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TWI468668B - 局部表面電漿共振感應器晶片及其使用與製造方法 - Google Patents

局部表面電漿共振感應器晶片及其使用與製造方法 Download PDF

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TWI468668B
TWI468668B TW98114688A TW98114688A TWI468668B TW I468668 B TWI468668 B TW I468668B TW 98114688 A TW98114688 A TW 98114688A TW 98114688 A TW98114688 A TW 98114688A TW I468668 B TWI468668 B TW I468668B
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Hong Liu
Xiaodong Zhou
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Agency Science Tech & Res
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Description

局部表面電漿共振感應器晶片及其使用與製造方法 發明領域
本發明概略而言有關一種感應器晶片，一種製造該感應器晶片之方法以及一種使用該感應器晶片進行局部表面電漿共振檢測之方法。
 發明背景
在疾病診斷與監控、藥物研發、蛋白質體學以及環境監控之領域中，研發人員已經開發生物感應器許多年了。其本上，生物感應器係將生物反應轉換成可檢測之電氣或光學訊號之分析儀器。已有大量的生物感應器研究致力於評估各種諸如光學、放射活性、電氣化學、壓電、磁性與微機械之訊號傳遞方法之相對優點。
一種供用於生物應用之已知的訊號傳遞儀器包括光學光譜儀，諸如表面電漿共振(SPR)儀，其係使用檢測與金屬表面鄰接之介電薄膜折射率的改變之光學方法，提供不需標記、即時的測量物質之儀器。然而，在奈米級研究之時代中，SPR在奈米級生物應用上之使用特別受限。通常需要各種輔助光學結構來引起SPR(包括棱鏡、光柵或波導)。就這一點而言，由於困難度涉及以微型化規格組合此等輔助光學結構，已知之微型化SPR儀器通常沒有供液體樣品之整合導管。據此，必須使用獨立的流動室。此導致在每次操作之前，均需固定費力地使該流動室與微型化SPR儀器對齊。
鑑於以上，局部表面電漿共振(LSPR)光譜被用於生物應用之能力漸漸重要且已經過許多研究群體證實。局部表面電漿共振之現象係由貴金屬奈米粒子之某些獨特的特性所引起。貴金屬奈米粒子會展現出在大體積貴金屬光譜上不會出現之強的UV-可見光吸收帶。此吸收在當入射光子頻率與該奈米金屬粒子中之傳導電子之集體振動產生共振時發生，產生LSPR。與已被生物學家廣泛使用之SPR相似，LSPR亦為能有效地描述生物界面之特徵之工具，且在其電磁蛻變波長5-15nm內，具有比SPR高出10倍的靈敏度。此使得LSPR非常適合於單層分子或短鏈DNA的檢測。
相較於使用貴金屬薄膜以及需要輔助光學結構(稜鏡、光柵或波導)才能作用之SPR，LSPR可輕易地透過正規的UV-可見光-近紅外線光譜儀，利用貴金屬(銀或金)奈米結構之吸收光譜測得。此外，根據該金屬奈米結構之形狀與尺寸，該LSPR光譜之波峰係可調諧的。
目前LSPR被限制在有關實驗室研究之應用。用於製造微/奈米流體裝置之已知方法不適合於LSPR裝置之製造。例如，在高溫下使用陽極接合可能會損害奈米結構，然其為LSPR產生所需之重要的組件。再者，一般用於微/奈米流體裝置製造之玻璃蝕刻技術，會使玻璃晶圓之表面粗糙，而在LSPR方面引起大量不想要的散射。
有需要提供一種感應器晶片，其能克服或至少減少一或多個以上所述之缺點。
有需要提供一種感應器晶片供檢測微型規模之LSPR，其能夠符合下列中任一個或多個標準：為生物相容性的、堅固耐用的、有成本效益的、最小光散射之穿透、具有容納流體樣本之整合導管以及可大量製造。
 發明概要
根據第一態樣，提供有一種感應器晶片，其包含：一微/奈米流體管道；至少一種奈米結構，提供在該管道中沿著用於傳送光束之光學路徑上；一透光元件，沿著該光學路徑配置，且安排成容許光傳送至該奈米結構上；以及一非透明元件，圍繞該光學路徑之至少一部分，以便至少部分地減少光從該光學路徑散射出去。
於一具體例中，該第一態樣之透明元件由以矽為主的材料構成。於一具體例中，該以矽為主的材料係二氧化矽。
有利地，選擇該以矽為主的材料，使得光散射最小化。
於一具體例中，該感應器晶片之側壁係由一層配置在一層二氧化矽與一透明玻璃層間之非透明矽構成。有利地，該二氧化矽以及一玻璃層可利用可固化的聚合物連結在一起。
根據第二態樣，提供有一種局部表面電漿共振感應器晶片，其包含：一微/奈米流體管道；至少一種奈米結構，提供在該管道中沿著用於從光源傳送光束之光學路徑上：一透光元件，沿著該光學路徑配置，且安排成容許光傳送至該奈米結構上；以及至少一種非透明元件，圍繞該光學路徑之至少一部分，以便至少部分地減少光從該光學路徑散射出去；其中在使用時，光束通過該光學路徑，然後越過該奈米結構，產生一局部表面電漿共振訊號。
於一具體例中，提供有一種局部表面電漿共振感應器晶片，其包含：一微/奈米流體管道，具有一由側壁圍繞之基體，該側壁包含一層配置在一鄰近該基體之二氧化矽層與一玻璃層間之非透明矽，複數奈米結構，提供在該基體中，當光線以一入射角照射時，能夠產生局部表面電漿共振；以及一玻璃層，提供在該管道的上方鄰近該側壁之玻璃層，用於容許光穿過至該奈米結構上。
