TWI281500B

TWI281500B - Penicillin g biosensor, systems comprising the same, and measurement using the systems

Info

Publication number: TWI281500B
Application number: TW092137624A
Authority: TW
Inventors: Jung-Chuan Chou; Chin-Hsien Yen; Yi-Ting Lai
Original assignee: Univ Nat Yunlin Sci & Tech
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2007-05-21
Also published as: US7501258B2; US20060029994A1; TW200521239A; US20090145776A1

Description

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發明所屬之技術領域測般,2明係有關於生物感測器’且特別是有關於-種偵 ^ ^西林濃度之生物感測器以及包含該感測器之系統。盤 (Penic 微生物素結合菌合成合即可亡。由致青黴質，即成細胞係青黴菌屬菌生長之抗。由於青黴 PBP)係細西林與之結生溶解而死合後，將導需之蛋白，最後將造尼西林（Penicillin，亦可譯為青黴素） 1 inum)所產生之抗生素，屬於抑制細善’其作用方式係抑制細胞壁之合成蛋白質（Penicillin Binding Protein，細胞壁時不可缺乏之酵素，故只要盤尼抑制細菌細胞壁的合成，因而使細菌發於盤尼西林與「青黴素結合蛋白質」結素結合蛋白質無法供給細胞壁合成時所、、、田胞壁遭受破壞’無法合成正常細胞壁死亡，達到抑菌效果。由於青黴素顓（Penicillins)係廣泛使用之然而此類藥物對於丨〇至20%之人口會造成嚴重的過，，應’因此，偵測食品如乳製品或化妝品等中主含量亦係一重要議題。目前已知其檢測方法皆二：：殘基解盤尼西林之酵素進行偵測，而偵測所需之酵素 Z分定於-基板上。固定之方法主要係分為化學性及物=固化學性固定化方式之例子有如“ Vr〇〇m等人之美性。第6, 060, 268號（ 200 0年5月9日公告），其揭示將盤尼專利案醯酉母（penicillin G acylase)經共價鍵結固定於—六林〇合物上，其中上述交聯混合物係包括膝狀 =聯混吵化劑如凝膠

1281500 五、發明說明（2) (gelatin)，以及含有自由胺基酸如藻酸鹽胺（alginate amine)、脫乙醯殼多糖（chitosan)或聚乙烯亞胺 (polyethylene imine)之聚合物分子。此外，其他化學性固定化方式有如Wedekind等人之美國專利案第5, 780, 260號（ 1 998年7月14日公告）。上述專利揭示將擇自盤尼西林G醯胺酶（peni ci 1 1 in G amidase)、戊二醯-7-ACA 醯酶（glutaryl-7-ACA acylase)以及D-胺基酸氧化酶之酵素，經共價鍵固定於一胺基功能性之有機石夕氧烧化合物（organosiloxane)聚合物載體上；共價鍵結係以一二酸（di aldehyde)活化載體上之胺基團，並將活化之基團與酵素之活化基團反應而達成。化學性固定化方式之優點係酵素與擔體間形成非常強韌之化學鍵結，但缺點則係固定步驟相當繁瑣且昂貴，並經常由於酵素活化中心參與鍵結，而導致酵素失活。另一物理性之固定化方式則較為簡單方便，但於固定化過程中，因酵素與擔體間未形成共價鍵結，故經常發生酵素流失之問題。因各種固定化方式皆有其優缺點，故依不同研究會採用不同之固定法。另外，In Suk Han等人之美國專利申請案第 1 0/028, 0 79號（20 0 3年6月26日公開）亦揭露一種盤尼西林生物感測器，其係採用盤尼西林酶（penicillinase)固定於一pH敏感性之聚合性水膠（hydrogel)中。當盤尼西林酶催化一化學反應而消化盤尼西林並產生筆菌酸 (peni ci 11 ic acid)時，水膠會對應於筆菌酸之濃度而改

