TWI894781B - 表面電漿共振感測器、包含其之表面電漿共振感測裝置及使用其檢測分析物的方法 - Google Patents

Abstract

本發明是關於一種表面電漿共振感測器，包含：一基板；一適配層，設置於該基板上且包含一介電材料；以及一金屬層，設置於該適配層上，其中該金屬層具有一光柵結構，該光柵結構包含複數金屬線。此外，本發明還關於一種包含其之表面電漿共振感測裝置及使用其檢測分析物的方法。

Description

表面電漿共振感測器、包含其之表面電漿共振感測裝置及使用其檢測分析物的方法

本發明是關於一種表面電漿共振(surface plasmon resonance, SPR)感測器、包含其之表面電漿共振感測裝置及使用其檢測分析物的方法。特別是，本發明是關於一種具改良SPR靈敏度的表面電漿共振感測器、包含其之表面電漿共振感測裝置及使用其檢測分析物的方法。

基於二氧化矽平台的稜鏡型表面電漿共振(surface plasmon resonance, SPR)感測是生物/醫藥研究最常使用的無標記技術。基於無稜鏡金屬奈米結構的SPR系統可以使用法線入射光來誘導SPR訊號，提供一種更具成本效益的方式來實現基於晶片的高通量檢測應用。由於金的化學穩定性，目前主要採用鍍金的SPR感測器，據報導黏合層可以確保金與矽/二氧化矽基板的牢固黏合，但它可能會降低SPR靈敏度。

因此，亟需提供一種具改良SPR靈敏度的新型表面電漿共振感測器。

本發明的目的在於提供一種具改良SPR靈敏度的新型表面電漿共振感測器。

本發明的表面電漿共振(SPR)感測器包含：一基板；一適配層，設置於基板上且包含一介電材料；以及一金屬層，設置於適配層上，其中金屬層具有一光柵結構，光柵結構包含複數金屬線。

據報導，金屬奈米結構是透過法線入射光來誘導表面電漿共振(SPR)。在物理學中，法諾共振(Fano resonance)是指由共振(resonant)與背景散射機率(background scattering probabilities)之間的干涉(interference)引起的現象，在SPR光譜中的法諾共振傾角(Fano resonance dip)呈現不對稱的輪廓。在感測應用中，感測表面上分子的沉積會導致折射率發生變化，並因此導致法諾共振傾角發生偏移。一般來說，法諾共振傾角的半高寬(full width at half maximum, FWHM)越小，分子沉積的靈敏度越高。

在矽/二氧化矽基的SPR晶片中，黏合層用於穩定矽/二氧化矽表面上的金膜。然而，據報導，SPR訊號受金屬奈米結構的構形和黏合層材料所影響。因此，本發明主要是設計具有適配層的不同奈米結構來優化SPR訊號。

更具體來說，在本發明具有特定訊號增強的金屬奈米結構的SPR感測器中，適配層是使用具有低SPR訊號干涉的介電材料。在一些實施例中，適配層在多層結構中起到關鍵作用，表現出調節電漿分佈的能力，使得在最佳條件下可以極大地改善SPR靈敏度。

在一實施例中，適配層包含介電材料。在一實施例中，適配層可包含透明介電材料。在一實施例中，適配層可包含金屬氧化物、矽烷化合物(silane compound)或其組合。在一實施例中，適配層可包含氧化釔(Y ₂O ₃)、二氧化矽(SiO ₂)、(3-胺基丙基)三乙氧基矽烷((3-aminopropyl)triethoxysilane, APTES)或其組合。

在一實施例中，適配層的材料的折射率可介於1.3至1.9之間，較佳介於1.4至1.7之間。更具體來說，適配層的材料的折射率與待檢測生物分子的折射率相近。

在一實施例中，適配層的厚度可大於或等於0.5 nm且小於或等於50 nm。在一實施例中，適配層的厚度可大於或等於0.5 nm且小於或等於40 nm。在一實施例中，適配層的厚度可大於或等於0.5 nm且小於或等於30 nm。