根據第三態樣，提供有一種局部表面電漿共振系統，其包含：一光源；一感應器晶片，包含：一微/奈米流體管道；至少一種奈米結構，提供在該管道中沿著用於從光源傳送光束之光學路徑上，以便產生局部表面電漿共振訊號；一對透光元件，沿著該光學路徑配置，且具有該奈米結構位於其間；以及至少一種非透明元件，圍繞該光學路徑之至少一部分，以便至少部分地減少光從該光學路徑散射出去；以及一檢測器，沿著該光學路徑配置，供用於檢測該局部表面電漿共振訊號。
根據第四態樣，提供有一種用於製造感應器晶片之方法，其包含下列步驟：將第一基材與第二基材連接在一起，該第一基材具有至少一種奈米結構於其上，而該第二基材被裝配成在該第一與第二基材間形成一微/奈米流體管道，該第二基材具有一光學路徑，以便容許光傳送至該奈米結構上；以及沿著該光學路徑裝設一透光元件，以便容許光傳送至該奈米結構上。
於一具體例中，提供有一種該第四態樣之方法，其包含下列步驟：蝕刻該第二基材，以形成側壁。
於一具體例中，提供有一種該第四態樣之方法，其包含下列步驟：提供該具有一層二氧化矽以及一層玻璃之第二基材。
該方法可包含下列步驟：在該第二基材上提供一層介於該二氧化矽與玻璃層間之非透明矽。有利地，該非透明矽層能夠至少部分地減少光從該光學路徑上散射出去，以便改善該LSPR訊號雜訊比率。
於一具體例中，提供有一種該第四態樣之方法，其進一步包含下列步驟：提供一鄰近該第一基材之非透明元件，以便至少部分地減少光從該光學路徑散射出去。於一具體例中，該提供一非透明元件之步驟包含在該第一基材上配置一金屬層，以便在奈米結構製造之前，在該基材之一側上形成一光學開口。有利地，在該基材上形成光學開口之金屬層，會提高該LSPR訊號之訊號雜訊比率以及對比。
於另一具體例中，提供有一種該第四態樣之方法，其中該奈米結構係利用奈米球微影術(NSL)配置在該第一基材上。
根據第五態樣，提供有一種使用該第一態樣之感應器晶片之方法，該方法包含下列步驟。
從光源導引光束通過該光學路徑，然後入射在該奈米結構上；當光線入射於該奈米結構上時，使一流體樣本與該奈米結構接觸；當該奈米結構與該流體樣品接觸時，檢測從該奈米結構反射或傳送之光線；以及測量該反射或傳送之光線之特徵，以決定與該流體樣本有關之局部表面電漿共振。
定義
在此使用之下列單字與術語應具有所指定之意思：在此使用之術語“管道”應以廣泛的概念作解釋。因此，不應將該術語“管道”限制為橫向尺寸或縱向尺寸超過直徑或橫截尺寸非常多之瘦長的結構。而是該術語意指包括任何所欲形狀或結構之導管，透過該導管液體可獲得引導。在諸如局部表面電漿共振之檢測方法中，管道可填充與一或多個待分析之樣本液體。
在本說明書之情況下，術語“微流體”在無任何限制下，意指一種管道，透過該管道，液體能過通過或被引導，其中該管道之尺寸中一或多個之範圍介於1微米以及約1500微米之間。
在本說明書之情況下，術語“奈米流體”在無任何限制下，意指一種管道，透過該管道，液體能過通過或被引導，其中該管道之尺寸中一或多個之範圍小於約1微米。因此，該術語“微/奈米流體”係集合術語，意指微流體管道或奈米流體管道。
術語“透明的”意指任何可使光線輕易地通過之物質，因而透過該物質可完全地看見置於背面之物體。
術語“透明元件”意指任何物體，其係由具有如上定義為透明的之特性之材料所形成。例如，透明元件可為微/奈米流體管道之側壁。
術語“非透明的”意指任何不是透明的物質，因為其不容許光線輕易地從其通過，因而無法透過該物質完全地看見置於背面之物體。據此，該術語不排除可能部分透明之物質，諸如半透明之材料。
術語“非透明元件”意指任何物體，其係由具有如上定義為非透明的之特性之材料所形成。例如，非透明元件可為微/奈米流體管道之側壁。
在此使用之術語“流體樣本”被廣泛地解釋成包括任何流體材料或流體材料之混合物，其等含有一或多種局部表面電漿共振分析法欲進行分析之組份。該流體材料或流體材料之混合物可呈液相或氣相。該流體樣本可為生物樣本、生化樣本或化學樣本。該流體樣本在檢測期間可為正在進行反應之狀態。該反應可包括硬質或黏彈性薄膜之形成、薄層之移除、親和力結合、配位子-受體結合、競爭性結合以及化學反應。在該流體樣品中所發生可被測得之例示性化學反應包括，透過活性酯中間體胺基基團官能化分子、巨分子或粒子偶合至羧基基團終端之表面(EDC/NHS偶合用於水性條件，而DCC/NHS偶合用於非水性條件)、酯化聚合以及光聚合該流體樣本內之組份。
在此使用之術語“奈米結構”應廣泛地解釋成包括由具有至少二維度小於約1 μm，更典型地20nm至800nm之微/奈米管道之主要部分獨立出或分離出之三維結構。
單字“實質地”不排除“完全地”，如“實質上無”Y之組成物可為完全地無Y。必要的時候，可從本發明之定義中省略該單字“實質地”。
除非具體指出，否則該等術語“包含(comprising以及comprise”以及其等之文法變體，意圖表示“開放”或“廣容性(inclusive)”語言，因而其等不僅包括所述之元件，且亦容許包含額外、沒有敘述之元件。
在此使用之術語“約”，在配方之組成的濃度之情況下，典型地意指所述之值的+/-5%，更典型地該所述之值的+/-4%，更典型地該所述之值的+/-3%，更典型地該所述之值的+/-2%，甚至更典型地該所述之值的+/-1%以及甚至更典型地該所述之值的+/-0.5%。
縱觀此揭示內容，某些具體例可能以範圍形式揭示。應了解，以範圍形式揭示之敘述僅為方便與簡潔起見，而不應被解釋成限制在該所揭示之範圍不能變更。據此，範圍之敘述應被視為已明確地揭示所有可能的子範圍以及該範圍內之個別數值。例如，諸如從1至6之範圍之敘述應被視為已明確地揭示出諸如從1至3、從1至4、從1至5、從2至4、從2至6、從3至6等等之子範圍，以及在該範圍內之個別數值，諸如1、2、3、4、5以及6。此應用不管該範圍之廣度如何。
