TWI831641B

TWI831641B - 雙液晶穆勒偏振檢測系統及檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法

Info

Publication number: TWI831641B
Application number: TW112108848A
Authority: TW
Inventors: 連啓翔; 國興潘; 陳宗鴻
Original assignee: 國立聯合大學
Priority date: 2023-03-10
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2024-02-01
Also published as: TW202436855A

Abstract

本發明提供一種雙液晶穆勒偏振檢測系統，包含光源、線偏振模組、偏振狀態產生器、史托克斯偏振儀及處理器。線偏振模組配置使入射光成為線性偏振光。偏振狀態產生器包含液晶相位延遲元件組和四分之一波片，配置以形成具有不同調制偏振狀態之調制偏振光。史托克斯偏振儀配置以接受生物樣本反射之反射光，並產生光學資訊。處理器用以控制液晶相位延遲元件組和計算光學資訊。藉此，本發明之雙液晶穆勒偏振檢測系統可依據光學資訊計算出對應的微分穆勒矩陣，再計算出線性相位延遲值區分生物樣本中不同交聯度的非酵素性糖化膠原蛋白。

Description

雙液晶穆勒偏振檢測系統及檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法

本發明係關於一種光學參數檢測系統以及以光學參數檢測生物樣本的方法，特別是關於一種利用穆勒矩陣和史托克斯向量的生物樣本檢測系統及其檢測生物樣本的方法。

糖化反應(glycation)分為兩種-酵素性糖化反應和非酵素性糖化反應，酵素性糖化反應為在糖基轉移酶的作用下，將糖分子在靶分子上的限定位點處與蛋白質或脂質分子結合，其為蛋白質轉譯後修飾的重要形式，對於有機體調節自身蛋白功能有重要意義，且為可逆的過程。而非酵素性糖化反應為還原糖(例如葡萄糖)的羰基(carbonyl group)與蛋白質上的一級胺基(primary amino group)進行非酵素性縮合反應而生成高等糖化終產物(Advanced Glycation End Products, AGEs)。

膠原蛋白是人體中含量最豐富的細胞外基質(extracellular matrix, ECM)蛋白，約佔ECM蛋白質的30%，膠原蛋白既是結構成分，又是生物分子相互作用發揮作用的信號分子，因此是有機體中非常重要的蛋白質。膠原蛋白纖維的分子結構複雜，由於分子尺度的非等向性(anisotropic)以及構型的非等向性而具有固有的線性雙折射，且其整體線性雙折射特性取決於空間電荷的非等向性分佈。因膠原蛋白的雙折射特性，常被以偏振測量技術(例如偏光顯微鏡)進行檢測。穆勒矩陣偏光儀具有能以單一入射光源分析非等向性材料的各項光學性質的能力，目前生物醫學相關的研究會透過穆勒矩陣(Mueller matrix)來描述樣本在偏振系統中的狀態，並透過穆勒矩陣的分析法進行光學參數的解析。

研究顯示，膠原蛋白的非酵素性糖化反應會隨著細胞外基質中膠原蛋白的積累、年齡及/或糖尿病而發生，導致組織力學和細胞功能的改變，進而影響組織或生物衍生支架的特性。目前已知非酵素性糖化反應的最終產物是永久性的，並且在糖尿病、動脈粥樣硬化、阿茲海默症等疾病中發揮重要作用。因此，如何檢測非酵素性糖化膠原蛋白對於疾病的早期治療及後續監控至為重要。

本發明之一態樣是在於提供一種雙液晶穆勒偏振檢測系統，用以檢測生物樣本中是否存在非酵素性糖化膠原蛋白，雙液晶穆勒偏振檢測系統包含光源、線偏振模組、偏振狀態產生器、史托克斯偏振儀以及處理器。所述光源配置以產生入射光，入射光沿著一光路徑入射至生物樣本。線偏振模組配置使入射光成為線性偏振光。偏振狀態產生器設置於線偏振模組與生物樣本之間，配置以接收線性偏振光並改變線性偏振光的偏振狀態以形成調制偏振光。偏振狀態產生器依光路徑之方向包含液晶相位延遲元件組和四分之一波片，液晶相位延遲元件組包含第一液晶相位延遲元件和第二液晶相位延遲元件，第一液晶相位延遲元件的液晶光軸方向為45度，第二液晶相位延遲元件的液晶光軸方向為90度，且第二液晶相位延遲元件較第一液晶相位延遲元件靠近生物樣本。四分之一波片配置於液晶相位延遲元件組與生物樣本之間，四分之一波片的快軸角為-45度。史托克斯偏振儀配置以接受調制偏振光經過生物樣本後形成之反射光，並產生光學資訊。處理器訊號連接偏振狀態產生器和史托克斯偏振儀，且處理器包含控制模組和計算模組。控制模組用以傳送電子訊號至偏振狀態產生器，所述電子訊號包含複數個驅動電壓，使調制偏振光具有複數個調制偏振狀態，所述每個調制偏振狀態彼此不相同。計算模組用以接收史托克斯偏振儀所產生之光學資訊並計算出對應的微分穆勒矩陣，再計算出線性相位延遲值以區分生物樣本中不同交聯度之非酵素性糖化膠原蛋白。

