非标定型检测系统及其检测的方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于检测化学物质的非标定型检测系统及其检测的方法，非标定型检测系统包括：一非标定型检测晶片，其包含多组具有不同周期长度的周期性金属结构；以及一窄频光源。本发明专利技术的检测方法简便快速、成本低廉，可直接用肉眼观察，也可进一步进行定性与半定量的分析，非常适用于定点照护检测。

【技术实现步骤摘要】
非标定型检测系统及其检测的方法
本专利技术关于一种用于检测化学物质的非标定型检测系统，以及使用前述非标定型检测系统进行非标定型检测的方法。
技术介绍
定点照护检测(point-of-caretesting，POCT)指在患者接受照护的地点来进行医疗检测，也称为床边检测(bedsitetest)。目前普遍应用于定点照护检测的技术之一是横向侧流免疫色谱分析(Lateral-flowimmunochromatographicassayorLateral-flowassay)，这种技术常用于一次性的定性检测，其中最普遍的商业化产品是应用于验孕检测，每年生产验孕试剂的数量高于107剂。如图1所示，典型的横向侧流分析通过表面层的毛细力来传递待测样品，从放置区(sampleapplicationpad)经标定物结合区(conjugatereleasepad)至检测区(detectionzone)进行检测辨识，最后抵达吸水区(absorbentpad)。当待测样品(例如一特定抗体)流经标定物结合区时，会与修饰有标定物的抗原结合，而常被使用的标定物为具有颜色或荧光的纳米小球，如胶体金球、量子点、酵素标记、塑胶小球等，且标定物大小约在15至800nm。而在检测区，不同的特定抗体事先被修饰在检测线区(Tline)与控制线区(Cline)，当待测样品流经此二区，样品内已结合标定物抗原的抗体将与检测区上的抗体结合，因标定物的聚集形成一条线，而控制线区上的抗体将与样品中的标定物抗原结合形成另一条线，所以阳性的检测为两条线。反之，当检测样品内无特定抗体时，则只会在控制线区形成一条线。因此，横向侧流分析通过双线或单线的观察来进行样品定性的分析。此外，也可以通过具有电荷耦合元件(charge-coupleddevice，CCD)的相机或平板扫描器及专用软体分析检测线的颜色深浅，以判定待测样品的浓度，进行样品定量分析。另外，Yanik等人利用周期性纳米金属孔洞结构会产生菲诺共振(Fanoresonance)的特性，发展出一种可直接凭借肉眼观察来判定单层生物分子的技术。所谓菲诺共振是由一宽波段的共振与一窄波段的共振系统互相干涉产生的耦合共振现象，其共振波段比一般的共振系统更窄，可提供更高的强度检测灵敏度。Yanik等人使用一白光光源、窄频滤光片及纳米金属孔洞结构晶片来进行检测，在待测样本(如含有抗原的溶液)与晶片上的检测物质(如抗体)结合后，可直接观测吸附分子造成孔洞结构在特定波长的穿透强度变化，如图2所示。此一简易的非标定检测方法通过测量特定波长的穿透强度变化来进行定点照护诊断。
技术实现思路
本专利技术提供一种非标定型检测系统及其检测的方法，其中，非标定检测晶片由数个不同周期的金属结构阵列组成，在窄频光源入射后，每个阵列会产生不同共振波长，且这些共振波长的范围涵盖前述窄频光源的波长，之后利用量测晶片上穿透光谱影像的光谱位移量来进行检测。其结果可直接以肉眼判断，也可通过影像感测器转化为数字信号，具有定性与定量的效果。与先前技术相较之下，现有的强度量测法的动态检测范围(dynamicrange)由共振波峰的频宽宽窄决定，但本专利技术的光谱影像量测法的动态检测范围可以通过改变金属结构阵列的周期范围来调变，故其动态检测范围较大。此外，强度检测易受灯源稳定度的影响，而本专利技术的检测方法观测光谱影像变化，可免除灯源不稳的干扰。本专利技术的一目的是提供一种能以肉眼直接观测的非标定型检测系统，其可用于检测化学物质。本专利技术的又一目的是提供一种使用如前文所述的非标定型检测系统进行非标定型检测的方法。为达上述目的，本专利技术提供一种用于检测化学物质的非标定型检测系统，其包括：一非标定型检测晶片，其包含多组具有不同周期长度的周期性金属结构；以及一窄频光源。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述周期性金属结构选自单层或多层周期性金属孔状结构、或单层或多层周期性金属狭缝结构。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述周期性金属孔状结构为圆形或多边形的孔状结构；较佳者，前述多边形的孔状结构为方形、三角形或长方形。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述周期性金属狭缝结构包括：(a)一透明基板，其包含多组第一周期性凸槽结构(firstperiodicridges)，且各组第一周期性凸槽结构具有不同的周期长度；以及(b)一金属层，其包覆前述透明基板，且包括对应前述多组第一周期性凸槽结构的多组第二周期性凸槽结构(secondperiodicridges)及多组第三周期性凸槽结构(thirdperiodicridges)，其中该第二周期性凸槽结构的各凸槽与其所对应的第一周期性凸槽结构的各凸槽之间所形成的凹部结构互相嵌合，而该第三周期性凸槽结构位于其所对应的第一周期性凸槽结构之上。