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

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。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、Cu、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。本計畫將針對合宜之金 屬如Au、Ag、Cu、Pt 等同時作不同程度的探討，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，將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協同主持下進行。 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。過去兩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，製作了Au 金屬之抗諧振反射光波導 SPR 感測器，對水中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。本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。