本發明之另一態樣是在於提供一種檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法，用以檢測一生物樣本中是否存在一非酵素性糖化膠原蛋白，包含以下步驟。提供前段所述之雙液晶穆勒偏振檢測系統。將生物樣本設置於偏振狀態產生器和史托克斯偏振儀之間。使光源產生入射光，並沿著光路徑入射至生物樣本。進行偏振狀態產生步驟，係以控制模組傳送電子訊號至偏振狀態產生器，所述電子訊號包含複數個驅動電壓，使入射光經過偏振狀態產生器後形成具有複數個調制偏振狀態之調制偏振光，所述每個調制偏振狀態彼此不相同，其中所述調制偏振光用以射向生物樣本。進行一光學資訊獲取步驟，係由史托克斯偏振儀接受調制偏振光經過生物樣本後形成之反射光，並產生光學資訊。進行一判斷步驟，係以計算模組依據光學資訊計算出對應的微分穆勒矩陣，再計算出線性相位延遲值以區分生物樣本中不同交聯度之非酵素性糖化膠原蛋白。

藉此，本發明之雙液晶穆勒偏振檢測系統可在不需移動任何元件的情況下，利用處理器的控制模組傳送電子訊號至偏振狀態產生器，以調制所有類型的偏振狀態，使用史托克斯偏振儀接收經生物樣本所產生的反射光及產生光學資訊，再使用處理器的計算模組以微分穆勒矩陣分析計算出線性相位延遲值，以區分非酵素性糖化膠原蛋白，其可在生物樣本的自然條件下進行測量，為一種快速簡單的檢測方式。

下述將更詳細討論本發明各實施方式。然而，此實施方式可為各種發明概念的應用，可被具體實行在各種不同的特定範圍內。特定的實施方式是僅以說明為目的，且不受限於揭露的範圍。關於本文中所使用之「第一」、「第二」、…等，並非特定指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

一、本發明之雙液晶穆勒偏振檢測系統及檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法

請參照第1圖，係繪示膠原蛋白的非酵素性糖化反應的主要機制示意圖，膠原蛋白的非酵素性糖化反應涉及希夫鹼的可逆形成，希夫鹼可逆地轉化為膠原蛋白上的阿瑪得利產物，阿瑪得利產物經脫水和重排反應生成具有高度活性的羰基化合物，羰基化合物進一步與蛋白質的自由胺基反應生成穩定不可逆的高等糖化終產物(AGEs)。可見膠原蛋白的非酵素性糖化反應前期為可逆的，因而如何早期檢測到非酵素性糖化膠原蛋白至關重要。

請參照第2圖，其係繪示本發明一實施方式之雙液晶穆勒偏振檢測系統100的示意圖。雙液晶穆勒偏振檢測系統100用以檢測生物樣本170中是否存在非酵素性糖化膠原蛋白，雙液晶穆勒偏振檢測系統100包含光源110、線偏振模組120、偏振狀態產生器130、史托克斯偏振儀140以及處理器150。

所述光源110配置以產生入射光，入射光沿著一光路徑入射至生物樣本170。光源110可為可見光源、紅外線光源、紫外線光源、雷射光源或寬頻光源，所產生之入射光可為單波長光或多波長光，本發明並不限制光源110所產生之入射光的種類和波段等。

線偏振模組120配置以接收入射光，並使入射光成為線性偏振光。線偏振模組120依光路徑之方向可包含二分之一波片121以及第一線偏振片122，且第一線偏振片122的主軸角為45度。二分之一波片121使入射光的偏振角度旋轉180度，再經由主軸角為45度的第一線偏振片122使線性偏振光產生+45度的分量差。

