之增強光譜訊號的方法，其中該光譜加強層係為半導體材料或反射入射光源材料。

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