0619-10330TWF(Nl);chiumeow.ptd 1281500 五、發明說明（3) 變滲透壓，如此可以壓力換盤尼西林之濃度。然而，上力換能器，必然會有能量之測量結果。上述問題極需有發明内容有鑑於此，本發明之主西林生物感測器，其係以固 G acylase)之二氧化錫（Sn〇: 電晶體，用以偵測溶液中之係成本低、離子感測薄膜之值、及具快速之響應時間。本發明之另一目的，係測器之糸統與其量測方法，裔之反應時間與回復時間之依據本發明之上述目的盤尼西林生物感測器，其係構，包括：一金氧半場效電基板，一一氧化錫薄膜位於酶薄膜固定於該二氧化錫薄極場效電晶體與該感測元件本發明之另一型態係提糸統’其包括：一如上述之體；一參考電極以提供穩定其分別與該二氧化錫延伸式能器摘測滲透壓之改變而測量述盤尼西林感測器必須經過壓消耗，而無法得到較為精準之效的改善之道。要目的之一’係提出一種盤尼定盤尼西林醯酶（penici 11 in )感測膜結合延伸式閘極場效盤尼西林濃度。本發明之優點感測度佳、有正確之讀取量提出一種含有盤尼西林生物感可量測上述盤尼西林生物感測響應曲線圖。，本發明之一型態係提供一種一延伸式閘極場效電晶體結晶體；一感測元件，其包括一該基板上，以及一盤尼西林醯膜上；以及一導線，連接該閘〇供一種測量一溶液中酸鹼度的二氧化錫延伸式閘極場效電晶電位；一半導體特性量測儀，閘極場效電晶體及該參考電極

0619-10330TWF(N1);chiumeow.ptd 第7頁 1281500 五、發明說明（4) 連接；一溫度控制器以控制感測元件之溫度，其具有一、、w 度控制中樞、一熱耦合器、及一加熱器，其中該熱偶合器與該加熱器分別與該控制中樞連接；以及一光隔、絕容器^ 避免感測元件受到光敏效應影響。測量一溶液中之酸^户時，將該溶液置於該光隔絕容器中，將二氧化錫延^ ^ ^ 極場效電晶體、參考電極及熱耦合器浸入該溶液中，且^ 該熱耦合器測得溶液溫度變化時由溫度控制中樞控制加熱為調節溶液溫度，二氧化錫延伸式閘極場效電晶體與來考電極之感測值可傳送至該半導體特性量測儀，由此讀出該溶液之電流-電壓（I-V)值以得到該溶液中之酸鹼度。Μ 本發明之又一型恶係提供一種二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之感測度（s e n s i t i ν i t y )的量測方法，其係採用上述系統’且其步驟包括：（a )將上述二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之二氧化錫薄膜與一待測酸鹼溶液接觸； (b)在一固定溫度下，改變該待測溶液之酸鹼值，並以該半導體特性量測儀測量並記錄該二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之源/汲極電流對閘極電壓的曲線；以及（c)利用該源/汲極電流對閘極電壓之曲線，取一固定電流以求出在該固定溫度下該二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之感測度。經以上量測後，方可將該盤尼西林生物感測器用以量測盤尼西林溶液。此外，本發明同時提供度之糸統’其包括：*一如上參考電極以提供穩定電位；一種測量一溶液中盤尼西林濃述之盤尼西林生物感測器；一一儀表放大器，其具有二輸入

