[发明专利]光波导式粒子电浆共振感测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种感测系统，具体涉及一种具高灵敏度和高稳定性的光波导式粒子电浆共振感测系统。

背景技术

目前对于生物感测系统的研究中，有许多人专注于各种不同生物分子结合于生物感测单元前后特性的改变，如抗体、抗原或DNA结合于相对应的抗原、抗体或DNA功能化的生物感测单元后电化学或是光谱特征的改变。然而，很多的生化物质都不具有这些特征，因此分析物常需要标记方能进行检测。由于标定的步骤通常是冗长的，并且有时可能会导致错误。

一般生物感测器常利用二次生物分子辨识方法，使分析物具有电化学或光谱特征，例如：ELISA会使用二次抗体。但使用二次生物分子辨识不但会增加分析的时间、检测流程较复杂也会增加经费。此外，此两种流程都无法提供分析物的即时检测。因此发展免标记检测方法是非常必要的。

而在免标记测量光学特性的方法中，可使用发光二极管或激光所发出的光源穿透生物感测系统，并测量穿透后的光强度改变、峰值波长改变或共振角改变以推算生物样品的特性。常用的方法包括表面电浆共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）感测器，以峰值波长（peak wavelength）改变或共振角（resonance angle）改变为主。测量峰值波长改变或共振角改变的方法需体积庞大的光谱仪，携带不便，且费用昂贵；而测量光强度改变可使用体积较小且费用较低的光检测单元。

现今生物感测的发展一直朝着微小化的趋势迈进，若能将生物感测系统的感测方式及操作性能设计的越简便且更方便携带感测，那么感测器的应用将会大大提升。

近几年来纳米材料的发展逐渐成为大家研究的焦点，例如光电、通讯、医学仪器等都纷纷加入纳米材料的研究与应用，而纳米材料之所以如此受到青睐，是因为纳米材料提供与原先物质所产生完全不同特性的性质。贵金属纳米粒子受白光激发时会产生特性消光光谱（extinction spectrum），此特性谱带称为粒子电浆共振谱带。而粒子电浆共振感测系统的基本感测原理是：当贵金属纳米粒子感受到环境折射率改变时，此粒子电浆共振谱带的峰值波长与消光截面积（extinction cross-section）也会随之产生变化。

若观察贵金属纳米粒子的吸收谱带，能发现当环境折射率上升时，其粒子电浆共振的吸收谱带会往长波长处位移，并伴随着吸收度上升的现象；另外若从散射光的特性来观察，则会发现当环境折射率上升时，其散射光的谱带同样也会往长波长处偏移，并伴随着光强度增强的现象。

通过修饰特定辨识单元于贵金属纳米粒子表面可使其具有专一性的感测能力，当贵金属纳米粒子上的辨识单元与分析物结合，因而会覆盖在贵金属纳米粒子表面附近，使得贵金属纳米粒子所处的介电环境产生变化，其峰值波长与消光截面积对外在环境的改变相当敏感，而造成粒子电浆共振谱带的变化，如峰值波长偏移及消光截面积改变；最后再通过分析共振谱带的波长偏移或消光度（extinction）的改变程度与分析物的浓度关系后，即能对的建立检量方法。由于侦测是靠分析物结合在纳米粒子的表面导致介电性质的改变时所造成的特性消光谱带的变化，因此不必因为分析物没有特殊的光谱特性（例如荧光、放射线团等）而需要进行额外的标记动作。

由于已知表面电浆共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）感测器，为非本质共振（Not Intrinsically Resonant），必须利用光栅或棱镜耦合器来激发贵金属薄膜（50 nm）产生表面电浆共振，因此造成感测系统架构复杂、体积庞大，携带不便、价格昂贵，且对于复杂样品检测较为困难等缺点。

本发明则采用本质共振（Intrinsically Resonant）的粒子电浆共振（Particle Plasmon Resonance，简称PPR）结合光波导（optical waveguide）原理开发新一代感测系统。

发明内容

本发明提供一种光波导式粒子电浆共振感测系统，提升系统的信噪比，具有高灵敏度与高稳定性的感测能力，体积微小化、携带方便、成本低、架构简单、具多重感测能力。

为实现上述目的，本发明提供一种光波导式粒子电浆共振感测系统，其包含光信号输出稳定装置、光波导粒子电浆共振感测装置、信号获取与处理装置。

光信号输出稳定装置包含稳定光源驱动模组、发光单元与光源温度稳定模组；稳定光源驱动模组包含定电压控制模组，或热敏电阻的定电压控制模组或定电流控制模组；发光单元为发光二极管或激光光源。