偏振狀態產生器130設置於線偏振模組120與生物樣本170之間，配置以接收線性偏振光並改變線性偏振光的偏振狀態以形成調制偏振光。偏振狀態產生器130依光路徑之方向包含液晶相位延遲元件組131和四分之一波片134，液晶相位延遲元件組131包含第一液晶相位延遲元件132和第二液晶相位延遲元件133，第一液晶相位延遲元件132的液晶光軸方向為45度，第二液晶相位延遲元件133的液晶光軸方向為90度，且第二液晶相位延遲元件133較第一液晶相位延遲元件132靠近生物樣本170。四分之一波片134配置於液晶相位延遲元件組131與生物樣本170之間，四分之一波片134的快軸角為-45度。偏振狀態產生器130可更包含一第二線偏振片135，其設置於線偏振模組120與液晶相位延遲元件組131之間，且第二線偏振片135與第一線偏振片122的主軸設置為相同方向。

史托克斯偏振儀140配置以接受調制偏振光經過生物樣本170後形成之反射光，並產生光學資訊。

處理器150訊號連接偏振狀態產生器130和史托克斯偏振儀140，且處理器150包含控制模組151和計算模組152。控制模組151用以傳送電子訊號至偏振狀態產生器130，所述電子訊號包含複數個驅動電壓，使調制偏振光具有複數個調制偏振狀態，其中每個調制偏振狀態彼此不相同。為了滿足計算所需的條件，所述複數個調制偏振狀態可為大於等於4的正整數。計算模組152用以接收史托克斯偏振儀140所產生之光學資訊並計算出對應的微分穆勒矩陣，再計算出線性相位延遲值以區分生物樣本170中不同交聯度之非酵素性糖化膠原蛋白。計算模組152更包含根據光學資訊計算出複數個史托克斯向量，再根據複數個史托克斯向量計算出微分穆勒矩陣，其中每一個史托克斯向量對應調制偏振光的其中一個調制偏振狀態。

雙液晶穆勒偏振檢測系統100可更包含光路調整元件160，光路調整元件160位於線偏振模組120和偏振狀態產生器130之間，光路調整元件160配置以調整線性偏振光的行進方向，所述光路調整元件160可為反射鏡、折射鏡、分光鏡或稜鏡之組合。

請再參照第3圖並請搭配第2圖，第3圖繪示本發明另一實施方式之檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法200的流程圖。檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法200用以檢測生物樣本170中是否存在非酵素性糖化膠原蛋白，其包含步驟210、步驟220、步驟230、步驟240、步驟250和步驟260。

步驟210是提供前段所述之雙液晶穆勒偏振檢測系統100。

步驟220是將生物樣本170設置於偏振狀態產生器130和史托克斯偏振儀140之間。

步驟230是使光源110產生入射光，並沿著光路徑入射至生物樣本170。

步驟240是進行偏振狀態產生步驟，係以控制模組151傳送電子訊號至偏振狀態產生器130，所述電子訊號包含複數個驅動電壓，使入射光經過偏振狀態產生器130後形成具有複數個調制偏振狀態之調制偏振光，其中每個調制偏振狀態彼此不相同，為了滿足計算所需的條件，所述複數個調制偏振狀態可為大於等於4的正整數，其中所述調制偏振光用以射向生物樣本170。

步驟250是進行光學資訊獲取步驟，係由史托克斯偏振儀140接受調制偏振光經過生物樣本170後形成之反射光，並產生光學資訊。

步驟260是進行判斷步驟，係以計算模組152依據光學資訊計算出對應的微分穆勒矩陣，再計算出線性相位延遲值以區分生物樣本170中不同交聯度之非酵素性糖化膠原蛋白。進一步地說，判斷步驟可更包含根據光學資訊計算出複數個史托克斯向量，再根據複數個史托克斯向量計算出微分穆勒矩陣，其中每一個史托克斯向量對應調制偏振光的其中一個調制偏振狀態。

詳細地說，通過生物樣本170的反射光的調制偏振狀態可用4個史托克斯向量(S)來描述，並可用4×4的穆勒矩陣(Mueller matrix)來描述生物樣本170的光學特性，其線性關係定義如方程式(2)所示： …(2)，其中S _out和S _in分別為輸出光和輸入光的史托克斯向量，M為穆勒矩陣。