適配層的厚度可根據適配層的材料來調整。例如，當適配層的材料為金屬氧化物(例如氧化釔(Y ₂O ₃)或二氧化矽(SiO ₂))時，適配層的厚度可介於0.5 nm至50 nm之間、介於1 nm至40 nm之間、介於1 nm至30 nm之間或介於2 nm至30 nm之間。當適配層的材料為矽烷化合物(例如APTES)時，適配層的厚度可介於0.5 nm至10 nm之間、介於0.5 nm至5 nm之間、介於0.5 nm至4 nm之間、介於0.5 nm至3 nm之間、介於0.5 nm至2 nm之間或介於0.5 nm至1 nm之間。

在一實施例中，適配層可為單層結構或多層結構。當適配層為單層結構時，適配層的材料必須與設置於其上的金屬層具有良好的附著力。當適配層為多層結構時，多層結構的最外層的材料必須與設置於其上的金屬層具有良好的附著力。當適配層為多層結構時，在多層結構中還可以包含本領域習知的其他黏合層(例如鈦層)，只要多層結構的最外層的材料與設置於其上的金屬層具有良好的附著力即可。

在一實施例中，金屬層設置於適配層上且具有光柵結構，光柵結構包含複數金屬線，且金屬線實質上彼此平行。在一實施例中，光柵結構可更包含複數凹槽，凹槽與金屬線交替設置。

在一實施例中，光柵結構的週期可介於300 nm至800 nm之間、介於300 nm至700 nm之間、介於300 nm至600 nm之間、介於350 nm至600 nm之間、介於350 nm至500 nm之間或介於390 nm至500 nm之間，例如390 nm、410 nm、430 nm、450 nm、470 nm、490 nm或500 nm；但本發明不限於此。在此，光柵結構的週期是指兩相鄰金屬線的中心線之間的距離。

在一實施例中，金屬線可分別具有大於或等於20 nm且小於或等於200 nm的寬度。在一實施例中，金屬線可分別具有大於或等於20 nm且小於或等於150 nm的寬度。在一實施例中，金屬線可分別具有大於或等於20 nm且小於或等於100 nm的寬度。在一實施例中，金屬線可分別具有大於或等於50 nm且小於或等於100 nm的寬度。在一實施例中，金屬線可分別具有大於或等於50 nm且小於或等於80 nm的寬度。

在一實施例中，凹槽可分別具有小於或等於200 nm的深度。在一實施例中，凹槽可分別具有大於20 nm且小於或等於200 nm的深度。在一實施例中，凹槽可分別具有大於20 nm且小於或等於180 nm的深度。在一實施例中，凹槽可分別具有大於20 nm且小於或等於160 nm的深度。在一實施例中，凹槽可分別具有大於20 nm且小於或等於140 nm的深度。在一實施例中，凹槽可分別具有大於20 nm且小於或等於120 nm的深度。

在一實施例中，金屬層的厚度可大於或等於20 nm且小於或等於150 nm。在一實施例中，金屬層的厚度可大於或等於20 nm且小於或等於100 nm。在一實施例中，金屬層的厚度可大於或等於20 nm且小於或等於80 nm。在一實施例中，金屬層的厚度可大於或等於20 nm且小於或等於50 nm。在一實施例中，金屬層的厚度可大於或等於30 nm且小於或等於50 nm。

在一實施例中，金屬層可包含金。然而，本發明不限於此，本發明可以使用任何本領域習知使用於SPR晶片的金屬。

此外，本發明更提供一種包含前述SPR感測器之表面電漿共振感測裝置。

除了前述SPR感測器，本發明的SPR感測裝置可更包含：一光源；一偏光片，設置於光源與SPR感測器之間，其中由光源發出的光經由偏光片轉換為一偏振光，以將偏振光提供至SPR感測器上；以及一檢測器，設置用來檢測由SPR感測器反射的偏振光。此外，SPR感測裝置可更包含：一準直器，設置於光源與SPR感測器之間。再者，SPR感測裝置可更包含：一分光鏡，設置於光源與SPR感測器之間，其中偏振光經由分光鏡反射至SPR感測器，且偏振光經由SPR感測器反射通過分光鏡至檢測器。

