TWI806017B - 複合層析紙及製備複合層析紙於表面增強拉曼散射檢測之方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種製備複合層析紙於表面增強拉曼散射檢測之方法，包含：提供一氧化石墨烯-奈米纖維紙複合物；提供一貴金屬奈米粒子；及合成一貴金屬奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維複合層析紙；其中，該貴金屬奈米粒子、該氧化石墨烯及該奈米纖維紙之重量百分比例為1：2：200。

Description

複合層析紙及製備複合層析紙於表面增強拉曼散射檢測 之方法

本發明係關於一種製備複合層析紙之方法；更特別地，本發明係關於一種應用於表面增強拉曼散射技術之製備複合層析紙之方法。

纖維素是地球上最普遍、含量最多的有機聚合物，由幾百至幾千個β(1→4)連接的D-葡萄糖單元的糖苷鍵組成的多醣，將纖維素製備成奈米微晶纖維素最常使用的為礦質酸(硫酸、磷酸或鹽酸)水解纖維素，一般可獲寬度約5~20nm，長度約100~500nm的高結晶度纖維素，稱為奈米微晶纖維素(cellulose nanocrystalline；CNC)，以及使用TEMPO(2,2,6,6-tetramethylepiperidin-1-oxyl)氧化法得到之奈米纖維素(TEMPO oxidized cellulose nanofibers；TOCNs)。

奈米纖維紙可作為複合材料，因其具有極佳的物理特性與接近完美的晶體、極大的比表面積、甚密接的距離、極高挺度與強度、以及高長徑比，使之在濾紙薄膜層析法、創新的塗布劑與造紙填料等應用極具潛力，而纖維素作為薄膜層析法的主要基材，至今已成為分離化合物最有利的工具，除了提供成千上萬的有機化合物的分離之外，還提供了定性鑑 定及定量分析的數據，層析法具有微量、快速、簡便、安全及高效率等優點。

近年國內食安問題屢屢成為媒體焦點，例如：食品含違法毒物、工業化合物、違法使用食品添加物及輸入原料農藥殘留管理，突顯我國農用檢驗產品的市場潛力及食品檢驗的重要性，而目前市售檢測試紙(劑)價格昂貴以至於無法普及於農民業者，因此本研究開發出金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維紙，藉由調控氧化石墨烯奈米片及奈米纖維對於待測物之分離能力，先將待測物有效的層析分離，再針對不同的層析分子待測物，做一詳盡的表面增強拉曼光譜檢測，並改善表面增強拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering；SERS)技術在同時對多種分子進行檢測時難以分辨個別分子之特徵峰的瓶頸，在未來可望解決生醫臨床或是工廠廢水之樣品前處理曠日廢時的缺點。

要將SERS技術廣泛應用生醫及環境水質檢測，如何快速有效地將待測物捕捉及分離於SERS基板上將是一個重要的關鍵。在過去的研究中將胜肽醣-萬古黴素覆蓋於表面增強拉曼散射(SERS)晶片上，利用萬古黴素對於微生物之吸附力，可將環境或臨床檢體中(如：汗液、淚液、唾液、尿液、血液或水中)的微生物捕捉於晶片上，並同時得到SERS訊號來加以判斷為何種微生物，以達到快速篩檢之目的。此項技術已經成功證實可以在極稀薄的菌液(ultralow bacteria concentration)中兼具捕捉細菌及偵測拉曼光譜訊號之功能。另一方面，亦有先前技術成功地將貴金屬(金或銀奈米粒子)成長於可撓式二維材料(氧化石墨烯片，二硫化鉬奈米片及奈米矽片)上。

在上述背景說明段落中所揭露之內容，僅為增進對本發明之背景技術的瞭解，因此，上述之內容含有不構成阻礙本發明之先前技術，且應為本領域習知技藝者所熟知。

緣此，本發明將奈米纖維紙製品導入貴金屬奈米粒子及氧化石墨烯作為一生醫檢測試紙，將奈米纖維當作底材，本發明可調整氧化石墨烯-纖維紙的孔隙度及表面極性，進而可控制待測物之篩選及層析能力。另一方面，纖維紙製品中加入貴金屬奈米粒子，使此氧化石墨烯-纖維紙具有表面增強拉曼散射(SERS)檢測能力，藉由待測分子不同的極性、分子量大小導致在金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維紙(AuNPs@GO@TOCNs)中層析速率不同，因而分層，接著使用SERS技術來做檢測，可作為新興的生醫快篩檢測試紙(例如：水中污染物、生物分子、細菌檢測等)。