為了得到解生物樣本170穆勒矩陣所需的所有方程式，輸入光會相應輸入四種調制偏振狀態，包括3個線偏振狀態(主軸角為0度、45度和90度)和1種右旋圓偏振狀態，其相應的輸入史托克斯向量分別為S _{in0 deg}= [1,1,0,0] ^T、S _{in45 deg}= [1,0,1,0] ^T、S _{in 90 deg}= [1,-1,0,0] ^T、和S _{in_R}= [1,0,0,1] ^T。進一步沿著光路徑的z方向准直透射的配置以確立相對於宏觀穆勒矩陣(M)的微分穆勒矩陣(m)，其關係定義如方程式(3)所示： …(3)。

因為光通過有限長度的生物樣品170傳輸，穆勒矩陣包含累積效應的信息，由方程式(3)獲得的光路加權微分穆勒矩陣( )是對未知的均勻介質路徑長度(Δz)的測量，其關係定義表示如方程式(4)所示： …(4)。

而基於所累積的信息，光路加權微分穆勒矩陣的參數可明確解釋生物樣本170的物理特性，根據膠原蛋白材料的非等項性，其具有累積效應的線性雙折射的線性相位延遲( )，其可由如下方程式(5)獲得： …(5)，其中m _ij為微分穆勒矩陣的元素。

更進一步地說，本發明之雙液晶穆勒偏振檢測系統100的偏振狀態產生器130透過第一液晶相位延遲元件132和第二液晶相位延遲元件133搭配四分之一波片134組成，偏振狀態產生器130穆勒矩陣模型可以表示如方程式(1)： …(1)，其中 M _system 、 M _λ/4 、 M _LC2 和 M _LC1 分別為偏振狀態產生器130、四分之一波片134、第二液晶相位延遲元件133和第一液晶相位延遲元件132的穆勒矩陣， δ ₁ 、 δ ₂ 和 δ ₃ 分別為第一液晶相位延遲元件132、第二液晶相位延遲元件133和四分之一波片134的可調節相位延遲， θ ₁ 和 θ ₂ 為第一液晶相位延遲元件132、第二液晶相位延遲元件133的液晶光軸方向， θ ₃ 為四分之一波片134的快軸角。

當光源110所產生的入射光經線偏振模組120轉換為線性偏振光，且沿垂直光學桌方向(90度)震盪進入偏振狀態產生器130，其調制偏振光的調制偏振狀態表示如方程式(6)： …(6)，其中 S _Output 和 S _Input 分別為線性偏振光和調制偏振光的史托克斯向量， M _system 為偏振狀態產生器130的穆勒矩陣， δ ₁ 和 δ ₂ 分別為第一液晶相位延遲元件132和第二液晶相位延遲元件133的可調節相位延遲。

請參照第4A圖和第4B圖，為不同相位控制第一液晶相位延遲元件132和第二液晶相位延遲元件133其史托克斯向量參數與主軸角之結果圖。如第4A圖所示可知，控制 δ ₁ 相位保持固定(0π)並調制不同 δ ₂ 相位產生皆為圓偏振狀態，此等效於四分之一波片。而如第4B圖的結果顯示，當 δ ₁ 相位設定 0.5π時產生皆為線性偏振狀態，可旋轉0度至180度，此等效於旋轉二分之一波片。若考量針對不同波長時，將第一液晶相位延遲元件132和第二液晶相位延遲元件133之驅動電壓進行調製並產生0至2π相位變化區間的校正曲線，利用驅動電壓校正曲線使本發明之雙液晶穆勒偏振檢測系統100可拓展運用於不同雷射光源波長之輸入進行測量。

二、試驗例

1.生物樣本製備

試驗上使用取自大鼠尾巴(354249, Corning)獲得的第一型膠原蛋白溶液製備體外生長的膠原蛋白凝膠基質。在冰上製備工作濃度為1至2 mg/mL的膠原蛋白溶液，並用磷酸鹽緩衝溶液(PBS)補足膠原蛋白凝膠基質的總體積，製備時使用無菌氫氧化鈉(NaOH)中和膠原溶液的pH值，並將膠原蛋白溶液加入Ibidi μ-slide 8孔盤(Ibidi GmbH)中在4 ^oC下緩慢聚合20小時。所形成的膠原蛋白凝膠基質從培養皿底部釋放出來，其厚度為0.5至1.5 mm，再固定在4%多聚甲醛中。以下試驗所使用的膠原蛋白凝膠基質為同時間聚合而成的，每個試驗皆為三重複，且每個組別的數據皆為單獨測量以提供光學參數的平均值和標準偏差。