此外，本發明更提供一種檢測分析物的方法，包含以下步驟：提供前述的SPR感測器；向SPR感測器提供一偏振光；以及透過一檢測器檢測經由SPR感測器反射的偏振光，以得到一反射光譜。在此，分析物(例如生物分子)是設置於SPR感測器的金屬層上。

下文將配合圖式並詳細說明，使本發明的新穎特徵更明顯。

以下提供本發明的不同實施例。這些實施例是用於說明本發明的技術內容，而非用於限制本發明的範圍。實施例中的特徵可透過合適的修飾、置換、組合、或分離以應用於其他實施例。

應注意的是，在本文中，除了特別指明者之外，具備「一」元件的一構件不限於具備單一的該元件，而可具備一或更多的該元件。

此外，在本文中，除了特別指明者之外，諸如「第一」、「第二」等序數，是用於區別具有相同名稱的多個元件，並不表示它們之間存在位階、層級、執行順序、或製程順序。一「第一」元件與一「第二」元件可能一起出現在同一構件中，或分別出現在不同構件中。序數較大的一元件的存在不必然表示序數較小的另一元件的存在。

此外，在本文中，所謂的「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、或「之間(middle)」等用語以及所謂的「在…上(on)」、「之上(above)」、「之下(below)」、或「之間(between)」等用語，只是用於描述多個元件之間的相對位置，並且所述的相對位置可以被解釋為包括平移、旋轉、或鏡射的情形。

此外，在本文中，除了特別指明者之外，當一元件被描述為在另一元件「上」時，不必然表示該元件接觸另一元件。這種解釋也適用於與「在…上」類似的其他情況。

此外，在本文中，除了特別指明者之外，一數值可涵蓋該數值的±10%的範圍，特別是該數值±5%的範圍。除了特別指明者之外，一數值範圍是由較小端點數、較小四分位數、中位數、較大四分位數、及較大端點數所定義的多個子範圍所組成。

圖1為根據本發明一實施例的SPR感測裝置的示意圖。本實施例的SPR感測裝置包含光源1、偏光片2、準直器3、SPR感測器4、分光鏡5及檢測器6。偏光片2和準直器3設置於光源1與SPR感測器4之間。分光鏡5設置於光源1與SPR感測器4之間，並且還設置於SPR感測器4與檢測器6之間。由光源1發出的光經由偏光片2轉換為偏振光，從而提供偏振光並通過準直器3。然後，通過準直器3的偏振光經由分光鏡5反射至SPR感測器4的金屬表面4a。到達SPR感測器4的偏振光更經由SPR感測器4反射並通過分光鏡5至檢測器6，且檢測器6可以檢測經由SPR感測器4反射的偏振光。在此，圖1的SPR感測裝置僅作為示例，本發明不限於此。本發明可以使用本領域習知的任何其他SPR感測裝置。

圖2為根據本發明一實施例的SPR感測器的剖面圖。可以使用本領域習知的任何方法來製備本實施例的SPR感測器。

例如，提供可為矽基板或二氧化矽基板的基板41。在此，基板41為矽基板。接著，圖案化該基板41以形成複數凹槽411。圖案化基板41的方法可例如包含微影製程(lithography process)、濕蝕刻、乾蝕刻、本領域習知的任何其他合適的方法或其組合，但本發明不限於此。

然後，在基板41上及基板41的凹槽411中形成適配層42。形成適配層42的方法可例如包含化學氣相沉積、物理氣相沉積、濺鍍、塗佈或其組合，且塗佈可例如包含浸漬塗佈、旋轉塗佈、滾筒塗佈、刮刀塗佈、噴霧塗佈或其組合，但本發明不限於此。適配層42可包含透明介電材料，例如金屬氧化物(例如氧化釔或二氧化矽)、矽烷化合物(例如APTES)或其組合。