另一方面，本發明進一步將貴金屬奈米粒子試著成長於氧化石墨烯-奈米纖維紙上，藉由調控氧化石墨烯奈米片及奈米纖維對於待測物之分離能力，先將待測物有效的層析分離，再針對不同的層析分子待測物，做一詳盡的SERS檢測，可望解決生醫臨床或是工廠廢水之樣品前處理曠日廢時的缺點。

本實驗利用纖維素純化技術，純化針葉纖維素，以TEMPO(2,2,6,6-tetramethylepiperidin-1-oxyl)/NaBr/NaClO氧化纖維素中的羥基，引入羧基及醛基，將其纖維素奈米化，改質過後的奈米纖維(TOCNs)，透過XRD繞射分析顯示TOCNs保有纖維素原本結晶度及完整性。在實驗中，添加氧化石墨烯(GO)於TOCNs中，GO特殊的苯環結構有助於增強拉曼光譜訊號，並能增加紙製品的機械強力(約7-8倍)，製作出具高延展性之 紙製品(GO@TOCNs)。隨後將金奈米粒子(AuNPs)導入GO@TOCNs複合紙表面，使AuNPs@GO@TOCNs複合紙具有表面增強拉曼(surface-enhance Raman scattering；SERS)檢測能力及層析能力，藉由調控TOCNs及GO的比例，可將待測物有效層析分離。本次實驗之檢測分子為羅丹明6G(Rhodamine 6G)及直接藍(Direct blue)，透過AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙初步層析分離，再使用SERS技術來做檢測，其最低檢測濃度<10^-7M，作為新興的生醫快篩檢測試紙，未來可用於民生、環保及生醫產業上(例如：水中污染物、生物分子、細菌檢測等)。

具體而言，本發明提供一種製備複合層析紙於表面增強拉曼散射檢測之方法，包含：提供一氧化石墨烯-奈米纖維紙複合物；提供一貴金屬奈米粒子；及合成一貴金屬奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維複合層析紙；其中，該貴金屬奈米粒子、該氧化石墨烯及該奈米纖維紙之重量百分比例為1：2：200。

在某些具體實施例中，該複合層析紙係透過表面增強拉曼散射檢測一待測物。

在某些具體實施例中，該複合層析紙係用於檢測的該待測物濃度最低達10^-7M以下。

在某些具體實施例中，該複合層析紙係用於檢測的該待測物濃度達10ppb。

在某些具體實施例中，該複合層析紙係用於檢測一種成分或多種成分之該待測物。

在某些具體實施例中，該奈米纖維紙係透過四甲基哌啶氧化物將纖維素中C6的羥基氧化為羧基，再將該纖維素剪切為一奈米尺寸纖維素。

本發明另提供一種複合層析紙，其係利用上述方法所製備。

本發明一個或一個以上實施例的細節將於所附圖式和以下描述中予以闡述。根據這些描述和圖式和申請專利範圍，將可容易地瞭解本發明的技術特徵、目的和優點。同時，為了讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明。

經由詳細描述和附圖，將僅對本發明的實施例的附圖進行更全面的理解；因此，以下附圖僅用於解釋本發明實施例，並不限制本發明之申請專利範圍；圖1係本發明之AuNPs@TOCNs與AuNPs@GO@TOCNs檢測10^-4M R6G之SERS光譜比較圖；圖2係本發明之金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維素複合層析紙(AuNPs@GO@TOCNs)之SEM照片；圖3係本發明之不同濃度之金奈米粒子還原於氧化石墨烯-奈米纖維素複合層析紙表面之SEM照片(a)1mM(b)2mM(c)3mM(d)4mM；圖4係本發明之不同濃度之金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維素複合層析紙檢測10^-4M R6G之SERS光譜；圖5係本發明之TOCNs、GO以及TB、DB、R6G、MG等四種染料之Zeta potential電性量測；圖6係本發明之AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙應用於R6G、DB(濃度均為10^-3M)之拉曼光譜檢測示意圖；圖7係本發明之AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙檢測不同濃度之R6G，最低偵測濃度為10^-6M； 圖8係本發明之AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙檢測不同濃度之DB，最低偵測濃度為10^-6M；圖9係本發明之AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙應用於R6G、TB(濃度均為10^-3M)之拉曼光譜檢測示意圖；圖10係一般市售對照組之(a)市售孔雀石綠檢測試紙(b)孔雀石綠檢測試紙判讀方法(c)孔雀石綠檢測試紙最低測得濃度為10ppb；及圖11及圖12係本發明之AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙檢測不同濃度孔雀石綠之SERS光譜，最低檢測濃度可達10ppb。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

