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具有薄層層析的拉曼檢測芯片及分離檢測分析物的方法與流程

文檔序號:12817315閱讀:157來源:國知局
具有薄層層析的拉曼檢測芯片及分離檢測分析物的方法與流程
本發(fā)明涉及一種具有薄層層析的拉曼檢測芯片及分離檢測分析物的方法。
背景技術(shù)
:拉曼光譜(ramanspectroscopy)由于具有指紋專一性(fingerprint)及多領(lǐng)域(multi-domain)應(yīng)用的特性,近年來已被廣泛應(yīng)用在生物感測、醫(yī)學(xué)制藥、環(huán)境監(jiān)控、鑒識科學(xué)、健康監(jiān)控等領(lǐng)域。然而,利用拉曼光譜進(jìn)行定性鑒別與定量分析時,由于拉曼信號散射強(qiáng)度微弱,且容易受到大量的復(fù)雜樣品干擾,因而降低了檢測靈敏度。因此,開發(fā)出的檢測技術(shù),以分離干擾信號并增強(qiáng)拉曼光譜信號,以解決現(xiàn)有技術(shù)所遭遇到的問題。技術(shù)實現(xiàn)要素:為解決上述問題,根據(jù)本發(fā)明實施例,本發(fā)明提供一種具有薄層層析的拉曼檢測芯片。該具有薄層層析的拉曼檢測芯片包含一硅基底以及一金屬層。該硅基底包含一平坦部及配置于該平坦部之上的多個納米線,其中每一納米線具有一頂端表面及一側(cè)壁。該金屬層覆蓋該納米線的頂端表面及至少部分側(cè)壁,其中該納米線的總長度l為5μm至15μm。根據(jù)本發(fā)明其他實施例,本發(fā)明提供一種分離檢測分析物的方法,包含:提供上述具有薄層層析的拉曼檢測芯片;提供一樣品,其中該樣品包含一溶劑及至少一種化合物;將該樣品點附于該具有薄層層析的拉曼檢測芯片上;通過一薄層層析法(thinlayerchromatography)分離該樣品,得到至少一個分析點;以及對該分析點進(jìn)行一拉曼光譜測量。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例所述具有薄層層析的拉曼檢測芯片的示意圖;圖2是圖1所示具有薄層層析的拉曼檢測芯片沿切線2-2’的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;圖3-圖5是本發(fā)明其他實施例所述具有薄層層析的拉曼檢測芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;圖6a至圖6d是一系列示意圖,用以說明本發(fā)明實施例所述硅基底的制造流程;圖7a至圖7b是利用本發(fā)明實施例所述具有薄層層析的拉曼檢測芯片進(jìn)行薄層層析法(thinlayerchromatography)的示意圖;圖8是實施例4所述的拉曼檢測芯片4其剖面結(jié)構(gòu)的掃描式電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope,sem)圖譜;圖9是本發(fā)明實施例1至6所述拉曼檢測芯片1至6其納米線長度與rf值的關(guān)系圖;以及圖10為實施例9所述以拉曼檢測芯片4對牛奶進(jìn)行分離檢測所得的混摻物三聚氰胺的拉曼光譜。符號說明2-2’切線;10硅基底;20平坦部;22納米線;23頂端表面;25側(cè)壁;30金屬層;40修飾層;50單晶硅芯片;52銀納米圖案;100具有薄層層析的拉曼檢測芯片;101樣品;102分析點;a、b、c區(qū)域;d、d1、d2距離;l、l1、l2長度;m直徑;t厚度。具體實施方式以下針對本發(fā)明的顯示裝置作詳細(xì)說明。應(yīng)了解的是,以下的敘述提供許多不同的實施例或例子,用以實施本發(fā)明的不同樣態(tài)。以下所述特定的元件及排列方式僅為簡單描述本發(fā)明。