CN102023131A - 光学感测组件的改良方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种光学感测组件的改良方法，包括下列步骤：提供一光学感测组件；酸处理该光学感测组件表面；形成一金属薄膜于经过酸处理的该光学感测组件表面；以及等离子体改质该光学感测组件的该金属薄膜。由上述可知，本发明先以酸处理的简易方式，清洁光学感测组件表面且同时改善其表面亲水性，使得后续的金属薄膜更为平坦且对于光学感测组件的附着度提高，让光学感测组件表面先行具有良好的亲水性后，再结合使用等离子体改质，更加改善光学感测组件的光学特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学感测组件的改良方法，尤其是指一种光学特性提升且适用于分子检测的光学感测组件的改良方法。
背景技术
近年来，利用表面等离子体共振技术(Surface plasmon resonance，SPR)，将光学感测组件应用于生物分子检测与膜厚检测。上述检测的灵敏度，取决于光学感测组件与其表面批覆的金属镀膜之间能否有效配合，达到良好表面等离子体共振的效果。不过，以往光学感测组件上的金属镀膜，通常有容易脱落的问题，为了解决此问题，一般通常加上其它基材，以期能提高光学感测组件与金属镀膜的附着性。
若需将生物分子键结于光学感测组件表面的金属镀膜时，则需针对金属镀膜进行改质。传统的生物表面改质技术，是将欲改质的光学感测组件，浸泡于11-巯基十一酸(11-mercaptoundecanoic acid，MUA)，达到改质金属镀膜的效果。然而，此种浸泡式的化学改质方法，其反应时间过长，且常因改质后金属镀膜表面亲水性的不够均匀，而使改质结果大打折扣，无法达到原本预期的效果。
因此，若能够发展出一种光学感测组件的改良方法，使光学感测组件与金属镀膜之间的接合力增强，同时让整体光学感测组件的光学特性提升，进而提高光学感测组件的灵敏度，如此更有助于提高生物分子检测时的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学感测组件的改良方法，以改进公知技术中存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供的光学感测组件的改良方法，包括下列步骤：
提供一光学感测组件；酸处理该光学感测组件表面；形成一金属薄膜于经过酸处理的该光学感测组件表面；以及等离子体改质该光学感测组件的该金属薄膜。
上述方法中，酸处理步骤可以清洁光学感测组件表面，同时增加其表面亲水性，使后续所形成的金属薄膜对于光学感测组件具有更强的附着力；再利用等离子体改质步骤，可沉积出具有高含量羧基(COO-)的沉积膜，使光学感测组件的金属薄膜表面具有更高的亲水性，有利于光学感测组件后续进行生物分子固定的步骤。
经过本发明处理的光学感测组件，因其光学特性及灵敏度提升，更可适用于分子检测。
上述方法中，金属薄膜的种类没有特别限定，不过为了使光学感测组件有更佳的反应，其可为金薄膜或银薄膜，一般常用金薄膜。另外，薄膜的厚度亦没有限制，较佳可为20至80nm之间，例如40±5nm。此外，薄膜的形成方法亦无特别限定，可使用本领域技术人员常使用的方法，例如电镀，或者经由纳米金属球排列成薄膜。
上述方法中，酸处理中所使用的酸类亦没有特别限制，只要能清洁光学感测组件表面并使其表面更为平整，举例而言，可使用硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸等。此酸类的浓度及酸处理的时间会依所使用的酸类的腐蚀度而有所更动，没有特别限制，举例而言，酸类的浓度可为1％至20％硫酸水溶液，或者5％至15％硫酸水溶液；酸处理的时间可为5秒至10分钟，或者15秒至5分钟。此外，酸类浓度与酸处理的时间需要相互配合，同一种酸类若使用低浓度进行酸处理，一般需要较长的处理时间，反的若使用高浓度，则可需要较短的处理时间。