然後，在適配層42上形成金屬層43。形成金屬層43的方法可例如包含電鍍、化學電鍍、化學氣相沉積、物理氣相沉積、濺鍍、塗佈或其組合，但本發明不限於此。此外，金屬層43可包含金。

經前述製程後，可以形成本實施例的SPR感測器，包含：基板41；適配層42，設置於基板41上且包含介電材料；以及金屬層43，設置於適配層42上，其中金屬層43具有光柵結構，光柵結構包含複數金屬線431，且金屬線431實質上彼此平行。此外，光柵結構更包含複數凹槽432，且複數凹槽432與複數金屬線431交替設置。在圖2中，深度D是指光柵結構的凹槽432的深度，可為從金屬表面4a到基板41的凹槽411中的元件的上表面(例如圖2的金屬線43的上表面)的距離。

此外，本實施例的SPR感測器可更包含與基板41組裝在一起的蓋板45。因此，可以在基板41與蓋板45之間形成流體通道46，其中溶液(例如水、溶劑或含有分析物的溶液)可以填充流體通道46。蓋板45的材料可例如包含玻璃、石英、藍寶石、陶瓷、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、聚醯亞胺(polyimide, PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate, PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、其他合適的基板材料或其組合，但本揭露不限於此。

此外，可以將上述提供的SPR感測器或SPR感測裝置用於檢測分析物(例如生物分子)的方法。該方法可包含以下步驟：提供圖1所示的SPR感測裝置或圖2所示的SPR感測器；向SPR感測器提供偏振光，其中待檢測的分析物設置於SPR感測器的金屬層上；以及透過檢測器檢測經由SPR感測器反射的偏振光，以得到反射光譜。

在下列實驗中，金屬層43的厚度T1約為30-50 nm。適配層42的厚度T2約為0.5-30 nm。金屬線431的寬度W分別約為60-70 nm。凹槽411的高度H約為30-50 nm。在不同實施例的光柵結構的週期P(即兩相鄰金屬線431的中心線之間的距離)約為390-500 nm。

在下列實驗中，基板41為矽基板，金屬層43為金層，且金屬線431的寬度分別約為65 nm。下列實驗研究了不同週期設計、不同適配層的SPR感測器。此外，在下列實驗中，使用圖2所示不具蓋板45的SPR感測器進行模擬。透過有限時域差分法(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)(FDTD解決方案，Ansys Lumerical，加拿大溫哥華)來計算模擬色散圖(SPR感測器的反射光譜與波長和結構參數的關係)。矽、二氧化矽、氧化鋁(Al ₂O ₃)、氧化釔(Y ₂O ₃)、二氧化鈦(TiO ₂)及金的複介電常數(complex permittivities)是由Ansys Lumerical所提供的內建資料庫。在模擬中，來自可見光至近紅外光區的準直寬頻平面波撞擊SPR感測器在面內(x)方向上具有週期性邊界條件(periodic boundary conditions)且在激發(y)方向上具有完美匹配層(PML)邊界條件的晶胞。入射光的偏振為橫向磁性(transverse-magnetic)，可成功生成SPR。最小網格尺寸為1 nm的不均勻網格覆蓋了奈米結構的整個區域。一旦模擬收斂到1 × 10 ^-5的截止水平(shutoff level)就終止計算。

圖3為根據本發明一些實施例的不同週期設計的SPR感測器的反射光譜。如圖3所示，所製成的具有2 nm鈦適配層且不同週期(即410 nm、430 nm、450 nm、470 nm)的SPR感測器的反射光譜與模擬反射光譜相似(圖未示)。從模擬電場分佈(圖未示)可以觀察到，不同的週期設計會導致不同的表面電場分佈。一般來說，表面電漿的分佈與目標分子的尺寸有關，且表面電漿與感測器表面越近，越有利於小分子的檢測。