當(dāng)然,這些僅用以舉例而非本發(fā)明的限定。此外,在不同實施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡單清楚地敘述本發(fā)明,不代表所討論的不同實施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)連性。且在附圖中,實施例的形狀、數(shù)量、或是厚度可擴(kuò)大,并以簡化或是方便標(biāo)示。再者,附圖中各元件的部分將以分別描述說明之,值得注意的是,圖中未繪示或描述的元件,為所屬
技術(shù)領(lǐng)域
中具有通常知識者所知的形式,此外,特定的實施例僅為揭示本發(fā)明使用的特定方式,其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明提供一種具有薄層層析分離功能的拉曼檢測芯片及分離檢測分析物的方法。根據(jù)本發(fā)明實施例,該具有薄層層析的拉曼檢測芯片可通過具有特定長度硅納米線的硅基底,達(dá)到快速分離混合物及去除背景基質(zhì)干擾的效果。此外,通過覆蓋該硅納米線部分表面的金屬層,達(dá)到拉曼信號放大的效果。如此一來,可同時實現(xiàn)薄層層析與表面增強(qiáng)拉曼散射作用,有效降低背景值的干擾并提升鑒別率。請參照圖1,為本發(fā)明一實施例所述薄層層析的拉曼檢測芯片100的示意圖,該具有薄層層析的拉曼檢測芯片100包含一硅基底10,其中該硅基底10由一平坦部20及形成于該平坦部20之上的多個納米線22所構(gòu)成。每一納米線22具有一頂端表面23及一側(cè)壁25,而一金屬層30形成于該納米線22之上,并覆蓋該頂端表面23及至少部分側(cè)壁25。該金屬層可由多個金屬顆粒所構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明實施例,該金屬顆粒的材料可為銀(ag)、金(au)、鋁(al)、銅(cu)、錫(sn)、鈦(ti)、鋇(ba)、鉑(pt)、鈷(co)、或上述的組合。根據(jù)本發(fā)明實施例,該硅基底10的平坦部20及多個納米線22為一體成形。圖2為圖1所示薄層層析的拉曼檢測芯片100延切線2-2’的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖2,該納米線22可具有一總長度l,其中該總長度l可約為5μm至15μm(具有薄膜層析的效果)。當(dāng)該納米線22的總長度過小時,易使得待測物分子與多個的納米線之間的吸附力不足,造成分離距離過長,增加成本及處理時間;相反的,當(dāng)該納米線22的總長度過大時,易使待測物分子與多個的納米線之間的吸附力太強(qiáng),導(dǎo)致待測物分子無法有效進(jìn)行分離。根據(jù)本發(fā)明實施例,請參照圖2,每一納米線22的頂端表面23的直徑m可約為50nm至200nm。根據(jù)本發(fā)明實施例,任意兩相鄰的納米線相隔的距離d(例如任意兩相鄰的納米線側(cè)壁間的最短距離)可約為50nm至200nm,當(dāng)兩納米柱之間距離約為100-200nm,分布于兩納米線頂端的金屬納米顆粒,有機(jī)會形成微小的間距,有利于拉曼增強(qiáng)效應(yīng)。同時,也可使待測物分子與多個的納米線之間維持足夠的吸附力。此外,根據(jù)本發(fā)明實施例,該金屬層30的厚度t可約為20nm至100nm。當(dāng)金屬層的厚度為20至100nm時,相鄰兩納米線頂端的金屬層之間會形成為小的縫隙,有利于拉曼增強(qiáng)效應(yīng)。此外,根據(jù)本發(fā)明實施例,請參照圖2,該金屬層30完全覆蓋該納米線22的頂端表面23,并進(jìn)一步往該納米線22的側(cè)壁25延伸,以覆蓋該納米線22的部分側(cè)壁25。如此一來,該納米線22的部分側(cè)壁25并未被該金屬層30所覆蓋。