本發明之優點及特徵以及達到其方法將參照例示性實施例及附圖進行更詳細地描述而更容易理解。然而，本發明可以不同形式來實現且不應該被理解僅限於此處所陳述的實施例。相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的此些實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。在圖中，元件的尺寸及相對尺寸為了清晰易懂而以誇示方法表示。整篇說明書中，某些不同的元件符號可以是相同的元件。如後文中所使用的，術語”及/或”包含任何及所有一或多相關所列物件的組合。

除非另外定義，所有使用於本文的術語(包含科技及科學術語)具有與本發明所屬該領域的技術人士一般所理解相同的意思。將更可理 解的是，例如於一般所使用的字典所定義的那些術語應被理解為具有與相關領域的意義一致的意思，且除非明顯地定義於本文，將不以過度正式的意思理解。

除非本文另外清楚地指出，單數形式”一”、”至少一”與”該”用於本文中亦可包含複數個指涉物。如本文中所使用的，術語”及/或”包含任何及所有一或多相關所列物件的組合。

以下將配合圖式詳細敘述例示實施例。然而，這些實施例可以包含於不同的形式中，且不應被解釋為用以限制本發明之申請專利範圍。這些實施例之提供使得本發明之揭露完整與明暸，熟知此技術之人將能經由該些實施例了解本發明之範疇。

以下將結合具體實施例對本實用發明的具體技術方案作進一步清楚、完整地說明。

《材料與原理方法》 實驗材料

1.纖維素(Cellulose~99%)，購自CFF GMBH & Co.KG；2.溴化鈉(Sodium bromide

99.99%)，購自Sigma-Aldrich；3.四甲基哌啶氧化物(2,2,6,6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl，TEMPO)，購自Sigma-Aldrich；4.次氯酸鈉(Sodium hypochlorite solution)，購自Sigma-Aldrich；5.氫氧化鈉(Sodium hydroxide Pellets)，購自Shimakyu’s Pure Chemicals；6.硼氫化鈉(Sodium borohydride，NaBH₄≧98.0%)，購自Aldrich；7.石墨(Graphite、Powder<20μm，synthetic)，購自Aldrich；8.硫酸(Sulfuric acid，H₂SO₄ 96.5%)，購自Baker；9.發煙硝酸(Fuming nitric acid，HNO₃≧99.5%)，購自Sigma-Aldrich；10. 過錳酸鉀(Potassium permanganate，KMnO₄)，購自Baker；11.過氧化氫(Hydrogen peroxide，H₂O_2(aq)35%)，購自Acros；12.鹽酸(Hydrochloric acid，HCl_(aq)37%)，購自Scharlau；13.檸檬酸鈉(Na₃Ct˙2H₂O≧99.5%)(Sodium citrate dihydrate，HOC(COONa)(CH₂COONa)₂˙2H₂O)，購自Sigma-Aldrich；14.四氯金酸(HAuCl₄˙3H₂O 99%)，Hydrogen tetrachloroaurate(III)trihydrate，購自Sigma-Aldrich；15.硝酸(Nitric acid，HNO_3(aq)69%)，購自Panreac；16.矽油(Silicone Oil)，購自Choneye pure chemical；17.孔雀石綠(Malachite Green chloride，購自Sigma-Aldrich；18.直接藍染料(Direct blue)；19.羅丹明6G(Rhodamine 6G)。