1281500 五、發明說明（5) ' 端與一輸出端，該盤尼西林生物感測器及該參考電極分別與該輸入端連接；一高阻抗三用電表，其與儀表放大器之輸出端連接；以及一微電腦酸鹼指示系統。測量一溶液中之盤尼西林濃度時，以該微電腦酸鹼指示系統確定溶液之酸驗值’再將盤尼西林生物感測器及參考電極浸入該溶液中’則可由該高阻抗三用電表讀出盤尼西林感測器之響應電壓’以得到該溶液中之盤尼西林濃度。本發明亦提供一種盤尼西林生物感測器之響應量的量測方法’其係採用如上述之系統，且其步驟包括：（a)以該微電腦酸鹼指示系統測定一盤尼西林溶液之酸鹼值； (b)將如上述之盤尼西林生物感測器之盤尼西林醯酶薄膜及參考電極與該盤尼西林溶液接觸；（c )紀錄由該高阻抗三用電表顯示之盤尼西林生物感測器的輸出電壓；以及 (d)改變該盤尼西林溶液之濃度，分別重複步驟（a)〜 (c )’以量出該盤尼西林生物感測器之響應量。上述響應量係為不同濃度、同一pH值下，最初與最末量測點之電壓的變化量。』出本發明之感測元件係採用盤尼西林醯酶（peniciiU G acylase)以偵測盤尼西林，盤尼西林醯酶係被 ' 解酵素（hydr〇lase)，此類酵素之功能係將氫原子、員為水子或電子由-《質(substrate)轉送至另一受質上 ί此：:! ϊ，丨故能將此酵素與延伸式閘極場效電晶體姓八為一生物感測器。日暇、、、吉合此外’本發明採用物理性之膠體包埋法進行固定盤尼

1281500_ · 五、發明說明⑹ " ' 一》西林酵素，因其可與半導體光微影製程相結合，此法雖長期使用易造成酵素流失之問題，但若發展可拋棄式之生物感測器、，則無此方面之顧慮，且拋棄式生物感測器亦符合低成本並可大量複製之製造技術。實施方式一般傳統離子感測場效電晶體（Ion Sensitivity Field Effect Transistor， ISFET)係如第 1 圖所示，包括一P型矽基底（P-Si)13，其上有一閘極，閘極包括一二氧化石夕（S1 〇2)薄膜11，上述薄膜上再固定一感測膜丨〇，係此場效電晶體結構中唯一可直接與待測溶液7接觸者，其他元件皆包覆在如環氧樹脂所構成的絕緣區8之内。在二氧化矽薄膜11兩側之基底係N型重摻雜區（亦即是汲極與源極）1 2 ’整個電晶體結構經由導線9如銘導線與外界相通，可將感測膜1 0傖測待測溶液7後場效電晶體之汲極/源極所知到之電訊號經由傳輸送出。另外，此種結構亦必須包括一參考電極1 4，以提供穩定電位，避免雜訊干擾。延伸式感測場效電晶體（Extended Gate Ion Sensitive Field Effect Transistor，EGFET)係由傳統離子感測％效電晶體（I S F E T )所演變而來，其係將感測薄膜由離子感測場效電晶體之閘極上延伸出來，亦即將金氧半場效電晶體（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)元件部分完全與待測溶液隔離’可避免半導體元件之不穩定特性與受到溶液中之訊號干擾。如第2圖所示，延伸式感測場效電晶體係將二氧化

0619-10330TWF(N1)；chiumeow.ptd 第10頁 1281500 五、發明說明（7) 錫薄膜2製備於導電玻璃4如氧化銦錫（indium tiri oxide， I TO)玻璃上，形成一感測元件！，再經一導線5連接至金氧半場效電晶體（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，M0SFET)6之閘極端。上述感測元件1 外並以如環氧樹脂之絕緣區3包覆，僅露出部分二氧化錫溥膜2與待測溶液（未顯示）接觸。延伸式閘極場效電晶體 (E G F E T)之原理即係利用二氧化錫感測薄膜將酸驗溶液中吸附之氩離子轉變成一電訊號，再藉由此電訊號控制金氧半場效電晶體（M0SFET)之通道（Channel)寬窄，再藉由電流之大小得知感測之氫離子濃度多募，如此即達成一完整之感測架構。本發明之盤尼西林生物感測器係結合盤尼西林醯酶之酵素反應與具有二氧化錫感測膜之延伸式閘極場效電晶體，用以偵測溶液中之盤尼西林濃度。亦即在上述延伸式閘極場效電晶體之二氧化錫感測薄膜上再以膠體包埋法 (gel entrapment)固定一盤尼西林醯酶層，當盤尼西林醯酶接觸至盤尼西林殘基時，將會水解青黴素殘基，產生氮離子’而可經由一氧化錫薄膜將酸驗值之改變轉變成電訊號。本發明之盤尼西林生物感測器的量測方法係採用如第 3圖之電流-電壓（I -V )量測系統，將本發明二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之感測元件2 9浸入待測溶液2 4中，待測溶液24係置於一容器（未標示）中，而該感測元件29係經導線3 0與3 1，例如鋁導線，將其沒極與源極分別與半導體特