在矽/二氧化矽基晶片的常規製程中，為了在矽/二氧化矽表面塗佈金的薄膜，需要在金與二氧化矽之間沉積黏合層以穩定塗層。圖4A至圖4C為具有不同結構高度(即圖2所示的凹槽411的高度H)、金膜厚度(即圖2所示的金屬層43的厚度T1)及結構寬度(即圖2所示的金屬線431的寬度W)且週期為470 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。圖4D至圖4F為具有不同結構高度(即圖2所示的凹槽411的高度H)、金膜厚度(即圖2所示的金屬層43的厚度T1)及結構寬度(即圖2所示的金屬線431的寬度W)且週期為430 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。從圖4A至圖4F所示的結果可以發現，透過調整奈米結構在600-650 nm的SPR光譜分佈的週期、寬度、高度及金的厚度可以減少鈦的干涉。

此外，也模擬了不同介電材料作為適配層的反射光譜。圖5A至圖5C為具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為430 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。圖6A至圖6C為具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為450 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。圖7A至圖7C為具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為470 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。以氧化釔(Y ₂O ₃)和(3-胺基丙基)三乙氧基矽烷(APTES)為例，將SPR反射光譜模擬結果與使用鈦作為適配層的結果相比，適配層越厚，法諾共振傾角的半高寬就越小。結果顯示，如果使用氧化釔或APTES作為適配層，可能在SPR應用中得到較高的SPR靈敏度。

此外，也模擬了沉積10 nm生物分子層的SPR光譜。圖5D至圖5F為在10 nm生物分子層下具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為430 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。圖6D至圖6F為在10 nm生物分子層下具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為450 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。圖7D至圖7F為在10 nm生物分子層下具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為470 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。結果顯示，法諾共振傾角處波長偏移的顯著變化(約0.35生物分子層的厚度(nm)/法諾共振傾角處波長偏移(nm))。

上述模擬結果表示，利用不同的介電材料作為適配層，具有開發更高靈敏度的SPR感測晶片的潛力。

在下列實驗中，如圖2所示，基板41為矽基板，金屬層43為金層。SPR感測器的週期為410 nm，金屬線431的寬度W為100 nm，凹槽411的高度H為40 nm，且金層的厚度為40 nm。此外，在下列實驗中，使用圖2所示不具蓋板45的SPR感測器進行模擬。模擬方法與上述的模擬方法相似，故此處不再贅述。

圖8A為在10 nm生物分子層下不具有適配層且週期為410 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。圖8B及圖8C為在10 nm生物分子層下具有10 nm及20 nm鈦適配層且週期為410 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。圖8D及圖8E為在10 nm生物分子層下具有10 nm及20 nm氧化釔適配層且週期為410 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。圖8F至圖8H為在10 nm生物分子層下具有5 nm、10 nm及20 nm二氧化矽適配層且週期為410 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。圖9顯示不同適配層(氧化釔適配層、鈦適配層及二氧化矽適配層)的厚度與厚度靈敏度(thickness sensitivity)/增強因子(enhancement factor)之間的關係圖。在此，厚度靈敏度被定義為傾角處波長偏移(dip wavelength shift)(nm)除以生物分子層的厚度(nm)，且增強因子被定義為厚度靈敏度除以10 nm鈦適配層的厚度靈敏度。

如圖9所示，由模擬數據顯示，當作為適配層的二氧化矽的厚度超過7.5 nm時，其厚度靈敏度優於傳統方法中用於穩定矽表面上金薄膜的鈦。

儘管未揭示，但在金膜與矽奈米狹縫之間添加介電適配層將會增加介電層的光子並減少金的表面的衰減長度(decay length)。衰減長度的縮短會增加厚度靈敏度，而介電層中增加的光子則會降低靈敏度，故需要在介電厚度與折射率之間權衡。最佳的條件是使用厚度為10 nm的二氧化矽膜。金膜無法很好地黏合到二氧化矽上，因此使用了額外的有機矽烷化合物，如3-胺基丙基三乙氧基矽烷(APTES)及巰基矽烷(mercaptosilane)。

