具流道之創新型積體光波導表面電漿子共振(SPR)晶片於生物感測與生醫檢驗之設計與研製(II)

Abstract

本計畫之目的在基於過去數年之成果，開發具流道結構、可多重感測 之創新型積體光波導表面電漿子共振(surface plasmon resonance, SPR)感測 晶片，以應用於生物感測及生醫檢測。95 年度為第一年計畫，已進行了近 五個月；本96 年度為第二年計畫。在創新結構之抗諧振反射光波導 (antiresonant reflecting optical waveguide, ARROW)表面鍍以可產生表面電漿 子共振之金屬(如Au、Ag、Pt 等)，設計光波導模態與其金屬界面間表面電 漿子共振模態適當匹配，使於光波導中傳輸之光訊號，傳輸至鍍有金屬之 區域時，耦合至表面電漿子共振波，因生物分子間的交互作用造成介質等 效折射係數改變，使其耦合狀態改變，輸出光訊號因而變化，以檢測待測 生物分子之即時反應。對於不同的生物分子反應感測，其金屬材料、元件 結構、最佳化狀態、生物分子固定化(immobilize)技術與感測性能亦隨著不 同，必須詳加探討以達成感測特性的最佳化。本計畫針對Au、Ag、Pt 等合 宜之金屬作不同程度的探討，其生物分子固定化技術、生化反應感測及疾 病待測指標物生化反應，95 年度在生物科技系袁俊傑、楊裕雄教授及署立 新竹醫院楊宏智主任之共同、協同主持下進行；本96 年度在台北榮民總醫 院精神病部蔡世仁主治醫師之加入團隊，將就其對憂鬱症之探討，提供待 測樣本，以感測晶片之新檢測方式檢驗與憂鬱症關聯之生化產生物。 就表面電漿子共振感測方式而言，積體光波導式之靈敏度比傳統稜鏡 者高。抗諧振反射光波導為近幾年新開發的積體光學元件，其優點另有可 與單模光纖尺寸及折射係數匹配、可製作在高折射係數基片上，和擁有單 模低傳輸損耗等特性。過去三年餘本研究群已設計了Au、Ag 金屬之抗諧 振反射光波導表面電漿子共振感測器，並曾製作了Au 金屬之抗諧振反射光 波導SPR 感測器，對水中NaCl、alcohol 及glucose 濃度變化分別作了檢測； 此外，也初步研製了具有單一流道結構之抗諧振反射光波導SPR 生化感測 晶片，在生物分子交互作用部份，則以C9H20S 分子與Au 金屬層間Au-S 鍵 接合反應作測試，驗證了生化感測元件的功能性。本多年計畫將深入延續 過去多年計畫之成果，結合流道設計，製作可多重感測之抗諧振反射光波 導表面電漿子共振生醫感測晶片，並進一步改善製作條件，使理論之高靈 敏度得以具體化，並進行多樣的生物感測和生醫檢驗之探討。