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第11頁 1281500 五、發明說明（8) 性（電流-電壓）#、、目丨丨成〇Γ?,，一步將雷曰轉仏、儀27，例如Keithley 236相連，以進、日日，所測得之電訊號做數據處理。供稃ί :衍可ί待測溶液24中同時浸入一參考電極22以提亦經由一導線為一銀/氯化銀（Ag/AgC1)參考電極，且相遠.而/·办@/、上述半導體特性（電流—電壓）量測儀27 谷态之外部有一組加熱器2 5，連接於一溫度控制器（溫度控制中樞)26 ;其中，該加熱器25之作用在於當待測溶液24之溫度上升或下降時，該溫度控制器（溫度控制中樞W6負責控制該加熱器25進行停止加熱或加熱之動作。而待測溶液24之溫度高低則由連接於該溫度控制器26 之熱耦合态（thermal couple)28做感應。前述之待測溶液 24、與該待測溶液24有接觸之各元件以及加熱器25等皆置放於一光隔絕容器（如暗箱）23中，以隔絕光對量測數值之影響。上述系統量測二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之感測度（sensitivity)的方法係如下所述：首先，將上述二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之二氧化錫薄膜與一待測溶液接觸。接著，在一固定溫度下，通常為室溫2 5 °C，改變該待測溶液之酸鹼值，範圍由pH 2至pH 8。此時，上述半導體特性置測儀對於該一氧化錫延伸式閘極場效電晶體之閘極供應電壓係由1伏特（V)至6伏特（V)，對於該二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之源/汲端電壓固定為〇 · 2伏特（V)。再以該半導體特性量測儀測量，並記錄該二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之源/汲極電流對閘極電壓之曲線。最後

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利用該源/汲極電流對閘極電壓之曲線，取一固定電流以求出在上述固定溫度下，該二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之感測度。此外，如第4圖所示，本發明之盤尼西林生物感測器 33 (圖中亦顯示盤尼西林醯酶感測層32與酸鹼感測膜二氧化錫3 4 )所獲得之電訊號亦可經過放大處理，儀表放大器 3 6可讀取不同待測溶液之反應值，且參考電極3 5可作為比對杈正之用。此種系統係包括：一如上述之盤尼西林生物感測器；一參考電極以提供穩定電位，例如銀/氯化銀 (Ag/AgCl)參考電極；一儀表放大器，例如LT1167，其具有二輸入端與一輸出端，該盤尼西林生物感測器及該參考電極分別與該輸入端連接；一高阻抗三用電表，其與儀表放大器之輸出端連接，例如Hp344〇丨A ;以及一微電腦酸鹼指示系統，其可量測之酸鹼值範圍介於⑽l〜pH 14，解析度為p Η 0 · 〇 1。於此種系統測量一溶液中之盤尼西林濃度時’係先以該微電腦酸鹼指示系統確定溶液之酸鹼值，再將盤尼西林生物感測器及參考電極浸入上述溶液中，則可由上述高阻抗三用電表讀出該感測器之輸出電壓值而得到上述溶液之盤尼西林濃度。為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下：實施例本實施例係依照本發明所設計之盤尼西林感測器之量