基於此見解，進行了探究具有不同適配層設計的矽基SPR晶片的厚度靈敏度分析實驗。準備了四種不同的晶片配置，每種配置重複三次。這些配置在矽基SPR晶片上使用5 nm二氧化矽、10 nm二氧化矽、20 nm二氧化矽及10 nm鈦膜的塗層。隨後，在晶片上塗佈40 nm的金薄膜以誘導SPR訊號。值得注意的是，金膜不能穩定的黏合到二氧化矽表面。因此，在塗佈金之前，需要在塗佈二氧化矽的晶片上塗佈額外的(3-胺基丙基)三乙氧基矽烷(APTES)(厚度約1 nm)塗層。

為了厚度靈敏度測試，採用氧化鋁(Al ₂O ₃)作為測試標的。在透過原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)將氧化鋁沉積在金膜上之前，使用光譜儀測量每個晶片的反射光譜。隨後，在金膜上塗佈5 nm的氧化鋁塗層，並將此製程重複3次。可以獲得0 nm、5 nm、10 nm及15 nm的氧化鋁膜的SPR現象所引起的反射光譜中峰值偏移的資訊。結果如圖10所示，其顯示不同適配層(鈦適配層及二氧化矽適配層)在SPR晶片上SPR峰值的偏移與氧化鋁厚度之間的關係圖。

此外，圖11顯示不同適配層(鈦適配層及二氧化矽適配層)的厚度與增強因子之間的關係圖。如圖11所示，對測量數據的分析揭示了每種塗層配置的不同厚度靈敏度。厚度靈敏度被定義為傾角處波長偏移(nm)除以氧化鋁層的厚度，增強因子被定義為厚度靈敏度除以10 nm鈦適配層的厚度靈敏度。增強因子數值如下：5 nm二氧化矽(0.9)、10 nm二氧化矽(1.6)及20 nm二氧化矽(1.5)。從圖11所示的測量數據觀察到的趨勢與圖9所示的模擬結果一致，證實了與採用鈦作為黏合層的傳統方法相比，使用二氧化矽作為適配層具有增強生物膜的厚度靈敏度的潛力。

綜上所述，在本發明的SPR感測器中，將低SPR訊號干涉的介電材料用於適配層，並且此特殊的訊號增強金屬奈米結構可用來提供產生高通量的流體整合反射SPR晶片，作為新型的生物分子感測/篩選平台。

此外，將介電材料(例如二氧化矽)用於適配層來調節電漿分佈。根據模擬結果，在適配層存在下，雖然SPR峰型變寬，但生物分子層所引起的紅移似乎會增加，從而導致SPR靈敏度增加。此外，適配層的參數也很關鍵，如果適配層的特性與生物分子層匹配的話，則可能會發生破壞性干涉(destructive interference)，使得基體模式(substrate-mode)SPR消失，這將會增強了生物分子厚度的靈敏度。

儘管本發明已透過其實施例來說明，應理解的是，只要不背離本發明的精神及申請專利範圍所主張者，可作出許多其他可能的修飾及變化。

1                            光源 2                            偏光片 3                            準直器 4                            SPR感測器 41                          基板 411                        凹槽 42                          適配層 43                          金屬層 431                        金屬線 432                        凹槽 45                          蓋板 46                          流體通道 4a                          金屬表面 5                            分光鏡 6                            檢測器 D                           深度 H                           高度 T1, T2                   厚度 P                            週期 W                          寬度