實驗設備

1.X光繞射儀(X-ray Diffractometer，D2 PHASER-X-ray Powder Diffraction on a desktop；購自Bruker)；2.傅立葉紅外線光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectrometer FTS-1000；購自Digilab)；4.穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy，TEM H-7650，購自Hitachi)；5.萬能拉力試驗機(Tensilon，購自Orientec RTA-1T)；6.表面拉曼光譜儀(Surface-Enhanced Raman Spectrophotometer HR800，購自Horiba)；7.酸鹼值測定機(pH meter UB-10；購自Denver)；8.高速泛用冷凍離心機(Centrifuge HERMLE-Z323K；購自Hermle Labortechnik)；9.迴流系統(Reflux system 5cm蛇型冷凝管、矽膠管、250mL三頸圓底反應瓶；購自Scotte)；10.精密控溫型加熱攪拌器(Super-Nuova digital stirring hotplates SP131825；購自Thermo Scientific Incorporation)；11.去離子水製造機(Water deionization systems EASYPpure® Barnstead D7032；購自Thermo Scientific Incorporation)；12.微量電子天秤(Microbalance SI-234；購自Denver)；13.真空幫浦(Vacuum pump G-50DA；購自ULVAC)；14.真空烘箱(Vacuum drying oven VR-320；購自Advantec)；15.層流操作台(Laminar hood CLASS II TYPE A/B3；購自Nuaire)。

奈米纖維素製備

此部分係參考習知技術文獻，所屬技術領域通常知識者參考過去文獻皆可自行製備。此方法的原理是先將纖維素加入NaOH水溶液，再以催化劑TEMPO(2,2,6,6-Tetramethylpiperidine-1-oxyl)在鹼性條件下以NaClO來氧化纖維素C6結構上之-OH為-COOH，在靜電斥力下以機械法(超聲波粉碎)將纖維素纖維(fibers)中的微纖維(microfibrils)剪切為奈米纖維(nanofibrils)。

奈米纖維素的製備方法如下：(1)取纖維素1g溶於100mL去離子水中；(2)取TEMPO 0.016g以及NaBr 0.1g加入上述溶液中以攪拌機持續攪拌10分鐘；(3)取NaClO 5mmol加入上述溶液中並持續攪拌72小時；(4)使用HCl 0.1M之濃度滴定上述溶液至pH 10；(5)將上述溶液以超聲波粉碎1小時，即可得到TEMPO氧化之奈米纖維溶液；(6)最後將奈米纖維溶液反覆離心，去除未反應物以及上清液，並加入等比例之去離子水直至pH值接近中性。

氧化石墨烯合成

氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)製備方法係利用改良Hummers法，主要原理是將石墨加入過錳酸鉀、濃硫酸和濃硝酸的混合液 進行氧化反應後，其表面會鍵結出許多氧化官能基，這些氧化官能基具有親水性質，因此在水溶液中，由於親水作用力以及表面帶負電之靜電排斥力，使得石墨能克服層與層之間的凡得瓦力以達到脫層的效果。

氧化石墨烯合成步驟如下：(1)將1.0g石墨粉末加入36mL濃硫酸中，並於抽風櫃中以攪拌子攪拌1小時；(2)在冰浴狀態之下並且持續攪拌溶液，緩慢滴入12mL發煙硝酸後再緩慢加入5g過錳酸鉀；(3)室溫之下持續攪拌120小時；(4)緩慢加入120mL去離子水並且攪拌2小時；(5)加入6mL過氧化氫水溶液後攪拌2小時，再放置24小時；(6)移除上層澄清溶液，再加入200mL去離子水、1mL過氧化氫水溶液和1mL鹽酸後攪拌2小時，並放入離心機中離心；(7)重複步驟(6)3次；(8)以去離子水將固體清洗至溶液pH值接近中性為止；(9)搜集固體後，放入真空烘箱以40℃乾燥48小時，此為氧化石墨烯粉末；(10)石墨烯固體粉末回溶於去離子水後，以超音波震盪使之平均分散，由介面電位分析儀測定其表面電荷。