根據(jù)本發(fā)明某些實施例,被該金屬層30覆蓋的該納米線22側(cè)壁的長度l1與該納米線22的總長度l的比值(l1/l)可約為0.2至0.8(例如約為0.3至0.74之間)。當(dāng)該納米線22被該金屬層30覆蓋的區(qū)域過小時(即長度l1與長度l的比值(l1/l)過小時),增強(qiáng)效應(yīng)局限于表層;相反的,當(dāng)該納米線22被該金屬層30覆蓋的區(qū)域過大時(即長度l1與長度l的比值(l1/l)過大時),易導(dǎo)致待測物分子與多個的納米線之間的吸附力不足,造成分離距離過長,增加成本及處理時間。另一方面,請參照圖2,未被該金屬層30覆蓋該納米線22側(cè)壁的長度l2與該納米線22的總長度l的比值(l2/l)可約為0.2至0.8(例如約為0.26至0.7之間)。根據(jù)本發(fā)明實施例,該具有薄層層析的拉曼檢測芯片可還包含一修飾層40形成于未被該金屬層30所覆蓋的該納米線22側(cè)壁25上,如圖3所示。該修飾層40可為增加或降低待測物分子與納米線之間吸附力的材質(zhì),例如在22納米線的未覆蓋金屬區(qū)域,形成一氧化硅層、氮化硅層、氧化鋁層,或?qū)τ诠璞砻娴臉O性(polarity)進(jìn)行官能化修飾的材料。根據(jù)本發(fā)明實施例,該修飾層40除了可形成于未被該金屬層30所覆蓋的該納米線22側(cè)壁25之外,也可進(jìn)一步形成于該硅基底的平坦部20表面上(未被該納米線22所覆蓋的表面),如圖4所示。根據(jù)本發(fā)明某些實施例,該納米線22可具有一傾斜的側(cè)壁(slantedsidewall)25,如圖5所示。換言之,該納米線22的側(cè)壁25并非實質(zhì)垂直于該平坦部20之上。當(dāng)該納米線22具有傾斜的側(cè)壁25時,可使納米線22較易與該硅基底的平坦部20實質(zhì)上垂直。根據(jù)本發(fā)明實施例,該具有薄層層析的拉曼檢測芯片可由以下步驟制備而得。首先,先制備該拉曼檢測芯片的硅基底如圖6a-圖6d所示,提供一具有特定尺寸的單晶硅芯片50(舉例來說,單晶硅芯片50的長度可為20mm至25mm、寬度可為10mm至15mm、以及厚度可為500μm至1mm),如圖6a所示。接著,將該單晶硅芯片50浸泡于一含有硝酸銀(agno3)以及氫氟酸(hf)的一第一溶液中并維持一第一制作工藝時間(例如:5至10秒),以在該單晶硅芯片50的上表面51生成網(wǎng)絡(luò)狀銀納米圖案52,如圖6b所示。接著,將該單晶硅芯片50由該含有硝酸銀(agno3)以及氫氟酸(hf)的溶液中取出,并將該表面具有網(wǎng)絡(luò)狀銀納米圖案52的單晶硅芯片50浸泡于一含有氫氟酸(hf)以及過氧化氫(h2o2)的一第二溶液中并維持一第二制作工藝時間(例如:40min),以進(jìn)行一金屬輔助化學(xué)蝕刻(metalassistedchemicaletching、mace)制作工藝。在該金屬輔助化學(xué)蝕刻制作工藝中,該單晶硅芯片50覆蓋網(wǎng)絡(luò)狀銀納米圖案52之處會被往下蝕刻,如圖6c所示。接著,將網(wǎng)絡(luò)狀銀納米圖案52移除,形成如圖6d所示由一平坦部20及多個納米線22所構(gòu)成的硅基底10。此外,該納米線22的長度l可由該金屬輔助化學(xué)蝕刻的制作工藝時間加以控制,即該納米線22的長度l與該第二制作工藝時間成正比。最后,將該硅基底10由第二溶液中取出,并浸泡于一含有硝酸銀(agno3)的第三溶液中并維持一第三制作工藝時間(例如:30-240秒),以使該納米線22頂端表面23進(jìn)一步覆蓋金屬層30(銀層)并且往該納米線22的側(cè)壁25延伸,以覆蓋該納米線22的部分側(cè)壁25,得到如圖1所示的具有薄層層析的拉曼檢測芯片100。