2.檢測不同光程長度的膠原蛋白溶液和膠原蛋白凝膠基質

試驗上先以本發明之檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法200測量恆定膠原蛋白濃度但具有不同光程長度的膠原蛋白溶液和膠原蛋白凝膠基質的線性相位延遲，所適用的光程長度分別為0.5、1.0和1.5 mm。進一步地說，線性相位延遲值可經由未反應的組別作為對照組進行校正，其延遲值範圍為0至2π rad。請參照第5A圖和第5B圖，第5A圖為不同光程長度的膠原蛋白溶液的線性相位延遲分析結果圖，第5B圖為不同光程長度的膠原蛋白凝膠基質的線性相位延遲分析結果圖。

第5A圖的結果顯示，不同光程長度的膠原蛋白溶液統計計算平均線性相位延遲值介於0.1205和0.1231之間。而第5B圖的結果顯示，膠原蛋白凝膠基質與光程長度(不同厚度)對應的線性相位延遲值從薄路徑到厚路徑顯著地增加，線性相位延遲值從0.1339增加至0.2009 (R ²= 0.9848)。另如第5A圖和第5B圖所示，可觀察到在相同光程長度的情況下，膠原蛋白溶液的變異係數[分別為0.025% (0.5 mm)、0.055% (1.0 mm)和 0.086%(1.5 mm)]均小於膠原蛋白凝膠基質的變異係數[分別為0.618% (0.5 mm)、2.354% (1.0 mm)和 1.705% (1.5 mm)]。由於膠原蛋白凝膠基質中膠原纖維和原纖維的組織尺度定向分佈的隨機積累，使得較厚樣本的線性相位延遲值波動較大。

3.檢測不同膠原蛋白濃度的膠原蛋白溶液和膠原蛋白凝膠基質

試驗上再以本發明之檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法200測量具有相同光程長度但不同膠原蛋白濃度的膠原蛋白溶液和膠原蛋白凝膠基質的線性相位延遲，所使用的膠原蛋白濃度分別為1.0、1.5和2.0 mg/mL，每個樣本總體積皆為200 mL。請參照第6A圖和第6B圖，第6A圖為不同膠原蛋白濃度的膠原蛋白溶液的線性相位延遲分析結果圖，第6B圖為不同膠原蛋白濃度的膠原蛋白凝膠基質的線性相位延遲分析結果圖。

第6A圖的結果顯示，不同膠原蛋白濃度的膠原蛋白溶液其線性相位延遲值保持不變，平均值在0.1260和0.1280之間。而第6B圖的結果顯示，膠原蛋白凝膠基質與膠原蛋白濃度對應的線性相位延遲值從濃度低到濃度高顯著地增加，平均值分別為0.1447 ± 0.009 (1.0 mg/mL)、0.1472 ± 0.009 (1.5 mg/mL)和0.160 ± 0.0236 (2.0 mg/mL)。統計結果顯示，隨著膠原蛋白濃度的增加，線性相位延遲值的增加更快，其中膠原蛋白濃度為2 mg/mL的膠原蛋白凝膠基質在四次重複測試中測得的線性相位延遲值的標準偏差非常高。

第5A圖至第6B圖的結果顯示，線性相位延遲值隨樣本的光程長度(厚度)和其中膠原蛋白濃度而變化，隨著膠原蛋白單體濃度自組裝成原纖維或厚度波動的增加，線性相位延遲波動增加，這與先前研究相似。

4.檢測不同交聯度的非酵素性糖化膠原蛋白

試驗上再以本發明之檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法200測量不同交聯度的非酵素性糖化膠原蛋白的線性相位延遲。所使用的膠原蛋白凝膠基質為於相同時間和相同條件下製備的，其中膠原蛋白濃度皆為2 mg/mL且厚度相同，以排除膠原蛋白濃度和光程長度所造成的影響。在37 ^oC下將膠原蛋白凝膠基質與不同濃度的D-核糖(R7500, Sigma)於1 × PBS中培育4天進行非酵素性糖化反應，所使用的D-核糖濃度分別為0、25、50和100 mM，並在相同溫度下緩衝至生理pH，以獲得不同交聯度的非酵素性糖化膠原蛋白。