本发明的上述方法中，适用的光学感测组件没有特别限制，举例可为光纤感测组件，本发明后述的实施例是使用侧抛型的光纤感测组件。另外，适用的等离子体种类也没有特别限制，只要能够提供金属薄膜羧基，或者促使金属薄膜的亲水性提高即可，举例而言，可使用异丙醇等离子体、氧等离子体等。对于等离子体改质的时间，其亦会随所使用的等离子体种类而有所更动，举例而言，若使用异丙醇等离子体进行改质时，其改质时间可为1分钟至30分钟，或者5至15分钟；施行等离子体改质时，瓦数或压力强度亦须与等离子体种类、处理时间相互搭配。
在本发明的一应用态样中，上述改良方法还可包括以下步骤：固定一生物分子于经等离子体改质的该光学感测组件的该金属薄膜。举例而言，利用蛋白质A或血清白蛋白可与抗体Fc部分(Fc region)结合的特性，将蛋白质A或血清白蛋白做为生物分子固定于金属薄膜上，后续再提供一抗体与蛋白质A或血清白蛋白结合，如此便可由抗体辨识出专一性抗原，因此经过上述步骤处理的光学感测组件，便可经由蛋白质A或血清白蛋白结合的抗体，专一性辨识对应抗原，来检测特定抗原及其浓度。
在本发明光学感测组件的改良方法中，由于等离子体改质的表面均匀度佳，同时可以提供表面与可生物分子键结的羧基，故可取代传统MUA的生物表面改质方法，避免传统方法表面均匀度不佳的问题。不过，因为光学感测组件表面的亲水性会显著影响等离子体改质的效果，所以只单独使用等离子体改质技术的话，光学感测组件表面的亲水性高低则会直接影响等离子体改质的效果。
因此，本发明先以酸处理的简易方式，清洁光学感测组件表面且同时改善其表面亲水性，使得后续的金属镀膜更为平坦且对于光学感测组件的附着度提高，让光学感测组件表面先行具有良好的亲水性后，再结合使用等离子体改质，更加改善光学感测组件的光学特性。
附图说明
图1是本发明实施例一光学感测组件的改良方法的流程示意图。
图2是本发明实施例一光学感测组件的示意图。
图3是本发明测试例一的水滴测试结果，其中(A)为比较例一的感测组件的水滴测试照片，(B)为实施例一的感测组件的水滴测试照片。
图4A是本发明测试例二的粗糙度测试中，比较例一的感测组件表面的AFM照片。
图4B是本发明测试例二的粗糙度测试中，实施例一的感测组件表面的AFM照片。
图5A是本发明测试例三的分子检测中，比较例一的感测组件的测试光谱图。
图5B是本发明测试例三的分子检测中，实施例一的感测组件的测试光谱图。
图6A是本发明测试例四的葡萄糖分子检测中，比较例一与比较例二两者的测试光谱图。
图6B是本发明测试例四的葡萄糖分子检测中，比较例一与比较例三两者的测试光谱图。
图6C是本发明测试例四的葡萄糖分子检测中，比较例一与实施例二两者的测试光谱图。
图6D是本发明测试例四的葡萄糖分子检测中，比较例一与实施例三两者的测试光谱图。
图6E是本发明测试例四的葡萄糖分子检测中，比较例一与实施例四两者的测试光谱图。
图6F是本发明测试例四的葡萄糖分子检测中，比较例一与实施例五两者的测试光谱图。
图7是本发明应用例一中，本发明改良方法后接生物分子固定的流程示意图。
图8是本发明应用例一中，经改良与生物分子固定的光学感测组件的表面示意图。
附图中主要组件符号说明：
A感测区 20光学感测组件
10纤壳 21电镀金薄膜
11纤核 22羧基
12感测区表面 23蛋白质A
13金薄膜 24单株抗体
14沉积膜 25抗原
具体实施方式
以下是由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可由其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
本发明的实施例中该些附图均为简化的示意图。惟该些附图仅显示与本发明有关的组件，其所显示的组件非为实际实施时的态样，其实际实施时的组件数目、形状等比例为一选择性的设计，且其组件布局型态可能更复杂。
