專利名稱：經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件及其表面改質(zhì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件及其表面改質(zhì)方法，尤指一種適用于增加鍵結(jié)分子密度及均勻度的經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件及其表面改質(zhì)方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，感測(cè)元件于醫(yī)療診斷的生物性分子檢測(cè)與膜厚檢測(cè)等應(yīng)用儼然已成為趨勢(shì)。于生物性分子檢測(cè)中，感測(cè)元件上通常需要固定生物性分子(immobilized bio-molecules)，經(jīng)由生物性分子與待測(cè)樣本之間反應(yīng)，促使信號(hào)發(fā)生變化，以測(cè)量待測(cè)樣本的種類及含量。若需將生物性分子鍵結(jié)于光學(xué)感測(cè)元件表面的金屬鍍膜時(shí)，則需要先針對(duì)金屬鍍膜進(jìn)行改質(zhì)。傳統(tǒng)的生物表面改質(zhì)技術(shù)，是將欲改質(zhì)的光學(xué)感測(cè)元件，浸泡于11-巰基十一
燒酸(11-mercaptoundecanoic acid, MUA),利用11-巰基^--燒酸硫元素上的電子對(duì)，與
金屬原子外層的空軌域形成穩(wěn)定的配位鍵，最后使金屬鍍膜上具有羧基(COOH)，達(dá)到改質(zhì)金屬鍍膜的效果。而后，利用I-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳化二亞胺(N-(3-Dimethy laminopropyl)-N，-ethyl-carbodiimide,EDC) / 輕基丁二酉先胺(N-hydroxy-succinimide, NHS)偶聯(lián)活化劑，使生物性分子與金屬鍍膜上的羧基鍵結(jié)，達(dá)到固定生物性分子的目的。然而，此種浸泡于11-巰基十一烷酸的化學(xué)改質(zhì)方法，其需要長(zhǎng)時(shí)間的浸泡反應(yīng)， 且常因改質(zhì)后金屬鍍膜表面親水性的不夠均勻，而使改質(zhì)結(jié)果大打折扣，無(wú)法達(dá)到原本預(yù)期的效果，因而有制程時(shí)間冗長(zhǎng)，大量增加實(shí)驗(yàn)不穩(wěn)定性與降低一致性的缺點(diǎn)。因此，若能夠發(fā)展出一種感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法，使感測(cè)元件的金屬鍍膜具有均勻的表面親水性，進(jìn)而提升感測(cè)元件的偵測(cè)特性、靈敏度等，如此將更有助于提高生物性分子檢測(cè)時(shí)的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是在提供一種感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法，能增加感測(cè)元件表面的羧基數(shù)量、提升表面親水特性，進(jìn)而增強(qiáng)生物性分子固定化效果。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的一態(tài)樣提供一種感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法，包括以下步驟提供一感測(cè)元件，其中，該感測(cè)元件表面具有一金屬薄膜；利用異丙醇等離子體，于該感測(cè)元件的該金屬薄膜上，形成一具有多個(gè)羧基的表面改質(zhì)層；以及于該表面改質(zhì)層上， 形成一聚丙烯酸層，其中，該聚丙烯酸層的聚丙烯酸是接枝于該表面改質(zhì)層的所述羧基。本發(fā)明上述感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法中，經(jīng)過(guò)異丙醇等離子體處理后，可使感測(cè)元件的金屬薄膜表面具有羧基(C00H)，后續(xù)接著利用聚合反應(yīng)，促使丙烯酸接枝于上述羧基上，因此于感測(cè)元件上形成聚丙烯酸層。其中，對(duì)于等離子體改質(zhì)的時(shí)間，可為I分鐘至 30分鐘，或者5至15分鐘；施行等離子體改質(zhì)時(shí)，瓦數(shù)或壓力強(qiáng)度亦須與等離子體種類、處理時(shí)間相互搭配。相較于單純使用異丙醇等離子體處理改質(zhì)的感測(cè)元件，本發(fā)明經(jīng)過(guò)異丙醇等離子體處理與丙烯酸聚合反應(yīng)處理的感測(cè)元件，表面將具有更多且更為均勻分布的羧基，同時(shí)具有更高的親水性，如此有利于后續(xù)生物性分子進(jìn)行固定化，進(jìn)而提高感測(cè)元件的靈敏度及感測(cè)性。本發(fā)明上述感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法中，感測(cè)元件的種類并無(wú)特殊限制,舉例可為光纖感測(cè)元件；此外，其表面的金屬薄膜的種類沒(méi)有特別限定，不過(guò)為了使光纖感測(cè)元件有更佳的反應(yīng)，其可為金薄膜或銀薄膜，一般常用金薄膜。