 較佳實施例之詳細說明
現在將揭示用於諸如局部表面電漿共振之化學與生物感應技術之感應器晶片之例示性、非限制性具體例。
該感應器晶片包含一種微/奈米流體管道；至少一種奈米結構，提供在該管道中沿著用於從光源傳送光束之光學路徑上；一透光元件，沿著該光學路徑配置，且安排成容許光傳送至該奈米結構上；以及一非透明元件，圍繞該光學路徑之至少一部分，以便部分地減少光從該光學路徑散射出去。
於一具體例中，該感應器晶片包含單一奈米結構。該感應器晶片亦可包含複數奈米結構。
於一具體例中，該奈米結構之至少一種係金屬。該金屬可擇自於由下列所構成之群組：元素週期表之IB族、VIB族、VIIIB族、IVA族、IVB族、IIB族以及IIIA族，以及其等之合金以及組合。
該奈米結構亦可為貴金屬。於另一具體例中，該奈米結構之至少一種為擇自於由下列所構成之群組之金屬：金、鋁、鈷、銦、鉬、鎳、鈀、鉑、錫、鈦、鎢、鋅、銀、銅以及其等之組合。於一具體例中，該奈米結構係金奈米結構。於另一具體例中，當出現複數奈米結構時，該奈米結構可為以上所揭示之不同的金屬之混合。
較適當的是，該奈米結構可為不會與該流體樣本內之溶劑反應的，且可為不會與氧、水、甲醇、乙醇等等反應的。該奈米結構可實質上為三維的。該奈米結構之形狀可為實質上規則或不規則的。該奈米結構之橫截面可實質上為圓形、三角形、矩形、菱形、楕圓形或方形的。
於一具體例中，當該奈米結構具有實質上圓形橫截面時，該奈米結構之直徑範圍可從約20奈米至約800奈米、從約30奈米至約800奈米、從約40奈米至約800奈米、從約50奈米至約500奈米、從約100奈米至約400奈米、從約100奈米至約300奈米、從約100奈米至約200奈米、從約200奈米至約500奈米、從約300奈米至約500奈米。於另一具體例中，當該奈米結構具有矩形或正方形橫截面時，該矩形或正方形橫截面之長度與寬度之範圍可從約20奈米至約800奈米、從約30奈米至約800奈米、從約40奈米至約800奈米、從約50奈米至約500奈米、從約100奈米至約400奈米、從約100奈米至約300奈米、從約100奈米至約200奈米、從約200奈米至約500奈米以及從約300奈米至約500奈米。
於一具體例中，該奈米結構係擇自於由下列所構成之群組：圓盤狀、立方體、圓筒狀以及球體。當使用複數奈米結構時，該奈米結構在該第一基材上之排列可為隨機、圖案化、週期性或整齊的。該奈米結構可附著在個別管道上或呈團塊狀。可使用黏著工具將該奈米結構附著至該管道之基體上。該奈米結構可利用直接沈積方法或微影方法配置在該管道之基體上。於一具體例中，該奈米結構係利用奈米球微影術(NSL)配置於該第一基材上。當存在有複數奈米結構時，該等奈米結構可以一範圍之距離彼此隔間來，該範圍從約1奈米至約50000奈米、從約50奈米至約50000奈米、從約100奈米至約40000奈米、從約100奈米至約30000奈米、從約100奈米至約20000奈米、從約200奈米至約10000奈米、從約200奈米至約5000奈米、從約300奈米至約5000奈米。於一具體例中，單一奈米結構配置於該第一基材上。
該奈米結構亦可經諸如羥基基團、甲醯胺基團以及在有終端羥基或甲醯胺基團之短烷基鏈(如1-6個碳)之化學基團予以官能化。亦可於該奈米結構上依附諸如受體、配位子以及任何其它感興趣之生物分子之標的生物分子予以官能化。
該管道之基體可具有至少一部分為非透明、半透明或透明的。於一具體例中，該管道之基體係由無機二氧化矽為主之材料構成。該管道之基體可為玻璃。該管道之基體可為生物相容性和/或化學惰性的。該管道之基體可能夠在其特性無不想要的改變之情況下，接觸該含有有興趣之標的分析物之流體樣本一段長的時間；該基體對該流體樣本係化學與生物惰性的。該管道之基體具有厚度從約10奈米至約10公分。
於一具體例中，該非透明元件形成該微/奈米流體管道之至少部分的側壁。於另一具體例中，該非透明元件提供在該微/奈米流體管道之基體中或附近。於又另一具體例中，該非透明元件可被用於包覆該第一基材之至少一側，以圍繞該光學路徑之至少一部分，以便至少部分地減少光從該光學路徑散射出去。該非透明元件亦可被用於包覆該第二基材之至少一側和/或該透光元件之至少一部分，藉此形成光學開口。該非透明元件亦可被用於包覆該管道之側壁之至少一側。有利地，此改善了該LSPR訊號之訊號雜訊比率。該非透明元件亦可在該第一基材、第二基材和/或該透光元件之至少一部分內。於另一具體例中，該非透明元件可為該第一基材、第二基材和/或該透光元件之至少一部分之固有特徵。該非透明元件可為一金屬薄膜層。該金屬薄膜可擇自於由下列所構成之群組：元素週期表中之第IB族、第VIB族、第VIIIB族、第IVA族、第IVB族、第IIB族以及第IIIA族，以及其等之合金以及組合。於一具體例中，該金屬薄層可擇自於由下列所構成之群組：鋁薄膜、鈷薄膜、銅薄膜、金薄膜、銦薄膜、鉬薄膜、鎳薄膜、鈀薄膜、鉑薄膜、銀薄膜、錫薄膜、鈦薄膜、鎢薄膜、鋅薄膜以及其等之組合。於一具體例中，該金屬係金薄膜。