氧化石墨烯-奈米纖維紙製備

此原理主要是利用抄紙設備(TAPPI國際標準型圓型抄紙機)，將氧化石墨烯-奈米纖維素漿料一同倒入抄紙機內，進行抄紙過程，壓平烘乾後即成為一表面平整之紙製品。

氧化石墨烯-奈米纖維紙製備步驟如下：(1)將氧化石墨烯及奈米纖維素漿料均勻混合加入紙漿槽；(2)開啟抄紙機之進水閥並啟動吹氣再次確保漿料均勻分散於水中；(3)開啟抄紙機之排水閥使漿料吸附於抄紙網上；(4)蓋上SUS304壓板後，開啟空氣閥吹氣3~5次確保水分排除；(5)將濕紙匹置入模具後放入約60℃烘箱乾燥。

金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維複合層析紙合成

本發明採用Natan改良的檸檬酸鈉熱還原法來製備金奈米粒子(AuNPs)於氧化石墨烯-奈米纖維紙匹上，首先將四氯金酸與硝酸銀均勻混合後，氧化石墨烯-奈米纖維紙匹浸泡至上述混合溶液中，待纖維表面吸附AuNPs的前驅物後，將熱還原劑-檸檬酸鈉滴上紙匹表面，放入80℃烘箱乾燥，使用檸檬酸鈉熱還原法其目的是為了合成出粒徑約20nm的AuNPs，以利後續檢測

金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維複合層析紙合成方法如下：(1)配置0.5wt%四氯金酸水溶液10mL，溶液顏色為淺黃色透明澄清溶液；(2)配置0.1wt%硝酸銀水溶液10mL；(3)配置1wt%檸檬酸鈉水溶液10mL；(4)將0.2mL硝酸銀水溶液加入上述四氯金酸水溶液中，待完全混合；(5)將氧化石墨烯-奈米纖維素紙匹浸泡至上述溶液1分鐘，待纖維紙表面均勻吸附，將紙匹取出；(6)將氧化石墨烯-奈米纖維素紙匹滴上檸檬酸鈉水溶液，隨後放入80℃烘箱使其還原金奈米粒子於紙匹上。

須注意的是，本發明會使用金奈米粒子，主要是欲產生之定域性表面電漿共振(LSPR)效應來增強拉曼訊號的強度，故能夠達成上述目的之奈米金屬粒子(例如：金、銀等貴金屬奈米粒子)，皆可應用於本發明，並不限制於金奈米粒子。

其中，本案的奈米金屬粒子、氧化石墨烯、奈米纖維紙的重量比例範圍約為1：2：200；其計算方式為：(1)氧化石墨烯/奈米纖維紙製備一片(半徑8cm之圓形)需5g，其中含量1wt% GO，一片圓形紙匹約可切25片試紙，一片試紙為0.2g(0.002 GO+0.198g奈米纖維紙)；(2)奈米金屬粒子添加1mL(3mM)=0.001g，氧化石墨烯的添加不僅能增加層析紙之機械性質，也能增加SERS訊號的強度，機制來自於氧化石墨烯苯環的共 振，氧化石墨烯也易於分子的吸附，並有效的降低分子之螢光背景，以利SERS檢測。但添加過多的GO也會造成試紙的脆裂，因此比例的調控對於層析試紙的效果有非常大的關係，此比例非所屬技術領域通常知識者參酌先前技術文獻可輕易完成之特徵。

表面增強拉曼散射光譜實驗

表面增強拉曼散射(SERS)光譜主要原理為應用金或銀等奈米粒子產生之定域性表面電漿共振(LSPR)效應來增強拉曼訊號的強度，因此，為了有較靈敏的SERS效應及穩定性，須將金奈米粒子平均分散於載台上，且金屬粒子之間必須相當靠近(<10nm)，這樣的條件將具有較高的電磁場增強效應，也就是熱點效應(hot junction effect)，可增加生物分子的偵測極限及靈敏度。

此部分的實驗需先將待測分子於層析紙上進行分離，主要是將直接藍染料(Direct Blue)與羅丹明6G(Rhodamine 6G)均勻混合後，使用毛細管將混和溶液點於層析紙上，隨後放入適當比例之展開液，利用展開液及分子不同的極性將其分離。試片製備步驟如下：(1)配置不同濃度(10^-3M~10^-6M)之Direct blue及R6G分子並將兩種分子均勻混合；(2)配置展開液：使用甲醇及己烷，其比例為1：9；(3)將步驟(1)配置好的Direct Blue/R6G混和溶液，利用毛細玻璃管點於層析紙之起始點(層析紙尺寸長*寬為4*1cm²)；(4)將層析紙靜置展開液中，待分子分離；(5)將層析紙從展開液中取出，待乾燥後進行SERS檢測。