請參照第7圖，為不同交聯度的非酵素性糖化膠原蛋白的線性相位延遲分析結果圖，結果顯示，濃度為0、25、50和100 mM的D-核糖樣本，其線性相位延遲平均值分別為0.1560、0.1568、0.1995和0.2110，與不含D-核糖的組別相比，可觀察到具有最高濃度D-核糖的組別其線性相位延遲值增加了35%。此外，結果顯示膠原蛋白凝膠基質與較高濃度的D-核糖反應的方式會導致線性相位延遲值的變化較小。而與未進行非酵素性糖化反應的對照組(D-核糖濃度為0 mM)相比，非酵素性糖化膠原蛋白於較高D-核糖濃度中的線性相位延遲具有統計學顯著差異。

綜上所述，本發明之雙液晶穆勒偏振檢測系統可在不需移動任何元件的情況下，利用處理器的控制模組傳送電子訊號至偏振狀態產生器，以調制所有類型的偏振狀態，使用史托克斯偏振儀接收經生物樣本所產生的反射光及產生光學資訊，再使用處理器的計算模組以微分穆勒矩陣分析計算出線性相位延遲值，以區分不同交聯度的非酵素性糖化膠原蛋白。是以本發明之檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法可在生物樣本的自然條件下進行測量，為非侵入性且快速簡單的檢測方式。此外其可在非酵素性糖化反應早期即可檢測到非酵素性糖化膠原蛋白，對於相關疾病可提供早期狀態的臨床診斷建議，有助於疾病的早期治療及後續監控。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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。

100:雙液晶穆勒偏振檢測系統 110:光源 120:線偏振模組 121:二分之一波片 122:第一線偏振片 130:偏振狀態產生器 131:液晶相位延遲元件組 132:第一液晶相位延遲元件 133:第二液晶相位延遲元件 134:四分之一波片 135:第二線偏振片 140:史托克斯偏振儀 150:處理器 151:控制模組 152:計算模組 160:光路調整元件 170:生物樣本 200:檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法 210,220,230,240,250,260:步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示膠原蛋白的非酵素性糖化反應的主要機制示意圖；第2圖係繪示本發明一實施方式之雙液晶穆勒偏振檢測系統的示意圖；第3圖係繪示本發明另一實施方式之檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法的流程圖；第4A圖和第4B圖為不同相位控制第一液晶相位延遲元件和第二液晶相位延遲元件其史托克斯向量參數與主軸角之結果圖；第5A圖和第5B圖為以本發明之檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法量測不同光程長度的膠原蛋白溶液和膠原蛋白凝膠基質的線性相位延遲分析結果圖；第6A圖和第6B圖為以本發明之檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法量測不同濃度的膠原蛋白溶液和膠原蛋白凝膠基質的線性相位延遲分析結果圖；以及第7圖為以本發明之檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法量測不同交聯度的非酵素性糖化膠原蛋白的線性相位延遲分析結果圖。