在此,被該金屬層30所覆蓋的納米線22的長度l1可由第三制作工藝時間加以控制,即被該金屬層30所覆蓋的納米線22的長度l1與該第三制作工藝時間成正比。根據(jù)本發(fā)明實施例,本發(fā)明也提供一種以上述具有薄層層析的拉曼檢測芯片進(jìn)行分離檢測分析物的方法。該方法包含提供上述具有薄層層析的拉曼檢測芯片及提供一樣品,其中該樣品包含一溶劑及至少一種化合物。其中,該溶劑可為任何可以溶解該至少一種化合物的溶劑。接著,將該樣品101點附于該具有薄層層析的拉曼檢測芯片100上,請參照圖7a。接著,通過一薄層層析法(thinlayerchromatography)分離該樣品,因此可在該薄層層析的拉曼檢測芯片100得到至少一個分析點102,請參照圖7b。其中,距離d1為該樣品于該拉曼檢測芯片100的最大可展開距離、距離d2為分析點102與樣品101之間的距離(即展開距離)、而滯留因子(retentionfactor、rf)則定義為d2/d1。在該薄層層析法中使用該拉曼檢測芯片作為層析靜止相(stationaryphase),以液體展開劑作為流動相(mobilephase),其中該展開劑可包含二氯甲烷(dichloromethane、dcm)、甲醇(methanol)、乙醚(ethylether)、乙酸乙酯(ethylacetate、ea)、正己烷(n-hexane)、丙酮(acetone)、氯仿(chloroform)、甲苯(toluene)、水、或上述的組合。然而,展開劑并不限于上述提及的溶劑,本領(lǐng)域人士可依據(jù)實際應(yīng)用的需求,選擇所需的展開劑。最后,對該分析點102進(jìn)行一拉曼光譜測量。為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂,下文特舉數(shù)實施例及比較實施例,作詳細(xì)說明如下:拉曼檢測芯片的制備實施例1:首先,提供一單晶硅芯片(15mmx25mm)。接著,將該單晶硅芯片浸泡于一含有硝酸銀(agno3)以及氫氟酸(hf)的一溶液中維持一第一制作工藝時間(約10秒)。接著,在將該單晶硅芯片由該含有硝酸銀(agno3)以及氫氟酸(hf)的溶液中取出后,將單晶硅芯片浸泡于一含有氫氟酸(hf)以及過氧化氫(h2o2)的溶液中并維持一第二制作工藝時間(約4分),以進(jìn)行一金屬輔助化學(xué)蝕刻(metalassistedchemicaletching、mace)制作工藝,得到一具有多個納米線的硅基底,其中該納米線的平均長度約為1μm。接著,將該硅基底浸泡于一含有硝酸銀(agno3)的溶液中并維持一第三制作工藝時間(約120秒),以形成銀顆粒層于納米線的側(cè)壁,得到拉曼檢測芯片(1),其中被該金屬層覆蓋的該納米線的長度l1與該納米線長度l的比值(l1/l)約為0.74。實施例2:如實施例1所述的方式進(jìn)行,除了將第二制作工藝時間由4分增加至8分,得到拉曼檢測芯片(2),其中該納米線的平均長度約為2μm被該金屬層覆蓋的該納米線的長度l1與該納米線長度l的比值(l1/l)約為0.6。實施例3:如實施例1所述的方式進(jìn)行,除了將第二制作工藝時間由4分增加至20分,得到拉曼檢測芯片(3),其中該納米線的平均長度約為5μm被該金屬層覆蓋的該納米線的長度l1與該納米線長度l的比值(l1/l)約為0.46。實施例4:如實施例1所述的方式進(jìn)行,除了將第二制作工藝時間由4分增加至40分,得到拉曼檢測芯片(4),其中該納米線的平均長度約為10μm被該金屬層覆蓋的該納米線的長度l1與該納米線長度l的比值(l1/l)約為0.4。請參照圖8,為拉曼檢測芯片(4)剖面的掃描式電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope,sem)圖譜。