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五、發明說明（10) 測過程為例，詳細說明如何實施本發明。於後述量測條之實驗參數值乃至於量測裝置均僅用以舉例說明，但^件用以限定本發明。、非 1 ·盤尼西林生物感測器之製備本實施例係採用盤尼西林醯酶膜做為偵測盤尼西林濃度之生物感測器，其元件之剖面如第5圖所示，將大小約為〇· 8公分（cm) X 〇· 5公分（cm)之二氧化錫薄膜15製備於氧化銦錫（indium tin oxide, ΙΤ0)玻璃18上，形成一减測元件’其外並以環氧樹脂1 6包覆，僅露出部分二氧化錫薄膜1 9作為感測窗口’感測窗口約為2宅米（JU m ) X 2毫米（in m) 大小，整個感測元件再經一鋁導線1 7連接至金氧半場效電晶體（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)之閘極端。將感測元件與電晶體進行包裝後，於感測元件所露出之感測窗口再以膠體包埋固定法將盤尼西林醯酶1 4固定於一氧化錫薄膜1 5上，形成一酵素感測器。盤尼西林醯酶感測膜混合液之調配係取8 0毫克（m g)之光聚合物 (Photocross 1inkab1e Polyvinyl Alcohol Containing Group, PVA-SbQ 9 Toyo Gose; Kogyo Co. Ltd. (Japan)) 置入80微升（//1)之填酸鹽緩衝液phosphate Buffer Solution，PBS, pH 7·5)，成為1M之光聚合物溶液，再分別混合比例為1 : 1、2 : 1、3 : 1之光聚合物液 (1 00mg/l 00 μ, 1，20mM，PBS pH 7. 5)與盤尼西林醯酶溶液 (100 //1, 20mM, PBS ρΗ7. 5 5 Sigma Chemical Co. Ltd.,

1281500 五、發明說明（11) USA)比較後，可得1 : 1為最佳之比例，完成感測膜混合液。量取1微升1 )之感測膜混合液，滴定於封裝完成之二氧化錫（Sn02)感測窗口上，待其半乾燥，再以長波長365 奈米（nm)紫外燈照射2〇分鐘，使之聚合。之後再置於4 °C 之暗箱環境下穩定1 2小時。量測前先以去離子水清洗之。 2 ·盤尼西林待測溶液之調配首先調配緩衝液。以去離子水調配磷酸鹽緩衝液 (Phosphate Buffer Solution，PBS)，濃度20 毫體積莫耳濃度（mM)，利用20mM 之鉀磷酸鹽（KH2P04，Sigma Chemical Co· Ltd·，USA)與二鉀磷酸鹽（k2HP04，Sigma Chemical Co· Ltd.，USA)與酸鹼儀滴定碟酸鹽缓衝液（phosphate Buffer Solution, PBS)之酸鹼值，PH 值為 7.5。接著，調配盤尼西林待測溶液濃度。以電子秤取適量粉末狀之盤尼西林（penicillin G，Sigma Chemical Co. Ltd·，USA) ’ 加入填酸鹽緩衝液（phosphate Buffer Solution，PBS)中，形成濃度為i、2、5、10 mM之盤尼西林待測溶液。待測溶液之pH值皆須設定為相同。以酸驗儀檢測待測液之pH值，利用2 0毫體積莫耳濃度（mM)之鉀磷酸鹽（ΚΗ2Ρ04)與二鉀磷酸鹽（Κ2ΗΡ04)滴定成同一酸鹼值，pH 值為7. 5。於量測前需將盤尼西林待測溶液置於4 °c之暗箱環境中加以保存。 3 ·以電流-電壓（I - V )量測系統進行量測本實施例所使用之電流-電壓（I -V)量測系統係如第3