实施例一
图1为本实施例光学感测组件的改良方法的流程示意图，图2为本实施例光学感测组件的示意图。
同时参考图1及图2，先如图1步骤(A)提供一光学感测组件。本实施例所使用的光学感测组件如图2所示，是一种侧抛型光纤感测组件，此侧抛型光纤感测组件具有一纤壳10、一纤核11、以及一感测区A。接着如图1步骤(B)，以10％硫酸水溶液处理此感测组件的感测区A表面12，持续30秒，以达到清洁感测组件的感测区A表面12、增加感测区A表面12的亲水性的效果。再如图1步骤(C)进行电镀制备工艺，以20mtorr、30分钟将金薄膜13电镀于经过硫酸水溶液处理的感测区A表面12。
实施例二
本实施例感测组件的处理制备工艺，完全同于实施例一所述步骤，但完成图1步骤(C)后，须接续图1步骤(D)，进行等离子体改质，以100mtorr、40W的异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)等离子体持续2.5分钟改质金薄膜13，形成一沉积膜14以提供金薄膜13羧基(COO-)，而无须传统MUA的化学改质方法，便让金薄膜13得以与生物分子进行链接。
实施例三
除了等离子体改质的时间为5分钟之外，本实施例感测组件的其余制备工艺，完全同于实施例二所述步骤。
实施例四
除了等离子体改质的时间为10分钟之外，本实施例感测组件的其余制备工艺，完全同于实施例二所述步骤。
实施例五
除了等离子体改质的时间为5分钟之外，本实施例感测组件的其余制备工艺，完全同于实施例二所述步骤。
比较例一
本实施例的感测组件除了不经过图1步骤(B)的酸处理步骤之外，其余处理制备工艺皆同于实施例一所述步骤。
比较例二
本实施例的感测组件除了不经过图1步骤(B)的酸处理步骤之外，其余处理制备工艺皆同于实施例二所述步骤。
比较例三
本实施例的感测组件除了不经过图1步骤(B)的酸处理步骤之外，其余处理制备工艺皆同于实施例三所述步骤。
测试例一水滴测试
于实施例一及比较例一的感测组件上，滴上水滴后观察水接触角，结果如图3所示，其中图3A为比较例一的感测组件表面，其水接触角约为59度；图3B为实施例一的感测组件表面，其水接触角约为23度。由此可见，未经过酸处理的水接触角远远大于经过酸处理，此即表示光学组件表面的亲水性在经过酸处理后提升。
测试例二粗糙度测试
使用原子力电子显微镜(atomic force microscope，AFM)及计算机图像分析软件，观察实施例一及比较例一的感测组件，结果如图4A、4B所示，其中图4A为比较例一的感测组件表面，其Z范围为13.224nm、Rms(Rq)为1.475nm、平均粗糙度为(Ra)为1.151nm；图4B为实施例一的感测组件表面，其Z范围为8.349nm、Rms(Rq)为0.897nm、平均粗糙度为(Ra)为0.715nm。由此可知，相较于未经过酸处理的比较例一，经过酸处理的实施例一的粗糙度明显降低，表示酸处理可使感测组件表面的平坦度提高，增加感测组件与金薄膜之间的键结度。
测试例三分子检测
准备20％的葡萄糖水溶液及去离子水，使用实施例一及比较例一的感测组件进行测试，结果如图5A及图5B所示，其中图5A为比较例一的感测组件的测试光谱图，图5B为实施例一的感测组件的测试光谱图。由此光谱图可知，相较于未经过酸处理的比较例一，经过酸处理的实施例一，其噪声低且分辨性佳。
测试例四葡萄糖分子检测