用於形成該管道之側壁所需之材料可為能夠抵抗進來的流體樣本之壓力者。該側壁可由能夠被蝕刻成所欲形狀之材料製成。於一具體例中，該側壁係由以一層光阻塗覆之矽晶圓製成。該側壁可為玻璃、二氧化矽、矽、氮化矽、石英、任何其它陶瓷、聚(甲基甲基丙烯酸)(PMMA)、聚碳酸酯、聚(乙烯與丙烯酸乙酯)共聚物(PEEA)、聚二甲基矽氧烷(PDMS)或其混合物。該等側壁可具有至少一為非透明、半透明或透明部分。於一具體例中，該等側壁為非透明的，以便至少部分地減少光從光學路徑散射出去。有利地，此提供LSPR訊號較高的訊號雜訊比率。於另一具體例中，該管道之側壁係由實質上透明材料(其以非透明元件塗覆)構成。於另一具體例中，該管道之側壁係由以矽為主的材料構成。於又另一具體例中，該第二基材係擇自於由下列所構成之群組：玻璃、二氧化矽、矽、氮化矽、石英、任何其它陶瓷、聚(甲基甲基丙烯酸)(PMMA)、聚碳酸酯、聚(乙烯與丙烯酸乙酯)共聚物(PEEA)、聚二甲基矽氧烷(PDMS)或其混合物。該等側壁可包含一層配置在二氧化矽層與一玻璃層間之非透明矽。有利地，該非透明矽能夠降低光散射以及改善該LSPR訊號雜訊比率。該等側壁可能夠在其特性無不想要的改變之情況下，接觸該流體樣本一段長的時間。該等側壁可具有厚度從約10 nm至約1000 μm。
於一具體例中，該透光元件係玻璃以及聚二甲基矽氧烷中之至少一種。於一具體例中，該透光元件係一在該管道上方供光線能夠傳送通過該管道且至該奈米結構上之層。於另一具體例中，第二透光元件係沿著該光學路徑配置，且安排成能夠傳送已經過該奈米結構之光線。該第二透光元件可形成該管道之基體。於一具體例中，該第二透光元件亦可為具有至少一種奈米結構於其上之第一基材。該透光元件可由以矽為主的材料構成。於一具體例中，該以矽為主的材料為二氧化矽為主的材料。於另一具體例中，該以矽為主的材料係二氧化矽。於一具體例中，該以矽為主的材料具有與玻璃相似之折射率。於另一具體例中，該以矽為主的材料係玻璃。該玻璃可包含從約60重量%至約99重量%之二氧化矽。該玻璃可包含約從1重量%至約40重量%之包含添加物之氧化金屬或碳酸金屬。於一具體例中，除了二氧化矽外，該玻璃可包含擇自於由下列所構成之群組之添加物：氧化鈉、碳酸鈉、碳酸鎂、氧化鈣、鉛、鑭、硼、氧化硼、釷、鈰、銻、其混合物以及其鹽類。於一具體例中，該玻璃係硼-矽酸鹽玻璃。於一具體例中，該玻璃係Pyrex 7740玻璃晶圓。
該透光元件可具有與玻璃相似之折射率。於一具體例中，該透光元件具有折射率從約1.4至約2。較佳地，該透明元件具有折射率從約1.45至約1.55。該透光元件可具有約50%至約100%之光傳送。於一具體例中，該透光元件具有約100%之光傳送。該透光元件可能能夠在其特性無不想要的改變之情況下，接觸該流體樣本一段長的時間。該透光元件可具有厚度從約10 nm至約10 mm。
於一具體例中，該感應器晶片之各部分可使用可固化材料連接在一起。例如，該管道之側壁之二氧化矽與玻璃層，可利用可固化聚合物連結在一起。例示性可固化聚合物包括環氧樹脂化合物、聚醚醯亞胺以及丙烯酸為主的化合物。於一具體例中，該可固化的聚合物係UV可固化環氧樹脂。於又另一具體例中，該可固化的材料係一種具有與玻璃之折射率相似之材料。當使用諸如PDMS之材料時，該PDMS與玻璃之連結可利用氧電漿活化來進行。
於一具體例中，該所揭示之感應器晶片包含安裝成可將已經過該奈米結構之光線反射回該光學路徑之反射器。該反射器可為任何具有反射特性之材料。於一具體例中，該反射器係由金屬構成。該反射器可被配置在該第一基材或該管道之基體的至少一側上。
該所揭示之感應器晶片之管道可被連結至至少一用於傳送流體樣本進入該管道之入口以及至少一用於從該管道傳送該流體之出口。於一具體例中，該管道之至少一部分容許光被傳送至該奈米結構上。該感應器晶片之管道可具有至少一維度係從約10奈米至約1000微米。
於一具體例中，該管道具有擇自於由下列所構成之群組之橫截面形狀：梯形、正方形、矩形以及圓形。當該管道之橫截面係圓形時，該管道之直徑之範圍可從約1微米至約15000微米、從約10微米至約10000微米、從約50微米至約8000微米、從約50微米至約500微米、從約50微米至約5000微米、從約50微米至約2000微米以及從約50微米至約1000微米。當該管道之橫截面為矩形、正方形或梯形時，該管道之寬度與高度之範圍可從約1微米至約15000微米、從約10微米至15000微米、從50微米至約8000微米、從約50微米至約5000微米、從約50微米至約2000微米以及從約50微米至約1000微米。於一具體例中，該管道係100微米寬，且具有深度50微米。
該所揭示之感應器晶片可與會在該奈米結構上提供入射光束，藉此產物局部表面電漿共振之光源一起使用。於另一具體例中，可使用諸如鹵素燈以及可調諧的雷射光源之寬頻光源。於又另一具體例中，使用諸如發光二極體或二極體雷射之窄頻光源。
在檢測LSPR方面，可使用大略垂直於該感應器晶片平面之任何角度之傳送模式下之標準光譜儀。
亦可建立自製或定製的光譜儀進行LSPR之測量。
當使用寬頻光源時，在從該光源而來之光束通過感應器晶片後，該光線可被傳送至繞射光柵，以及可使用光電二極管陣列分析該裝置之光譜。當使用窄光源時，可使用光檢測器去檢測通過該感應器晶片之特定波長之能量，因為當該LSPR消光峰之波長位移時，在固定波長檢測之能量會改變。有利地，此檢測方法之成本效益較高，但僅適合當該裝置之光譜之特徵已經描述明確者。於一具體例中，該感應器晶片與能夠檢測從該奈米結構傳送而來之光的強度之光檢測器一起使用。於另一具體例中，當在第一基材或該管道之底部使用反射器或反射層時，可利用光檢測器檢測反射的光線。該光檢測器可為任何能夠感應或檢測光線之裝置。該光檢測器可為諸如光電池、光電二極管、光電晶體、電荷耦合裝置、影像感應器、光電管或光電倍增器之光檢測器。檢測該光線時，可從該光檢測器將從該感應器晶片傳送/反射而來之光線之強度，傳送至能夠分析結果之電腦或讀取器，因此產生局部表面電漿共振量變曲線。
當使用在特定波長之光束時，該光束可在可見光區域、紅外線區域或電磁光譜之紫外線區域。該光束可為雷射光束。雷射光束可從雷射光源射出。該光束可為實質上s-極化的、實質上p-極化的或實質上非極化的。