0619-10330TWF(N1);chiumeow.ptd 第15頁 1281500 五、發明說明（12) 圖所示，將感測元件29與銀/氯化銀（Ag/AgCl)參考電極22 一同置入待測溶液24中，利用Ke i t h 1 ey 236半導體特性量測儀27，可量測生物感測器於各待測液中所響應之電流一電壓（I -V )曲線’且利用溫度控制器將溫度控制於室溫25 V。本實施例所使用之盤尼西林感測器之讀出電路如第4 圖所示’將盤尼西林生物感測器33與銀/氯化銀（Ag/AgCl) 參考電極3 5 —同置入待測溶液中，利用後端之儀表放大器讀出電路3 6可得到元件的響應值。量測盤尼西林溶液之濃度的步驟如下：首先，將待測溶液溫度恢復至室溫。先將盤尼西林生物感測器置於PBS 緩衝液中量測2 0秒，再置入盤尼西林待測溶液中量測，以電腦記錄反應之電壓值。量測數據以軟體Microsoft Origin 6.0繪製成電壓對時間（V-T)之關係圖。利用所量測之電流-電壓（I -V)曲線，可得到本發明之二氧化錫延伸式閘極場效電晶體之感測度，如第6圖所示，由量測之數據可知感測度約為5 3 · 4 2毫伏/ pH(mV/pH)。另外，本發明最佳實施例之條件係：磷酸鹽緩衝液濃度（Phosphate Buffer Solution，PBS)為20 毫體積莫耳濃度（mM)、pH值為7· 5之量測環境，所量得不同待測液；農度之反應電壓曲線圖如第7圖所示，圖中反應電壓之響應時間約為1 0 0秒後趨於穩定狀態。盤尼西林生物感測器之最佳感測度約為9. 54毫伏/毫體積莫耳濃度（mV/mM)，其、線十生

0619-10330TWF(N1);chiumeow.ptd 第16頁 1281500_二五、發明說明（13) 圖如第8圖所示。由上述實施例結果顯示，本發明之二氧化錫延伸式間極場效電晶體的感測度於pH值介於2至8間約為53. 42 土 3.87 毫伏/pH(mV/pH)，於 20 mM 之 PBS 緩衝液濃度（pH 7.5) 之量測環境時可獲得最佳反應曲線，於偵測盤尼西林濃度範圍1、2、5、10毫體積莫耳濃度（mM)之線性感測度約為& 9. 54 ± 1 · 21毫伏/毫體積莫耳濃度（mv/mM)。結果顯示本發明之生物感測器的確具有感測度佳、讀取量值正確、及快速之響應時間等優點，此外，本發明之感測器亦具有成本低廉之優點。雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限疋本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 =和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1281500 圖式簡單說明圖。第1圖係、顯示傳統離子感測場效電晶體結構之剖面的剖Γ圖圖。係顯不本發明所採用之延伸式閘極場效電晶體量測二氧化錫薄整體之感測元件已固定上盤尼西二氧化錫感測薄於20 mM磷酸鹽第3圖係顯示依照本發明膜感測度之電流—電壓(I—V)量 #第4圖係顯示依照本發明之實施例與讀出電路之架構圖。 ' 弟5圖係顯示依照本發明之實施例林酿酉母之生物感測器的剖面圖。第6圖係顯示依照本發明之實施例膜於各種pH值之感測度關係圖。 ^第7圖係顯示依照本發明之實施例7々以υ丨謂啊日又诞緩，液（Phosphate Buffer Solution, PBS)、pH 值為7· 之里测環境下，不同待測液濃度之反應電壓曲線圖。第8圖係顯示依照本發明之實施例，盤尼西林感測器之表佳感測度線性圖。 [符號說明] 1、 2 0〜感測元件； 2、 1 5、3 4〜二氧化錫離子感測薄膜； 3、 8、1 6〜絕緣區或環氧樹脂（Epoxy ); 4〜導電玻璃； 5、 9、3 0、3 0，、3 1 〜導線； 6、 2 1〜N通道場效電晶體；

0619-10330TWF(N1);chiumeow.ptd 第18頁 1281500_ 圖式簡單說明 7、24〜待測溶液； 1 0〜感測膜； 11〜二氧化矽（S i 02 ); 1 2〜N型重摻雜區（n+ ); 13〜P型基底（P-Si); 1 4、2 2〜參考電極； 1 7〜鋁導線； 18〜氧化銦錫玻璃（ITO Glass); 1 9、3 2〜盤尼西林醯酶層； 2 3〜光隔絕容器； 2 5〜加熱器； 2 6〜溫度控制器； 27〜半導體特性量測儀； 2 8〜熱耦合器； 2 9、3 3〜盤尼西林生物感測器； 35〜銀/氯化銀（Ag/AgCl)參考電極；以及 3 6〜儀表放大器電路圖。