该第二周期性凸槽结构的高度(T2)大于或等于其所对应的第一周期性凸槽结构的高度(T1)(T2≥T1)；或者，当该第二周期性凸槽结构的高度小于其所对应的第一周期性凸槽结构的高度时，则其差值须小于100nm(0≤(T1-T2)≤100nm)。前述非标定型检测晶片中的第二周期性凸槽结构及第三周期性凸槽结构均为金属狭缝，两者结合后形成一双层纳米金属光栅结构，当偏极光入射时，会产生菲诺共振。可改变金属凸槽结构的周期来调变其共振波长，其所产生的共振波长范围须涵盖入射的窄频光源的波长。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述非标定型检测晶片进一步包含一分子层，该分子层包覆在前述金属层上，且包含一或多种可与前述化学物质结合的分子；更佳者，前述化学物质包含元素、生物分子、聚合物或药物；又更佳者，前述生物分子包含蛋白、DNA或RNA。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述第二周期性凸槽结构的高度为数十至数百纳米，狭缝宽度为十至两百纳米。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述第二周期性凸槽结构的周期长度为数百纳米至数微米；更佳者，前述第二周期性凸槽结构的周期长度为380nm至780nm。金属结构周期的选择由窄频光源的波长决定，在使用波长为532nm、632nm及650nm的激光、或使用LED搭配632nm窄频滤光片所产生的窄频光源时，较佳为选择380nm至780nm作为第二周期性凸槽结构的周期长度。前述LED可为白光或红光LED，在使用红光LED灯搭配632nm窄频滤光片时，可消除影像中的蓝色背景光。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述透明基板由玻璃或塑胶材料所制成；更佳者，前述塑胶材料选自压克力、紫外线凝胶、聚碳酸酯、或环烯烃聚合物。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述金属层由选自金、银、铝或铜的材料所制成；更佳者，前述金属层为银。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述光源为窄频光源，其可使用激光、或使用白光搭配激光线窄频滤光片所形成的窄频光源；更佳者，为单一波长的偏极入射光。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述非标定型检测晶片的周期性金属结构所产生的共振波长范围涵盖前述窄频光源的波长。在本专利技术的较佳具体实施态样中，前述非标定型检测系统进一步包含一影像感测器；更佳者，前述影像感测器包含电荷耦合元件(CCD元件)。本专利技术另外提供一种使用如前文所述的非标定型检测系统进行非标定型检测的方法，其包括下列步骤：(a)提供一样本；(b)将该样本置于前述非标定型检测晶片上，使之覆盖晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测化学物质的非标定型检测系统，其特征在于，该非标定型检测系统包括：一非标定型检测晶片，其包含多组具有不同周期长度的周期性金属结构；以及一窄频光源。

【技术特征摘要】
2014.03.07 TW 103107817;2013.09.17 US 61/878,6621.一种用于检测化学物质的非标定型检测系统，其特征在于，所述非标定型检测系统包括：一非标定型检测晶片，其包含多组具有不同周期长度的多层周期性金属结构，所述周期性金属结构选自周期性金属孔状结构、或周期性金属狭缝结构；以及一窄频光源。2.如权利要求1所述的非标定型检测系统，其特征在于，所述周期性金属孔状结构为圆形或多边形的孔状结构。3.如权利要求1所述的非标定型检测系统，其特征在于，所述周期性金属狭缝结构包括：(a)一透明基板，其包含多组第一周期性凸槽结构，且各组第一周期性凸槽结构具有不同的周期长度；以及(b)一金属层，其包覆所述透明基板，且包括对应所述多组第一周期性凸槽结构的多组第二周期性凸槽结构及多组第三周期性凸槽结构，其中所述第二周期性凸槽结构的各凸槽与其所对应的所述第一周期性凸槽结构的各凸槽之间所形成的凹部结构互相嵌合，而所述第三周期性凸槽结构位于其所对应的所述第一周期性凸槽结构之上。4.如权利要求3所述的非标定型检测系统，其特征在于，所述非标定型检测晶片进一步包含一分子层，所述分子层包覆在所述金属层上，且包含一或多种可与所述化学物质结合的分子。5.如权利要求4所述的非标定型检测系统，其特征在于，所述化学物质包含元素、生物分子、聚合物或药物。6.如权利要求5所述的非标定型检测系统，其特征在于，所述生物分子包含蛋白、DNA或RNA。7.如权利要求3所述的非标定型检测系统，其特征在于，所述第二周期性凸槽结构的高度为纳米级。8.如权利要求3所述的非标定型检测系统，其特征在于，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光立，魏培坤，
申请(专利权)人：中央研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71