100:雙液晶穆勒偏振檢測系統

110:光源

120:線偏振模組

121:二分之一波片

122:第一線偏振片

130:偏振狀態產生器

131:液晶相位延遲元件組

132:第一液晶相位延遲元件

133:第二液晶相位延遲元件

134:四分之一波片

135:第二線偏振片

140:史托克斯偏振儀

150:處理器

151:控制模組

152:計算模組

160:光路調整元件

170:生物樣本

Claims

一種雙液晶穆勒偏振檢測系統，用以檢測一生物樣本中是否存在一非酵素性糖化膠原蛋白，包含：一光源，配置以產生一入射光，該入射光沿著一光路徑入射至該生物樣本；一線偏振模組，配置以使該入射光成為一線性偏振光；一偏振狀態產生器，設置於該線偏振模組與該生物樣本之間，配置以接收該線性偏振光並改變該線性偏振光的一偏振狀態以形成一調制偏振光，其中該偏振狀態產生器依該光路徑之方向包含：一液晶相位延遲元件組，包含：一第一液晶相位延遲元件，其液晶光軸方向為45度；及一第二液晶相位延遲元件，其液晶光軸方向為90度，且該第二液晶相位延遲元件較該第一液晶相位延遲元件靠近該生物樣本；及一四分之一波片，其配置於該液晶相位延遲元件組與該生物樣本之間，該四分之一波片的快軸角為-45度；一史托克斯偏振儀，配置以接受該調制偏振光經過該生物樣本後形成之一反射光，並產生一光學資訊；以及一處理器，訊號連接該偏振狀態產生器和該史托克斯偏振儀，該處理器包含：一控制模組，用以傳送一電子訊號至該偏振狀態產生器，該電子訊號包含複數個驅動電壓，使該調制偏振光具有複數個調制偏振狀態，各該調制偏振狀態彼此不相同；及一計算模組，用以接收該史托克斯偏振儀所產生之該光學資訊並計算出對應的一微分穆勒矩陣，再計算出一線性相位延遲值以區分該生物樣本中不同交聯度之該非酵素性糖化膠原蛋白。
如請求項1所述之雙液晶穆勒偏振檢測系統，其中該線偏振模組依該光路徑之方向包含一二分之一波片以及一第一線偏振片，且該第一線偏振片的主軸角為45度。
如請求項2所述之雙液晶穆勒偏振檢測系統，其中該偏振狀態產生器更包含一第二線偏振片，其設置於該線偏振模組與該液晶相位延遲元件組之間，且該第二線偏振片與該第一線偏振片的主軸設置為相同方向。
如請求項3所述之雙液晶穆勒偏振檢測系統，其中該偏振狀態產生器的穆勒矩陣如方程式(1)所示： …(1)；其中 M _system 、 M _λ _/4 、 M _LC2 和 M _LC1 分別為該偏振狀態產生器、該四分之一波片、該第二液晶相位延遲元件和該第一液晶相位延遲元件的穆勒矩陣， δ ₁ 、 δ ₂ 和 δ ₃ 分別為該第一液晶相位延遲元件、該第二液晶相位延遲元件和該四分之一波片的可調節相位延遲， θ ₁ 和 θ ₂ 分別為該第一液晶相位延遲元件、該第二液晶相位延遲元件的液晶光軸方向， θ ₃ 為該四分之一波片的快軸角。
如請求項4所述之雙液晶穆勒偏振檢測系統，其中該計算模組更包含根據該光學資訊計算出複數個史托克斯向量，再根據該些史托克斯向量計算出該微分穆勒矩陣，其中每一該史托克斯向量對應該調制偏振光之一該調制偏振狀態。
如請求項1所述之雙液晶穆勒偏振檢測系統，更包含一光路調整元件，該光路調整元件位於該線偏振模組和該偏振狀態產生器之間，該光路調整元件配置以調整該線性偏振光的行進方向。
如請求項6所述之雙液晶穆勒偏振檢測系統，其中該光路調整元件為一反射鏡、一折射鏡、一分光鏡或一稜鏡之組合。
如請求項1所述之雙液晶穆勒偏振檢測系統，其中該光源所產生之該入射光為一單波長光或一多波長光。
一種檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法，用以檢測一生物樣本中是否存在一非酵素性糖化膠原蛋白，包含：提供如請求項1至請求項6任一項所述之雙液晶穆勒偏振檢測系統；將該生物樣本設置於該偏振狀態產生器和該史托克斯偏振儀之間；使該光源產生一入射光，並沿著一光路徑入射至該生物樣本；進行一偏振狀態產生步驟，係以該控制模組傳送一電子訊號至該偏振狀態產生器，該電子訊號包含複數個驅動電壓，使該入射光經過該偏振狀態產生器後形成具有複數個調制偏振狀態之一調制偏振光，各該調制偏振狀態彼此不相同，其中該調制偏振光用以射向該生物樣本；進行一光學資訊獲取步驟，係由該史托克斯偏振儀接受該調制偏振光經過該生物樣本後形成之一反射光，並產生一光學資訊；以及進行一判斷步驟，係以該計算模組依據該光學資訊計算出對應的一微分穆勒矩陣，再計算出一線性相位延遲值以區分該生物樣本中不同交聯度之該非酵素性糖化膠原蛋白。
如請求項9所述之檢測非酵素性糖化膠原蛋白的方法，其中該判斷步驟更包含根據該光學資訊計算出複數個史托克斯向量，再根據該些史托克斯向量計算出該微分穆勒矩陣，其中每一該史托克斯向量對應該調制偏振光之一該調制偏振狀態。