0619-10330TWF(N1);chiumeow.ptd 第19頁

Claims

1281500 _案號 92137B24 六、申請專利範圍干日L 一種盤尼西林生物感測器’其係一 4伸式閘極場效電晶體結構，包括：一金氧半場效電晶體，位於一半導體基底上· 豈4 一感測元件’其包括-基板，-二氧化錫薄膜位於該土板上，以及一盤尼西林醯_(penicilHn G hse)薄月^係以膠體包埋法（gel entrapment)固定於該二氧化錫薄膜上，其中該盤尼西林醯_薄膜係由光聚合物之磷酸鹽緩衝（PBS)溶液以及盤尼西林醯峰溶液之混合物經光聚合所形成，以及一導線，連接該金氧半場效電晶體與該感測元件。器 2. 如申請專利範圍第丨項所述之盤尼西林生物感測其中該金氧半場效電晶體係N型場效電晶體。器 3. 如申請專利範圍第丨項所述之盤尼西林生物感測其中该導線係連接該金氧半場效電晶體之閘極與該感測元件。器 4_如申請專利範圍第1項所述之盤尼西林生物感測其中該基板係一導電玻璃。哭 ντχτ 璃 5 β如申4專利範圍第4項所述之盤尼西林生物感測其中该基板係氧化銦錫（indium tin 〇xide， ΙΤ〇)玻 6·如申請專利範圍第1項所述之盤尼西林生物感測益’其中S亥光聚合物之碟酸鹽緩衝（pBS )溶液與該盤尼西林醯條溶液之比例為1 : 1。 7·如申請專利範圍第1項所述之盤尼西林生物感測

〇619-l〇330TWFl(Nl);kai .ptc 第20頁 1281500 —~案號 92U7R9.A ^ 月六、申請專利範圍其吏包括一絕緣層包覆於感測元件之外曰器〜u π 》巴琢增包覆於感测儿1十心邓。器如申請專利範圍第7項所述之盤尼西林生物感測其中該絕緣層係環氧樹脂。、 9 · 一種測量一溶液中盤尼西林濃度的系統，其包括. 一如申請專利範圍第1項之盤尼西林生物感測器；參考電極以提供穩定電位；一半導體特性量測儀，立分別與該盤尼西林生器及該參考電極連接； ” 琢剛一溫度控制器以控制感測元件之溫度，其具有一、二一熱耗合器、及-加熱器，其中該熱偶合Si 尤、為么別與該控制中樞連接；以及苴一，隔絕容器以避免感測元件受到光敏效應影響；隔％::溶液中之盤尼西林濃度時’將該溶液置‘該光哭二中，將盤尼西林生物感測器、參考電極及孰叙ί 二= 竭合器測得溶液溫度變化時由二儀，由此綠I^ ί測值可傳送至該半導體特性量測 r ,加°貝出5亥感測元件之電流一電麼（I-V)值以得釗兮液中之盤尼西林濃度。 J值以侍到该洛址、# =\如申請專利範圍第9項所述之测量一溶、、夜中t尸π 2 3 6。，、中该+導體特性量測儀為Kelthley 、1 1.如申睛專利範圍第9項所述之旦^ 林濃度的系統，苴中、里一浴液中盤尼西 ”中该溫度控制器係控制於室溫奶。