圖1為根據本發明一實施例的SPR感測裝置的示意圖。 圖2為根據本發明一實施例的SPR感測器的剖面圖。 圖3為根據本發明一些實施例的不同週期設計的SPR感測器的反射光譜。 圖4A至圖4C為具有不同結構高度、金膜厚度及結構寬度且週期為470 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖4D至圖4F為具有不同結構高度、金膜厚度及結構寬度且週期為430 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖5A至圖5C為具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為430 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖5D至圖5F為在10 nm生物分子層下具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為430 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖6A至圖6C為具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為450 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖6D至圖6F為在10 nm生物分子層下具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為450 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖7A至圖7C為具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為470 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖7D至圖7F為在10 nm生物分子層下具有或不具有鈦適配層、氧化釔適配層及APTES適配層且週期為470 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖8A為在10 nm生物分子層下不具有適配層且週期為410 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖8B及圖8C為在10 nm生物分子層下具有10 nm及20 nm鈦適配層且週期為410 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖8D及圖8E為在10 nm生物分子層下具有10 nm及20 nm氧化釔適配層且週期為410 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖8F至圖8H為在10 nm生物分子層下具有5 nm、10 nm及20 nm二氧化矽適配層且週期為410 nm的SPR感測器的模擬反射光譜。 圖9顯示不同適配層(氧化釔適配層、鈦適配層及二氧化矽適配層)的厚度與厚度靈敏度/增強因子(enhancement factor)之間的關係圖。 圖10顯示不同適配層(鈦適配層及二氧化矽適配層)在SPR感測器上SPR峰值的偏移與氧化鋁(Al ₂O ₃)厚度之間的關係圖。 圖11顯示不同適配層(鈦適配層及二氧化矽適配層)的厚度與增強因子之間的關係圖。

1                        光源 2                        偏光片 3                        準直器 4                        SPR感測器 4a                      金屬表面 5                        分光鏡 6                        檢測器

Claims (14)

1. 一種表面電漿共振感測器，包含：一基板；一適配層，設置於該基板上且包含一介電材料，且該適配層為多層結構；以及一金屬層，設置於該適配層上，其中該金屬層具有一光柵結構，該光柵結構包含複數金屬線。
2. 如請求項1所述的表面電漿共振感測器，其中該適配層包含金屬氧化物、矽烷化合物或其組合。
3. 如請求項1所述的表面電漿共振感測器，其中該適配層包含氧化釔、二氧化矽、(3-胺基丙基)三乙氧基矽烷(APTES)或其組合。
4. 如請求項1所述的表面電漿共振感測器，其中該複數金屬線實質上彼此平行。
5. 如請求項1所述的表面電漿共振感測器，其中該光柵結構的週期介於300 nm至800 nm之間。
6. 如請求項1所述的表面電漿共振感測器，其中該適配層的厚度大於或等於0.5 nm且小於或等於50 nm。
7. 如請求項1所述的表面電漿共振感測器，其中該光柵結構更包含複數凹槽，該複數凹槽與該複數金屬線交替設置，該複數凹槽分別具有一深度，且該深度小於或等於200 nm。
8. 如請求項1所述的表面電漿共振感測器，其中該複數金屬線分別具有一寬度，該寬度大於或等於20 nm且小於或等於200 nm。
9. 如請求項1所述的表面電漿共振感測器，其中該金屬層的厚度大於或等於20 nm且小於或等於200 nm。
10. 如請求項1所述的表面電漿共振感測器，其中該金屬層包含金。
11. 一種表面電漿共振感測裝置，包含：如請求項1所述的表面電漿共振感測器；一光源；一偏光片，設置於該光源與該表面電漿共振感測器之間，其中由該光源發出的光經由該偏光片轉換為一偏振光，以將該偏振光提供至該表面電漿共振感測器上；以及一檢測器，設置用來檢測由該表面電漿共振感測器反射的該偏振光。
12. 如請求項11所述的表面電漿共振感測裝置，更包含一準直器，設置於該光源與該表面電漿共振感測器之間。
13. 如請求項11所述的表面電漿共振感測裝置，更包含一分光鏡，設置於該光源與該表面電漿共振感測器之間，其中該偏振光經由該分光鏡反射至該表面電漿共振感測器，且該偏振光經由該表面電漿共振感測器反射通過該分光鏡至該檢測器。
14. 一種檢測分析物的方法，包含以下步驟：提供如請求項1所述的該表面電漿共振感測器；向該表面電漿共振感測器提供一偏振光；以及透過一檢測器檢測經由該表面電漿共振感測器反射的該偏振光，以得到一反射光譜。