另外，薄膜的厚度亦沒(méi)有限制，較佳可為20至SOnm之間，例如40±5nm。此外，薄膜的形成方法亦無(wú)特別限定，可使用本領(lǐng)域通常知識(shí)者常使用的方法，例如電鍍，或者經(jīng)由納米金屬球排列成薄膜。因此，若對(duì)感測(cè)區(qū)表面具有金屬薄膜的光纖感測(cè)元件進(jìn)行本發(fā)明的表面改質(zhì)， 接著將生物性分子固定于感測(cè)區(qū)中，如此便可利用表面等離子體共振(surface pIasmon resonance, SPR)的光學(xué)原理對(duì)待測(cè)樣本進(jìn)行感測(cè)動(dòng)作。本發(fā)明上述感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法，可還包括以下步驟于該聚丙烯酸層上形成一生物性分子層，其中，該生物性分子層的生物性分子是鍵結(jié)于該聚丙烯酸層中聚丙烯
酸的羧基。上述生物性分子可為抗體、抗原、酵素、組織部份或個(gè)體細(xì)胞等。舉例而言，利用蛋白質(zhì)A或血清白蛋白可與抗體Fe部分(Fe region)結(jié)合的特性,將蛋白質(zhì)A或血清白蛋白做為生物性分子固定于金屬薄膜上，后續(xù)再提供一抗體與蛋白質(zhì)A或血清白蛋白結(jié)合，如此便可藉由抗體辨識(shí)出專一性抗原，因此經(jīng)過(guò)上述步驟處理的光學(xué)感測(cè)元件，便可經(jīng)由蛋白質(zhì)A或血清白蛋白結(jié)合的抗體，專一性辨識(shí)對(duì)應(yīng)抗原，來(lái)檢測(cè)特定抗原及其濃度。于本發(fā)明上述感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法中，該生物性分子層的生物性分子是于偶聯(lián)活化劑的存在下，與該聚丙烯酸層進(jìn)行鍵結(jié)。其中，該偶聯(lián)活化劑可選自由I-乙基-3-(3- 二甲胺基丙基)碳化二亞胺、羥基丁二醢胺及其組合所組的群組。于本發(fā)明上述感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法中，接枝于所述羧基的聚丙烯酸，可使用丙烯酸于紫外光的照射下所形成。換言之，于紫外光的照射下，使丙烯酸進(jìn)行接枝聚合反應(yīng) (grafting polymerization),進(jìn)而形成聚丙烯酸接枝于該表面改質(zhì)層的所述羧基,促使感測(cè)元件上具有更多且更為均勻分布的羧酸官能基。本發(fā)明的另一目的是在提供一種經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件，能具有更佳偵測(cè)特性及靈敏度等，進(jìn)而提升對(duì)于生物性分子檢測(cè)時(shí)的準(zhǔn)確性。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的另一態(tài)樣提供一種經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件，包括一感測(cè)元件，其表面具有一金屬薄膜；一具有多個(gè)羧基的表面改質(zhì)層，位于該感測(cè)元件的該金屬薄膜上，其中，該表面改質(zhì)層是利用異丙醇等離子體所形成；以及一聚丙烯酸層，位于該表面改質(zhì)層上，其中，該聚丙烯酸層的聚丙烯酸是接枝于該表面改質(zhì)層的所述羧基。本發(fā)明上述經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件，可還包括一生物性分子層，位于該聚丙烯酸層上，其中，該生物性分子層的生物性分子是鍵結(jié)于該聚丙烯酸層中聚丙烯酸的羧基。具體而言，該生物性分子并無(wú)特別限定，舉例可為蛋白質(zhì)A或血清白蛋白。此外，該生物性分子層的生物性分子是由偶聯(lián)活化劑而與該聚丙烯酸層鍵結(jié)。于本發(fā)明上述經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件中，該金屬薄膜為一金薄膜或銀薄膜；此外， 形成該聚丙烯酸層是使用丙烯酸于紫外光的照射下進(jìn)行。綜上所述，本發(fā)明利用異丙醇等離子體表面改質(zhì)技術(shù)結(jié)合丙烯酸接枝聚合技術(shù)，提升制程穩(wěn)定性，有效控制鍵結(jié)分子密度。其中，由異丙醇等離子體所形成的表面改質(zhì)層， 具有眾多、均勻分布的羧基官能基，且其孔隙率低，對(duì)于感測(cè)元件的金屬薄膜的附著性及覆蓋性良好；再加上丙烯酸接枝聚合，于表面改質(zhì)層上形成聚丙烯酸層，促使感測(cè)元件表面具有更多、更均勻的羧基官能基分布，因此大幅提升表面親水性，同時(shí)增加羧基數(shù)量可以利于后續(xù)生物性分子的固定化，進(jìn)而增強(qiáng)感測(cè)元件的檢測(cè)效果及精確度。