0619-10330rrWFl(Nl);kai.ptc 第21頁 1281500 ^ ^月修正 MM 92137R?.i 六、申請專利範圍 1 2 ·如申請專利範圍第9 林濃度的系統，其中該參考電極。項所述之測量一溶液中盤尼西電極係銀/氣化銀（A g / A g C 1)參 1 3 .如申請專利笳圚乾N弟9項所述之測量一磨备妩.社丄、、丄丄、曲士 " / 不y項所迷 < 刿重一林 >辰度的糸統，其中今伞一 & 卞ϋ哀先隔絕容器係一暗箱。旦、、種1尼西林生物感測器之感測度（s e n s i t i v i t y ) 白、里測方法’其係採用如申言青專利範圍第9項之系、统，且其步驟包括：口 a將如申明專利範圍第1項所述之盤尼西林生物感測态之盤尼西林醯_薄膜與一酸鹼溶液接觸； (b) 在固疋溫度下，改變該酸驗溶液之酸驗值，並以該半導體特性量測儀測量，記錄該盤尼西林生物感測器的源/汲極電流對閘極電壓之曲線；以及 (c) 利用該源/汲極電流對閘極電壓之曲線，取一固定電流以求出在該固定溫度下該盤尼西林生物感測器之感測度。 1 5 ·如申請專利範圍第丨4項所述之盤尼西林生物感測器之感測度的量測方法，更包括以該盤尼西林生物感測器測量一盤尼西林溶液。 1 6 ·如申請專利範圍第1 4項所述之盤尼西林生物感測器之感測度的量測方法，其中該酸鹼溶液之酸鹼值係由PH 2 至pH 8。 1 7 ·如申請專利範圍第1 4項所述之盤尼西林生物感測器之感測度的量測方法，其中該半導體知'性里測儀對於该

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t〇·如申請專利範圍第14項所述之盤尼西林生物g、s| 裔之感測度的量測太、、土 ^ ^ ^ ^ 四杯生物感測 (κ / 、法，其中該參考黾極係銀/氣化jp (Ag/AgCl)參考電極。乳化銀括· 2丨· 一種測量一溶液中盤尼西林濃度的系統，其包 -如申請專利範圍第i項之盤尼西林生物感測哭· 一參考電極以提供穩定電位； w，一儀表放大器，其具有二輸入端與一輸出端，西林生物威測哭及兮炎去φ n \ "豕皿尼件王=A判叩及。亥芩考電極分別與該輪入端連接；一高阻抗三用電表，其盥儀以及，、/、儀表放大裔之輸出端連接；一微電腦酸驗指示系統；其中測量一溶液中之盤尼驗指示系統確定溶液之酸驗值及參考電極浸入該溶液中，則西林濃度時，以該微電腦酸 ’再將盤尼西林生物感測器可由該高阻抗三用電表讀出

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西抹2曲2·^申，專利範圍第21項所述之測量一溶液中盤尼 =又由^充’其中該高阻抗三用電表為HP3440 1 A。而H曲^ 1 ^專利靶圍第2 1項所述之測量一溶液中盤尼二又由糸_統，其中該工業儀表放大器為LT1167。 /如叫專利範圍第2 1項所述之測量一溶液中盤尼西林浪度的系統’其中該微電腦酸鹼指示系統可量測之酸鹼值範圍介於pH l〜pH 14，解析度為ρΗ 〇〇1。 ·如申叫專利範圍第2 1項所述之測量一溶液中盤尼西林濃度的系統’其中該參考電極係銀/氯化銀（Ag/AgCl) 參考電極。 ^ 2 6· —種盤尼西林生物感測器之響應量的量測方法，其係採用如申請專利範圍第2 1項之系統，且其步驟包括： (a)以該微電腦酸鹼指示系統測定一盤尼西林溶液之酸驗值； (b) 將如申請專利範圍第1項所述之盤尼西林生物感測裔之盤尼西林醯酿薄膜與該盤尼西林溶液接觸； (c) 紀錄由該高阻抗三用電表顯示之盤尼西林生物感測器的輸出電壓；以及 (d) 改變該盤尼西林溶液之濃度，分別重複步驟（a)〜、c )，以量出該盤尼西林生物感測器之響應量。 2 7 ·如申請專利範圍第2 6項所述之盤尼西林生物感測為之響應1的量測方法，其中該響應量係為同一 p Η值下，最初與最末量測點之輪出電壓之變化量。

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