該光束之波長可在約500 nm至約1200 nm之範圍內。於一具體例中，該光束之波長為約543 nm、約594 nm、約633 nm或約1150 nm。
該光束之強度可在約0.01 mW/mm2 至約100 mW/mm2 之範圍內。於一具體例中，該呈雷射光束形式之光束的強度可為擇自於由下列所構成之群組：約0.014 mW/mm2 、約0.029 mW/mm2 、約0.057 mW/mm2 、約0.0111 mW/mm2 、約0.14 mW/mm2 、約0.228 mW/mm2 、約0.30 mW/mm2 、約0.337 mW/mm2 、約0.452 mW/mm2 以及約0.568 mW/mm2 。
於一具體例中，該所揭示之感應器晶片係微/奈米流體裝置。於另一具體例中，該所揭示之感應器晶片可用作為DNA晶片、實驗室晶片(lab-on-a-chip)裝置、生物微機電系統(Bio-MEMS)以及生物感應器。諸如微型泵之微推進裝置亦併入所揭示之感應器晶片中。
圖式簡單說明
所附之圖式說明所揭示之具體例以及供用於解釋該所揭示之具體例之原理。然而應了解，該等圖式係設計用於僅作說明之目的，不是用於界定本發明之限制範圍。
第1a圖係在此揭示之感應器晶片之一具體例之橫截面概要圖，而第1b圖係在此揭示之具有非透明元件之另一具體例中感應器晶片之橫截面概要圖。
第2a圖係要在局部表面電漿共振系統中使用之感應器晶片之概要橫截面總成圖之一具體例。第2b圖係要在局部表面電漿共振系統中使用之感應器晶片之概要橫截面總成圖之另一具體例。
第3圖係在此所揭示之感應器晶片之總成原型照片。
第4圖係用於製造在此所揭示之感應器晶片之步驟流程圖。
第5a圖以及第5b圖係在此所揭示之感應器晶片上存在之奈米結構之場發射掃描式電子顯微鏡(FESEM)照片：第5a圖顯示在2500 X放大倍率下奈米結構之FESEM照片，而第5b圖顯示在23000 X放大倍率下奈米結構之FESEM照片。
第6a圖以及第6b圖係所揭示之感應器晶片經Ocean Optics光譜儀測量之LSPR光譜。第6a圖顯示針對玻璃-矽-玻璃結構，當金奈米結構鄰近之介質為空氣與水時之LSPR光譜。第6b圖顯示針對相同結構加上3 mm厚之聚二甲基矽氧烷(PDMS)層，當該奈米結構之鄰近介質為水時之LSPR光譜。
第7圖顯示製造供用於依照以下所揭示之實驗進行生物素-鏈黴親和素複合物之測量，具有金奈米結構之玻璃感應器晶片之LSPR光譜。
第8圖顯示第7圖之LSPR光譜之消光峰波長位移。
第9圖顯示製造供用於依照以下所揭示之實驗進行BSA之測量，具有金奈米結構之玻璃感應器晶片之LSPR光譜。
第10A圖以及第10B圖係如以下所揭示之實驗中所述，分別在有或無非透明金屬層阻斷之情況下，感應器晶片之繪製圖。
第11A-11D圖顯示如以下所揭示之實驗中所述，在有或無使用非透明金屬層之光阻斷之情況下所取得之LSPR光譜。
圖式之詳細說明
關於第1a圖，其顯示一供用於檢測流體樣本之局部表面電漿共振之微/奈米流體感應器晶片10。
以Pyrex 7740玻璃形成之基材26，形成該微/奈米流體感應器晶片10之底部。複數具有適合LSPR應用之金奈米結構28配置在該玻璃基材26上。組合的二氧化矽層(SiO2 )16以及非透明矽晶圓(Si)14(14a-14d)共同地形成側壁材料17，以便界定出微/奈米流體管道23。矽晶圓14利用Loctitte 3301 UV可固定環氧樹脂24A附著至玻璃26之終端。側壁材料17之後接著利用UV可固化環氧樹脂24附著至亦由Pyrex 7740玻璃形成之透明無機層12。該玻璃12形成該微/奈米流體感應器晶片10之頂層，且為光學透明的以容許光線通過。玻璃26、二氧化矽層(SiO2 )16、矽晶圓(Si)14以及玻璃12排列成使二氧化矽層(SiO2 )16與矽晶圓(Si)14夾在玻璃26與玻璃12之間，且該微/奈米流體管道23實質上為封閉室之方式。玻璃層12與側壁材料層17為不連續的，所以微/奈米流體管道23由入口18、透明部分20以及出口部分22構成。透明管道部分20作為光學或光線路徑20A之一部分，供入射光到達配置在玻璃26上之金奈米結構28。管道23容許流體樣本從入口18通過金奈米結構28至出口22。
關於第1b圖，顯示第1a圖之微/奈米流體感應器晶片10，在玻璃基材26之底側具有由金屬層8形成之非透明元件。該金屬8之層可被製成具有光學開口6，以便阻擋從不是感應區之區域來而之光線(未示出)，因此進一步提高LSPR之訊號雜訊比率。矽層14(14a-14d)亦能夠阻擋可見光，但紅外線範圍之光可以穿透該矽，因此需要金屬層8來阻擋從不是感應區之區域來而之紅外線。應注意，假如矽晶圓14b、14c係光線不可穿透的，則該感應器裝置可不需要金屬層8。然而，在較佳具體例中，一起使用了金屬層8與非透明矽層14。
關於第2a圖、第2b圖以及第3圖，顯示如第1a圖所描述之微/奈米流體感應器晶片10之總成11。該總成具有許多與以上所述之微/奈米流體感應器晶片10相同之技術特徵，具相同的元件编號，但加上上撇號(’)。
如第2a圖所示，總成11另外包含二個配件36，連接至二個襯墊30，其接著附著至玻璃層12’。配件36經由一對總成夾具(38A、38B)與微/奈米流體裝置10夾在一起。管子(34A、34B)插在配件36中以分別提供連接入口與出口管道18’與22’。襯墊30作用係預防不想要之粒子或灰塵進入微/奈米流體感應器晶片10，且亦預防流體樣本滲漏進入或漏出微/奈米流體感應器晶片10。在第2b圖中，顯示如第2a圖所述之總成11之選擇性排列。代替具有管子(34A、34B)從夾具38B之頂部插入，管子(34A、34B)係從夾具38B之側面插入。