拉曼光譜使用步驟如下：(1)開啟SERS主機與632.8nm的He-Ne雷射，確認機器內液態氮是否充足，若否則需補充，之後再校正機器；(2)載入試片，確認入射光源通過欲觀測的點；(3)於觀測的點上對焦 清楚後，找尋欲偵測的標的，再次對焦清楚後，掃瞄其300~2000cm-1拉曼光譜(Raman spectra)，並觀測各分子之特徵峰的變化。

《結果與討論》 金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維素複合層析紙

在金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維素複合層析紙(AuNPs@GO@TOCNs)中，本發明藉由調控氧化石墨烯奈米片及奈米纖維素比例，以便將待測物有效的層析分離。

而氧化石墨烯的添加不僅能增加層析紙之機械性質，也能增加SERS訊號的強度，機制來自於氧化石墨烯苯環的共振，氧化石墨烯也易於分子的吸附，並有效的降低分子之螢光背景，以利SERS檢測。

由圖1可看出複合層析紙在添加氧化石墨烯後進行SERS檢測，訊號有明顯的增強。(以10^-4M R6G做為標的物)

在金奈米粒子改質表面之部分，本實施例使用Natan改良的檸檬酸鈉熱還原法來製備AuNPs，因纖維具有毛細現象，在還原金奈米粒子時必須待纖維表面均勻吸附還原劑後再進行還原，因此選用溫度需高於70℃之熱還原劑-檸檬酸納進行反應，圖2為AuNPs@GO@TOCNs表面之SEM照片，可以看出金奈米粒子還原於纖維表面，尺寸約為20nm。

本發明為了控制金奈米粒子所帶來的熱點效應，故採用四個不同濃度之四氯金酸添加量，分別為1mM、2mM、3mM、4mM，於圖3可以觀察到隨著四氯金酸的濃度增加，金奈米粒子還原於氧化石墨烯-奈米纖維素複合層析紙表面的數量也越多，其中圖3(c)可見，3mM為最佳濃度，金奈米粒子均勻分布於表面，而濃度增加至4mM時，可看出金奈米粒子嚴重聚集於層析紙表面。

此外，本發明以不同濃度的金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維素層析紙檢測10^-4M R6G染料，由圖4的SERS光譜中可以看出濃度3mM之層析紙有較好的SERS放大效果，可與圖2之SEM照片相互印證。

金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維複合層析紙之SERS檢測

AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙應用於汙染物染料之分離，本次實驗使用Rhodamine 6G(R6G)、Direct Blue(DB)、Toluidine Blue(TB)以及Malachite Green(MG)等四種染料分子，在本實施例中將待測分子分為R6G/DB以及R6G/TB兩組進行分離檢測，而MG則為與市售檢測試紙之比較的標的物。

本實施例首先將四種染料以界達電位(Zeta potential)進行電性的量測，由界達電位可以觀察出TB帶正電、DB及R6G均為負電、MG則為電中性，如圖5所示。

實驗設計上，本實施例將AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙分為四個部分，以拉曼光譜儀測量並得到其分子光譜訊號，由原點開始(1、2、3、4)四個部分分別為(DB、SERS基板訊號、SERS基板訊號、R6G)，因此可以證明染料在經過展開液展開後，由圖6可明顯看出兩種染料(R6G、DB)層析分離之情形，由此結果預計未來可將AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙應用於尿毒症(uremia)病人的血清分離及快速篩檢。

作為一檢測試紙，速度、選擇性、靈敏度是非常重要的三個議題，因此本實施例以AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙測量不同濃度之R6G及DB。如圖7所示，R6G之最低偵測濃度為10^-6M，如圖8所示，DB之最低偵測濃度為10^-6M。但本實施例之最低偵測濃度僅為例示性，非為限制性，更低濃度之待測物亦應可用本實施例的方式實施。