為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，以下將列舉實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖IA至ID是為本發(fā)明實(shí)施例一中感測(cè)元件的表面改質(zhì)法的流程示意圖。圖IE是是為本發(fā)明實(shí)施例二中感測(cè)元件的表面改質(zhì)法的流程示意圖。圖2A是本發(fā)明試驗(yàn)例中，比較例一的感測(cè)元件表面的傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜圖。圖2B是本發(fā)明試驗(yàn)例中，實(shí)施例一的感測(cè)元件表面的傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜圖。
具體實(shí)施例方式以下是由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟習(xí)此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可由其它不同的具體實(shí)施例加以施行或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不悖離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。本發(fā)明的實(shí)施例中該等附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖。惟該等圖標(biāo)僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的元件，其所顯示的元件非為實(shí)際實(shí)施時(shí)的態(tài)樣，其實(shí)際實(shí)施時(shí)的元件數(shù)目、形狀等比例為一選擇性的設(shè)計(jì)，且其元件布局型態(tài)可能更復(fù)雜。實(shí)施例一請(qǐng)參見(jiàn)圖IA至1D，是為本發(fā)明感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法的流程示意圖。首先，如圖IA所示，提供一感測(cè)元件20，其中，該感測(cè)元件20表面具有一金屬薄膜 21。于本實(shí)施例中，此感測(cè)元件20為光纖感測(cè)元件，例如側(cè)拋式光纖感測(cè)元件，其表面具有一感測(cè)區(qū)，由濺鍍等沉積金屬薄膜的方法，于感測(cè)區(qū)表面上設(shè)置金膜做為該金屬薄膜21。接著，如圖IB所示，利用異丙醇等離子體，于該感測(cè)元件20的該金屬薄膜21上， 形成一具有多個(gè)羧基的表面改質(zhì)層23。于本實(shí)施例中，該異丙醇等離子體是利用以下方式進(jìn)行使用異丙醇做為原料氣體，通入真空放電管中，待異丙醇經(jīng)放電解離后，分裂成各種活性化學(xué)物種，再經(jīng)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)后，反應(yīng)生成物沉積于該感測(cè)元件20的該金屬薄膜21 上表面，形成具有多個(gè)羧基的表面改質(zhì)層23，由此改質(zhì)該感測(cè)元件20的該金屬薄膜21，使其表面具有眾多羧基。其中，利用此法所形成的表面改質(zhì)層23，其厚度薄、整體孔隙率低，且均勻覆蓋于該感測(cè)元件20的該金屬薄膜21表面。再如圖IC及圖ID所示，使用丙烯酸做為單體，于紫外光的照射下，利用接枝聚合反應(yīng)，使丙烯酸單體接枝于該表面改質(zhì)層23的羧基，同時(shí)讓丙烯酸單體聚合形成一聚丙烯酸層24。實(shí)施例二首先。如實(shí)施例一所述,針對(duì)感測(cè)元件20的表面進(jìn)行改質(zhì),使感測(cè)元件20的金屬薄膜21表面形成表面改質(zhì)層23與聚丙烯酸層24。接著，如圖IE所示，使用偶聯(lián)活化劑，促使聚丙烯酸層24的羧基活化，并提供多個(gè)生物性分子25，促使生物性分子25的胺基與聚丙烯酸層24的羧基鍵結(jié)，而形成一生物性分子層。于本實(shí)施例中，所使用的偶聯(lián)活化劑為I-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳化二亞胺。比較例一類似實(shí)施例一所述的方法，但僅使用異丙醇等離子體，針對(duì)感測(cè)元件20的金屬薄膜21表面進(jìn)行表面改質(zhì)。試驗(yàn)例由傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析(Fouri er transform infrared spectroscopy analysis, FTIP analysis),針對(duì)比較例一及實(shí)施例一所制得的感測(cè)元件進(jìn)行測(cè)試,其結(jié)果分別如圖2A及圖2B所示，其中，圖2A顯示比較例一(僅經(jīng)過(guò)異丙醇等離子體表面處理) 的感測(cè)元件表面的傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜圖，圖2B為顯示實(shí)施例一(經(jīng)過(guò)異丙醇等離子體及丙烯酸接枝聚合表面處理)的感測(cè)元件表面的傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜圖。由圖譜可知，相較于只經(jīng)過(guò)異丙醇等離子體表面處理的比較例一，經(jīng)過(guò)異丙醇等離子體及丙烯酸接枝聚合表面處理的實(shí)施例一，其感測(cè)元件表面具有更多的羧基及如羥基等其它親水性官能基數(shù)量。綜上所述，感測(cè)元件表面若由濺鍍均勻形成一金屬薄膜，此感測(cè)元件便可產(chǎn)生表面等離子體共振現(xiàn)象。若金屬薄膜上利用異丙醇等離子體處理改質(zhì)形成具有羧基的表面改質(zhì)層后，再利用丙烯酸做為單體，以紫外光加速激發(fā)丙烯酸接枝于表面改質(zhì)層的羧基，同時(shí)丙烯酸單體間聚合成聚丙烯酸，而形成一聚丙烯酸層，便可由本發(fā)明的混合化學(xué)薄膜架構(gòu)， 達(dá)到改變感測(cè)元件上金屬薄膜的官能基。由于表面羧基數(shù)量增加，便可以達(dá)到增強(qiáng)后續(xù)生物性分子固定化的效果，同時(shí)增加表面的親水特性。除此之外，由于生物性分子固定化的效果可受到增強(qiáng)，進(jìn)而可以增加檢測(cè)效果，提升檢測(cè)精確度及反應(yīng)速度。上述實(shí)施例僅是為了方便說(shuō)明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以權(quán)利要求范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法，包括以下步驟提供一感測(cè)元件，其中，該感測(cè)元件表面具有一金屬薄膜；利用異丙醇等離子體，于該感測(cè)元件的該金屬薄膜上，形成一具有多個(gè)羧基的表面改質(zhì)層；以及于該表面改質(zhì)層上，形成一聚丙烯酸層，其中，該聚丙烯酸層的聚丙烯酸接枝于該表面改質(zhì)層的所述羧基。
2.如權(quán)利要求I所述的表面改質(zhì)方法，還包括以下步驟于該聚丙烯酸層上形成一生物性分子層，其中，該生物性分子層的生物性分子鍵結(jié)于該聚丙烯酸層中聚丙烯酸的羧基。
3.如權(quán)利要求2所述的表面改質(zhì)方法，其中，該生物性分子是蛋白質(zhì)A或血清白蛋白。
4.如權(quán)利要求2所述的表面改質(zhì)方法，其中，該生物性分子層的生物性分子于偶聯(lián)活化劑的存在下，與該聚丙烯酸層進(jìn)行鍵結(jié)。
5.如權(quán)利要求I所述的表面改質(zhì)方法，其中，該金屬薄膜為一金薄膜或銀薄膜。
6.如權(quán)利要求I所述的表面改質(zhì)方法，其中，接枝于所述羧基的聚丙烯酸，是使用丙烯酸于紫外光的照射下所形成。
7.—種經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件，包括一感測(cè)元件，其表面具有一金屬薄膜；一具有多個(gè)羧基的表面改質(zhì)層，位于該感測(cè)元件的該金屬薄膜上，其中，該表面改質(zhì)層是利用異丙醇等離子體所形成；以及一聚丙烯酸層，位于該表面改質(zhì)層上，其中，該聚丙烯酸層的聚丙烯酸是接枝于該表面改質(zhì)層的所述羧基。
8.如權(quán)利要求7所述的經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件，還包括一生物性分子層，位于該聚丙烯酸層上，其中，該生物性分子層的生物性分子鍵結(jié)于該聚丙烯酸層中聚丙烯酸的羧基。
9.如權(quán)利要求8所述的經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件，其中，該生物性分子是蛋白質(zhì)A或血清白蛋白。
10.如權(quán)利要求8所述的經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件，其中，該生物性分子層的生物性分子是由偶聯(lián)活化劑而與該聚丙烯酸層鍵結(jié)。
11.如權(quán)利要求7所述的經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件，其中，該金屬薄膜為一金薄膜或銀薄膜。
12.如權(quán)利要求7所述的經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件，其中，形成該聚丙烯酸層是使用丙烯酸于紫外光的照射下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種感測(cè)元件的表面改質(zhì)方法，包括以下步驟提供一感測(cè)元件，其中，該感測(cè)元件表面具有一金屬薄膜；利用異丙醇等離子體，于該感測(cè)元件的該金屬薄膜上，形成一具有多個(gè)羧基的表面改質(zhì)層；以及于該表面改質(zhì)層上，形成一聚丙烯酸層，其中，該聚丙烯酸層的聚丙烯酸是接枝于該表面改質(zhì)層的所述羧基。本發(fā)明另關(guān)于一種經(jīng)表面改質(zhì)的感測(cè)元件。
文檔編號(hào)G01N33/50GK102608304SQ201110030438
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者葉筱玲, 張舒婷, 張榮監(jiān), 曹嘉惠, 曹育嘉, 陳克紹 申請(qǐng)人:福華電子股份有限公司