使用時，使有興趣的流體樣本通過管子34A，然後該流體樣本會進入入口管道18’。之後該流體樣本會從含有可結合至可能存在該流體樣本中之標的分析物之化合物之金奈米結構28’上流過。入射光40以一入射角通過管道20’，然後照射奈米結構28’，以產生與該流體樣本之組成有關之LSPR訊號。之後利用光譜儀(未示出)，由傳送經該奈米結構之光束的光強度量變曲線來檢測LSPR訊號，傳送中之LSPR消光峰之位移與該奈米結構鄰近介質之折射率改變有相關。用於LSPR光譜掃描之光譜儀之波長範圍，在全波長掃描LSPR光譜方面，較佳的為200-3000 nm，或在實際應用方面，為400-900 nm，因為400-900 nm波長範圍之光譜儀更具成本效益。因為LSPR消光峰之波長可根據該奈米結構之尺寸與形狀調諧，所以其可以隨時依據奈米結構最佳化而被調整至400-900 nm範圍。因為取決於該奈米結構之形狀，LSPR可能易受光之偏振的影響，所以可在入射於該奈米結構上之光束前加上線性偏振器(未示出)。總成11可連接至迷你泵(未示出)供使流體樣本流至封閉室。在出口管道22’中可配置第二迷你泵(未示出)，以便移除來自封閉室23’之流體樣本。被移除之流體樣本中之分析物的濃度可能減少，因其可能已經與配置在奈米結構28’上之標的化合物反應或結合。第3圖顯示如第2a圖中所述之總成11之原型。
此時參照第4圖，提供有一說明用於製造如上所揭示之感應器晶片10之步驟之流程圖。以上所提及之感應器晶片10係由矽以及Pyrex 7740玻璃透過微製造技術製成。在此製造出微流體感應器晶片。製造方法從使用標準RCA，清潔具厚度400 μm之4吋(~100 mm)矽晶圓14開始。之後，利用電漿增強化學氣相沉積(PECVD)將1 μm厚之二氧化矽層16沈積在矽晶圓14之兩側上。
如第4圖之S1中所示，之後在矽晶圓14之兩側上，旋轉塗佈與一層AZ4620光阻50。隨後使矽晶圓14在7 mW/cm2 下曝光13秒，用獲自Clariant Corporation之AZ顯影劑顯影45秒，以便打開入口18、出口22以及透明管道部分20(其為光學或光線路徑20A之一部分)之窗口。使用由Honeywell製造之氧化蝕刻緩衝溶液(含有NH4 F以及HF，容積比為7：1)蝕刻二氧化矽16，蝕刻速度850/min。
之後利用S2所示之光阻塗佈、曝光、顯影以及氧化物移除，在該晶圓之另一側上製造100 μm寬之微管道52圖案。
如S3所示，之後進一步使用深反應離子刻蝕(DRIE)將微管道52蝕刻至深度為50 μm。
接著，如S4所示，透過深反應離子蝕刻(DRIE)，將入口18、出口22以及透明管道部分20蝕刻至與微管道52之流體路徑連接。此晶圓14被切割成供如下列S5所示之結合製程之晶片。
在下個步驟S5中，將pyrex 7740玻璃晶圓12切割成具有與矽晶片14a-14d相同之晶片12a-12c。玻璃晶片12a-12c作用為該微流體管道之頂蓋以及被視為頂玻璃晶片。在該頂玻璃晶片上鑽出入口管道18以及出口管道22，然後於該頂玻璃晶片上旋轉塗佈具有折射率1.48之Loctitte 3301 UV可固化環氧樹脂24。完全地對齊之後，使該矽晶片以及該頂玻璃晶片結合在一起，然後曝露於7 mW/cm2 (365 nm波長)之UV光下5分鐘，固化該環氧樹脂以及形成強力的結合。
如S6所示，隨後透過奈米球微影術(NSL)，在另一底pyrex 7740玻璃晶片26上製造金奈米結構28薄層。NSL係一種能在玻璃基材26上製造受控制的形狀、尺寸以及粒子間距之金奈米結構28之強而有力且便宜的技術，且因為其調諧性以及多變性，其製造出之奈米結構適合於LSPR檢測。之後在之前結合的Si-玻璃結構之表面上旋轉塗佈一層Loctite 3301 UV可固化環氧樹脂24，之後小心地與具金奈米結構28之底玻晶片26對齊，將其等結合在一起。UV曝光後，即完成如S7所示之玻璃-矽-玻璃三明治結構元件。
至於第5a圖，其顯示奈米結構28'''在2500 X放大倍率下之FESEM相片，而第5b圖顯示奈米結構28''''在23000 X放大倍率下之FESEM相片。該等圖式顯示在以上所揭示之感應器晶片10已經撬開後，個別的金奈米結構28'''/28''''。可觀察到，在進行以上所揭示之步驟來製造微/奈米流體感應器晶片10時，該等金奈米結構之結構完整性沒有不利地改變。此指出，當使用前述之步驟來製造微/奈米流體感應器晶片10時，LSPR之性能不會降低。
關於第6a圖以及第6b圖，其顯示用Ocean Optics光纖光譜儀測量所揭示之感應器晶片之LSPR光譜測量結果，該光譜儀由DH2000寬頻光源、USB2000光譜檢波器(由光柵以及光電二極管陣列所構成)以及光纖組成，其可適當的測量400-900 nm之光譜，光學解析度為0.35-0.36 nm。從該光譜儀之DH2000光源而來之光線連接帶有光纖之所揭示的感應器晶片，在通過該裝置之後，該光線再連接至另一個與USB3000光譜檢測器連接之光纖。第6a圖顯示出該所揭示的感應器晶片之檢測功能良好。從所揭示的感應器晶片中可發現，當鄰近的介質由空氣改變成水時(即，折射率從1改變至1.33)，LSPR光譜之消光峰會從642.16 nm位移至677.35 nm，其等於LSPR靈敏度為106 nm/RIU，RIU係折射率之單位。應注意，此靈敏度取決於該奈米結構之尺寸、形狀以及材料，且與該微/奈米流體設計有關。