而R6G/TB的組別，本實施例檢測濃度同樣為10^-3M，如上述方法得到之實驗結果如圖9，TB以及R6G能夠被分離並檢測。

另一方面亦比較了國內公司所販售的快篩試紙以及本發明開發出的AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙，在實驗中以常見的水質殺菌劑-孔雀石綠(Malachite green)作為檢測分子，國內公司的快篩試紙最低測得濃度為10ppb(如圖10所示)，價格為225元新台幣/片，只能判讀有無測得分子並無法精準得知實際測得濃度，而目前市售的快篩試紙只能針對單一種分子進行檢測，無法使用同一試紙進行不同分子的篩檢，相比本發明開發出的生醫層析檢測試紙目前最低偵測極限的濃度為10ppb(如圖11及圖12所示，圖12為將圖11中的1ppb及10ppb放大10倍之SERS光譜訊號，1300cm^-1及1600cm^-1兩大特徵峰為氧化石墨烯的訊號，故1ppb沒有訊號)，與市售檢測試靈敏度相符，但利用SERS光譜可以精準得知待測分子之濃度，更能藉由拉曼光譜對於分子的專一性，判斷多種成分之混合汙染物，值得注意的是AuNPs@GO@TOCNs複合層析紙成本約為2元新台幣/片，相比國內外相關SERS或孔雀石綠檢測試紙，動輒200-3000元新台幣/片，成本減少很多，且也不失檢測靈敏度及穩定度。

《結論》

本發明利用TEMPO氧化法在鹼性條件下以NaClO來氧化纖維素C6結構上之-OH為-COOH，在靜電斥力下以超聲波粉碎法，將纖維素纖維中的微纖維剪切為寬度約5~20nm，長度則100~500nm的奈米等級之纖維素(TOCNs)。

擁有高比表面積特性的TOCNs有利於乘載貴金屬奈米粒子，因此本發明還原HAuCl₄於氧化石墨烯-奈米纖維素複合紙 (GO@TOCNs)表面，製備出AuNPs@GO@TOCNs複合紙，並將AuNPs@GO@TOCNs結合層析以及SERS技術，針對TB、DB、R6G以及MG等不同分子進行層析分離，並做一詳盡的SERS檢測，目前最低檢測生物及環境分子濃度(LOD)，小於10^-7M。

另一方面，本發明也比較了市售檢測試紙，AuNPs@GO@TOCNs複合紙目前最低測得濃度為10ppb，與市售檢測試靈敏度相符，但利用SERS光譜可以精準得知待測分子之濃度，更能藉由拉曼光譜對於分子的專一性，判斷多種成分之混合汙染物並快速分離，未來可望解決生醫臨床或是工廠廢水之樣品前處理曠日廢時的缺點。

所有揭露於本發明書之特徵係可使用任何方式結合。本說明書所揭露之特徵可使用相同、相等或相似目的的特徵取代。因此，除了特別陳述強調處之外，本說明書所揭露之特徵係為一系列相等或相似特徵中的一個實施例。

此外，依據本說明書揭露之內容，熟悉本技術領域者係可輕易依據本發明之基本特徵，在不脫離本發明之精神與範圍內，針對不同使用方法與情況作適當改變與修飾，因此，其它實施態樣亦包含於申請專利範圍中。

Claims (7)

1. 一種製備複合層析紙於表面增強拉曼散射檢測之方法，包含：提供一氧化石墨烯-奈米纖維紙複合物；提供一金奈米粒子；及合成一金奈米粒子-氧化石墨烯-奈米纖維複合層析紙；其中，該金奈米粒子、該氧化石墨烯及該奈米纖維紙之重量百分比例為1：2：200。
2. 如請求項1所記載之方法，其中該複合層析紙係透過該表面增強拉曼散射檢測一待測物。
3. 如請求項2所記載之方法，其中該複合層析紙係用於檢測的該待測物濃度最低達10^-7M以下。
4. 如請求項3所記載之方法，其中該複合層析紙係用於檢測的該待測物濃度低達10ppb。
5. 如請求項4所記載之方法，其中該複合層析紙係用於檢測一種成分或多種成分之該待測物。
6. 如請求項1所記載之方法，其中該奈米纖維紙係透過四甲基哌啶氧化物將纖維素中C6的羥基氧化為羧基，再將該纖維素剪切為一奈米尺寸纖維素。
7. 一種複合層析紙，其係利用如請求項1至請求項6任何一項方法所製備。

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