准备20％的葡萄糖水溶液，使用实施例一至五及比较例一至三的感测组件进行测试，结果如图6A至图6F所示，其中图6A为比较例一与比较例二两者的测试光谱图，图6B为比较例一与比较例三两者的测试光谱图，图6C为比较例一与实施例二两者的测试光谱图，图6D为比较例一与实施例三两者的测试光谱图，图6E为比较例一与实施例四两者的测试光谱图，图6F为比较例一与实施例五两者的测试光谱图。对照图6A与图6C，可知经过酸处理以及2.5分钟等离子体改质的实施利二，其与比较例一吸光值的差异以及波长的偏移度，皆高于没有经过酸处理但经过2.5分钟等离子体改质的比较例二。对照图6B与图6D，可知经过酸处理以及5分钟等离子体改质的实施利三，其与比较例一吸光值的差异以及波长的偏移度，皆高于没有经过酸处理但经过5分钟等离子体改质的比较例三。对照图6C至图6F，可知经过酸处理以及2.5、5、10、15分钟等离子体改质的实施利二至实施例五，随着等离子体改质时间增加，与比较例一吸光值的差异以及波长的偏移度皆明显提升且有线性递增的现象，由此可知等离子体改质前有无先进行酸处理会大大影响光学感测组件的光学特性，同时影响光学感测组件对于分子检测的灵敏性。
应用例一
图7为光学感测组件经本发明改良方法处理后，进行生物分子固定的流程示意图，图8为改良后且经过生物分子固定的光学感测组件的示意图。
同时参考图7及图8，如同实施例二所述步骤，使光学感测组件20经过步骤(B)酸处理、步骤(C)电镀金薄膜21、步骤(D)等离子体改质提供羧基22之后，再利用本领域技术人员公知的固定生物分子的方法，由羧基22将蛋白质A 23固定于光学感测组件20上，后续再加入特定单株抗体24，使单株抗体24与蛋白质A 23结合，如此便可由抗体-抗原的专一性辨识，检测特定抗原25存在与否。
由上述可知，经过本发明改良方法处理的光学感测组件，可具有更佳的光学特性，因此对于分子的灵敏度提高，若先行建立出分子种类及浓度的数据库，则可直接用来进行分子检测以及浓度测定，使检测科学不受组件装置本身的干扰影响而更能精确判定分子种类及浓度。
上述实施例仅系为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (14)
1.一种光学感测组件的改良方法，包括下列步骤：
提供一光学感测组件；
酸处理该光学感测组件表面；
形成一金属薄膜于经过酸处理的该光学感测组件表面；以及
等离子体改质该光学感测组件的该金属薄膜。
2.如权利要求1所述的改良方法，其中，经过等离子体改质的该光学感测组件用于分子检测。
3.如权利要求1所述的改良方法，包括以下步骤：
固定一生物分子于经等离子体改质的该光学感测组件的该金属薄膜。
4.如权利要求3所述的改良方法，其中，该生物分子为蛋白质A或血清白蛋白。
5.如权利要求4所述的改良方法，包括以下步骤：
提供一抗体与该蛋白质A或血清白蛋白结合。
6.如权利要求5所述的改良方法，其中，该光学感测组件用于检测该抗体可专一性辨识的抗原。
7.如权利要求1所述的改良方法，其中，该金属薄膜为一金薄膜或银薄膜。
8.如权利要求1所述的改良方法，其中，该酸为硫酸、盐酸、硝酸或氢氟酸。
9.如权利要求8所述的改良方法，其中，该硫酸为1％至20％的硫酸水溶液。
10.如权利要求9所述的改良方法，其中，该硫酸处理时间为5秒至10分钟。
11.如权利要求1所述的改良方法，其中，该光学感测组件为光纤感测组件。
12.如权利要求1所述的改良方法，其中，该金属薄膜是以电镀形成。
13.如权利要求1所述的改良方法，其中，该等离子体为异丙醇等离子体或氧等离子体。
14.如权利要求13所述的改良方法，其中，该异丙醇等离子体改质的时间为1分钟至30分钟。
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| US20090111713A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-04-30 | Forward Electronics Co., Ltd. | Method for biomolecule immobilization |
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Application publication date: 20110420 |