第6b圖比較3 mm厚之PDMS層加至該所揭示之感應器晶片上時之LSPR光譜。該PDMS係透明的，容許光線傳送至該奈米結構。有一個光譜因加上PDMS而變寬。由第6b圖中所提供之實驗結果可發現，PDMS仍可用於製造所揭示之感應器晶片。然而，經比較第6b圖以及第6a圖，可觀察到具有玻璃作為該管道之頂蓋層(第6a圖)會產生LSPR訊號優於當PDMS用作為透明頂層時所獲得之LSPR訊號。此外，PDMS係一種多孔材料，其不適合長期用於檢測生物樣本，因為其易於吸收一些生物樣本。在多次使用時，一般相信在PDMS中之殘留物亦可能會嚴重地影響LSPR測量值之精確度。結論，雖然PDMS可用作為該感應器晶片之透明頂蓋層，但在耐久性、安定性、可信賴性、重覆性以及高透光度方面，二氧化矽為主的微/奈米流體裝置用於LSPR之應用係最好的。
用於測定該感應器晶片之生物感應功能之實驗
下列實驗係使用根據在此所揭示之感應器晶片中之一具體例，帶有金奈米結構之玻璃感應器晶片進行。該帶有金奈米結構之玻璃感應器晶片，係經由將直徑170 nm之聚苯乙烯奈米球分散於玻璃基材上，之後在該奈米球上蒸發50 nm之黃金薄膜而製成。
為核對該LSPR裝置之生物感應功能，進行二種類型之實驗。第一實驗係使用生物素-鏈黴親和素複合物來進行，其係一種用於研究SPR裝置之特異性結合以及即時動力學功能之典型的試劑。另一實驗係利用測定牛血清白蛋白之結合來進行，以確定該LSPR裝置與已知裝置之靈敏度相容性。
實驗1 生物素-鏈黴親和素複合物之測量
LSPR光譜係使用Ocean Optics光譜儀取得。首先，量取在空氣中之光譜(如第7圖中標記為A之光譜所示)，之後加入乙醇，然後量取LSPR光譜(如第7圖中標記為B之光譜所示)，因為該生物素化硫醇係配製於乙醇中。之後注入357 μM之生物素化硫醇(10個硫醇依附1個生物素)，在室溫下培育1個小時，用乙醇清洗，測量在乙醇中之LSPR光譜(如第7圖中標記為C之光譜所示)。因為鏈黴親和素係配製於磷酸鹽緩衝溶液(PBS)中，所以在添加鏈黴親和素之前，先將介質改成PBS緩衝液，之後測量LSPR光譜(如第7圖中標記為D之光譜所示)。最後，注入濃度為100 μg/ml之鏈黴親和素，培育1個小時，用PBS清洗，然後量取LSPR光譜(如第7圖中標記為E之光譜所示)。
如第7圖所示，此等LSPR測量值之消光峰波長分別為643.48、741.01、747.52、740.21以及748.47 nm。各自的波長位移另一方面顯示於第8圖中。
因為乙醇之折射率為1.36，所以在乙醇中時LSPR波長位移97.53 nm(由741.01-643.48=97.53計算得)，指出該LSPR晶片之靈敏度為270.91 nm/RIU(由97.53/(1.36-1)=270.91計算得)。在乙醇中，生物素專一性結合至金奈米結構上，引起進一步之波長位移6.51 nm(由747.52-741.01=6.51計算得)。當介質改變成PBS時，波長顯示出減少7.31 nm(由740.21-747.52=-7.31計算得)。此係因為與乙醇相比，PBS具有較低的折射率1.33467。此位移可利用該感應器晶片之LSPR靈敏度乘以折射率的改變粗略預期得，此為約6.86 nm(由270.91×(1.36-1.33467)=6.86215計算得)。以上很清楚地，計算值6.86215 nm非常接近之前測量的結果7.31 nm，顯示出該感應器晶片之相對高可預期性。
當加入鏈黴親和素時，清洗後，另一波長位移8.26 nm顯示出鏈黴親和素專一性結合至生物素。據此，加入鏈黴親和素後之正向波長位移證實了，該感應器晶片對鏈黴親和素專一性結合至生物素有反應，且該生物素-鏈黴親和素複合物在該感應器晶片中之作用良好。
實驗2 牛血清白蛋白(BSA)之測量
牛血清白蛋白(BSA)之LSPR光譜係利用PerkinElmer光譜儀測得。首先，量測在空氣中之LSPR光譜(如第9圖中標記為A之光譜所示)，之後加入1 μg/ml磷酸鹽緩衝液(PBS)，再量測LSPR光譜(如第9圖中標記為B之光譜所示)，最後注入BSA，在室溫下培育1個小時，用PBS清洗，再測量LSPR光譜(如第9圖中標記為C之光譜所示)。
實驗之光譜示於第9圖中。在空氣中之消光波波長為789 nm。如箭頭(1)所示，BSA結合會使PBS緩衝液之光譜稍微往右位移，所以必須小心辨識。因為即使是在插圖中(光譜A與B之放大圖)，該二個LSPR光譜之波峰看起來亦很接近，在消光強度1.35處，平均該二個波長較能夠識別波長位移，因為在1.35處，此位移係能夠辨識的，且非常接近1.37之峰強度。至於PBS緩衝液，在1.35強度處之左與右波長分別為798與873.5 nm。此產生中央波長835.75 nm。BSA結合後，在1.35強度處之左與右波長分別為802.5與881.5 nm。此產生中央波長842 nm。
該LSPR晶片之靈敏度經計算為139.69 nm/RIU((835.75-789)/(1.33467-1)=139.69)。應注意，各LSPR晶片具有不同的靈敏度，因為黃金沈積之角度或厚度不同。根據以上之結果，BSA之結合引起波長右位移6.25 nm(由842-835.75=6.25計算得)。Gao等人1 亦測量帶有BSA結合之LSPR晶片之波長位移。然而，在Gao等人方面，首先係將晶片浸入BSA中，再用PBS清洗，之後乾燥，並在空氣中測量。測量之晶片靈敏度為110 nm/RIU，Gao等人檢測到在空氣中之位移為7 nm。
在此實驗中之感應器晶片具有較高的靈敏度139.69 nm/RIU，因此就比例來算，假如本發明之感應器晶片在空氣中乾燥，則由BSA引起之波長位移預測為8.89 nm(7×139.69/110=8.889)。再者，因為於此實驗中，有關BSA之LSPR測量值係在PBS緩液中量取，因此SPR或LSPR之靈敏度亦應進一步以接近空氣與液體之折射比率之倍數加以調整與降低，藉此在此實驗中預期的LSPR波長位移為6.66 nm(由8.889/1.33467=6.66計算得)。此透過一系列正規化於Gao等人中所獲得之值之波長位移預測值，非常接近由經實驗實際獲得之值，即實驗光譜位移為6.25 nm。