對圖8所標(biāo)示的區(qū)域a、b、及c進(jìn)行x光能量分散光譜(energydispersivespectroscopy、eds)分析,測量其銀硅比(ag/si),結(jié)果如表1所示:表1銀硅比(ag/si)區(qū)域a0.123區(qū)域b0.118區(qū)域c0.0012由表1可知,銀顆粒層確實形成于納米線的上半部,而未進(jìn)一步形成于納米線的根部。實施例5:如實施例1所述的方式進(jìn)行,除了將第二制作工藝時間由4分增加至60分,得到拉曼檢測芯片(5),其中該納米線的平均長度約為15μm被該金屬層覆蓋的該納米線的長度l1與該納米線長度l的比值(l1/l)約為0.37。實施例6:如實施例1所述的方式進(jìn)行,除了將第二制作工藝時間由4分增加至80分,得到拉曼檢測芯片(6),其中該納米線的平均長度約為20μm被該金屬層覆蓋的該納米線的長度l1與該納米線長度l的比值(l1/l)約為0.3。以拉曼檢測芯片進(jìn)行三聚氰胺的分離檢測實施例7:首先,在牛奶中加入50ppm的三聚氰胺,作為待測樣品。接著,將該樣品以施涂器(camaglinomat5)利用氣體壓力分別點附于拉曼檢測芯片(1)至(6)上。接著,將拉曼檢測芯片(1)至(6)置于一展開槽中并以甲醇作為展開液。展開完畢后,對拉曼檢測芯片(1)至(6)沿著待測物分離方向,每1mm測量一次拉曼光譜,以測量50ppm的三聚氰胺分別于拉曼檢測芯片(1)至(6)的rf值,結(jié)果如圖9所示。由圖9可知,若拉曼檢測芯片的納米線長度小于5μm(例如1μm、或2μm),則待測物分子與納米線的吸附力量不足,造成分離距離過長(rf值過大),增加成本及處理時間。若納米陣列的長度大于15μm(例如為20μm),則待測分子與納米線之間的吸附力太強(qiáng),導(dǎo)致待測分子不易隨著揮發(fā)溶劑來移動,造成很短的分離距離(rf值過小),無法有效進(jìn)行分離。此外,由拉曼光譜測量的結(jié)果可知,過長或過短的分離距離,皆會使最終測量到的三聚氰胺的拉曼光譜信號強(qiáng)度下降。實施例8:首先,在牛奶中加入30ppm的三聚氰胺,作為待測樣品。接著,將該樣品以施涂器(camaglinomat5)利用氣體壓力分別點附于拉曼檢測芯片(4)上,并對該樣品進(jìn)行拉曼光譜測量,結(jié)果如圖10所示。接著,將拉曼檢測芯片(4)置于一展開槽中并以甲醇作為展開液。展開完畢后,對拉曼檢測芯片(4)沿著待測物分離方向,每1mm測量一次拉曼光譜,并記錄三聚氰胺(melamine)信號最強(qiáng)處,結(jié)果如圖10所示。由圖10可知,與未展開前的樣品三聚氰胺特征光譜信號相比,經(jīng)展開分離后所得的三聚氰胺特征光譜信號可增加至約數(shù)十倍,此代表經(jīng)過分離后可減少三聚氰胺小分子被牛奶中的大分子(例如蛋白質(zhì))覆蓋或占據(jù)芯片感測位置的干擾,因而使三聚氰胺信號增強(qiáng)。實施例9:如實施例8所述的方式進(jìn)行,除了將樣品中的三聚氰胺濃度由30ppm降低至5ppm。與未展開前的樣品三聚氰胺特征光譜信號相比,經(jīng)展開分離后所得的三聚氰胺特征光譜信號可增加至5倍左右。由此可知,本發(fā)明所述拉曼檢測芯片即使具有較低濃度的三聚氰胺時,仍可有效降低背景值的干擾并提升鑒別率。雖然結(jié)合以上數(shù)個實施例揭露了本發(fā)明,然而其并非用以限定本發(fā)明,任何本
技術(shù)領(lǐng)域
中熟悉此技術(shù)者,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),可作任意的更動與潤飾,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以附上的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁12
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