該生物結果指出，該感應器晶片之靈敏度以及功能在性能上比得上文獻中之裝置(Gao et al)。然而，相較於該文獻中之裝置，在此所揭示之感應器晶片係小型的，且具有較簡單以及有效之設計，因此在工業規模上更易製造。
測定利用光阻擋產生訊號提高之實驗
此實驗適合用於顯示限制光到達LSPR測量裝置之數量之影響。
依照在此揭示之一具體例，在無非透明元件圍繞在傳送經該感應器晶片之光束的至少部分光學路徑四週之情況下，在該感應器晶片之基材上製造金奈米結構。之後測量該感應器晶片之LSPR光譜。
之後如在此之一具體例中所揭示的，用一非透明金屬層阻擋該感應器晶片至部分地阻斷光線到達光譜儀之數量。之後測量此感應器晶片之LSPR光譜。第10A圖顯示從該光譜儀之位置觀看，沒有非透明元件之感應器晶片之繪製圖。第10B圖顯示從該光譜儀之位置觀看，具有非透明元件之感應器晶片之繪製圖。許多小圈圈50代表金奈米粒子。圓形線52指出該光譜儀之光斑的尺寸。遮蔽區域54表示光線被該金屬層阻擋掉之區域。
以上之實驗在四個感應器晶片上進行四次，測量該四個不同的感應器晶片之光譜，示於第11A-11D圖中。光譜62代表從不具有非透明元件部分地阻斷光線到達該光譜儀之感應器晶片所獲得之光譜，而光譜60代表從具有非透明元件部分地阻斷光線到達該光譜儀之感應器晶片所獲得之光譜。
第11A-11D圖中之結果展現出，光線阻擋使得光譜之波峰更顯著。此可歸因於金奈米結構在較小區域(直徑小於1 mm)中，比在整個光斑之大區域(直徑約5 mm)中之分散更均勻之事實。
應用
所揭示之感應器晶片係對LSPR之測量超靈敏之裝置，且對超小量之樣本流體(奈升或甚至更少)具有精準的控制性。所揭示之感應器晶片有利地為低成本的、堅固耐用的、生物相容的以及能夠大量生產的。
所揭示之感應器晶片可用於藥學工業、研究、醫學診斷測試、食品安全或防禦目的之生物或微生物檢測(諸如生物恐怖主義攻擊監控)或環境監測上之應用。此等應用可包含配位子篩選、免疫學、細胞生物學、訊號傳導、化學交互反應以及核苷酸-核苷酸、核苷酸-蛋白質、蛋白質-蛋白質以及蛋白質-脂質之交互反應。
所揭示之感應器晶片可用作為生物感應器，供用於結合反應之原位、無標記分析。
該感應器晶片可用於檢測超薄剛性層之形成或移除，諸如在大氣壓或高壓下，諸如金屬、無機、有機、生化或聚合物之薄膜沈積或成長。剛性層之形成之檢測可在該奈米結構之表面上獲得或在二個流體相間之界面層獲得。樣本材料可被吸收至該奈米結構之表面上，透過於真空中或在大氣壓下蒸氣沈積而沈積在表面上，在表面處發生化學反應或由於靜電交互反應而化學鍵結至該表面。
有利地，因為該所揭示之感應器晶片在其電磁蛻變波長5-15 nm內具有高靈敏度，其非常適合於單層分子或短鏈DNA之檢測。更有利地，該感應器晶片可精準地排列且能夠進一步微型化作為生物感應器陣列。
因為該在此所揭示之感應器晶片係用諸如玻璃之材料製成，因此其亦可減少該LSPR感應器晶片之不想要的光散射、改善LSPR之光學對比以及不同組件之較好的結合。由於使用諸如UV可固化環氧樹脂之材料來連結該裝置之不同組件，所以可有利地減低該感應器晶片內之內部應力。結果，該感應器晶片之耐久性得以最大化，且有利地，該感應器晶片能夠抵抗頻繁的操作。
該所揭示之感應器晶片亦能夠用於環境監控系統、臨床診斷系統、生物醫學分析系統以及生物檢測系統。
在此所揭示用於製造感應器晶片之方法，亦為可輕易地被採用於大量生產之有效且簡單之方法。有利地，在此所揭示之方法係一低溫以及低壓微製造方法，該所揭示之方法不會傷害該感應器晶片內所含之奈米結構，其等為產生LSPR所需之結構。更有利地，該所揭示之方法不會使該玻璃晶圓之表面產生不想要之粗糙。因此，可使該感應器晶片中會嚴重影響LSPR訊號之不想要的散射減至最小。
雖然已經適當的努力於描述本發明之相等具體例，但對熟悉此技藝人士而言，很明顯地在閱讀前述揭示內容後，可在不逸離本發明之技術思想以及範疇之情況下，製得本發明之各種其它的修飾物以及修改物，所以意圖將全部此等修飾物以及修改物納入在所附之申請專利範圍之範圍內。
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6．．．光學開口
8．．．金屬層
10．．．微/奈米流體感應器晶片
11．．．總成
12、12’．．．玻璃、透明無機層
12a-12c．．．玻璃晶片
14、14’．．．矽晶圓
14a、14a’．．．矽晶圓、矽晶片
14b、14b’．．．矽晶圓、矽晶片
14c、14c’．．．矽晶圓、矽晶片
14d、14d’．．．矽晶圓、矽晶片
16、16’．．．二氧化矽層
17．．．側壁材料
18、18’．．．入口
20、20’．．．透明部分、透明管道部分
20A．．．光學路徑、光線路徑
22、22’．．．出口部分、出口管道
23、23’．．．微/奈米流體管道、封閉室
24、24’．．．UV可固化環氧樹脂
24A、24A’．．．UV可固定環氧樹脂
26、26’．．．玻璃基材
28、28’、28'''、28''''．．．金奈米結構
30．．．襯墊
34A、34B．．．管子
36．．．配件
38、38A、38B．．．總成夾具
40．．．射光
50．．．金奈米粒子
52．．．微管道、圓形線
54．．．遮蔽區域
第1a圖係在此揭示之感應器晶片之一具體例之橫截面概要圖，而第1b圖係在此揭示之具有非透明元件之另一具體例中感應器晶片之橫截面概要圖。
第2a圖係要在局部表面電漿共振系統中使用之感應器晶片之概要橫截面總成圖之一具體例。第2b圖係要在局部表面電漿共振系統中使用之感應器晶片之概要橫截面總成圖之另一具體例。
第3圖係在此所揭示之感應器晶片之總成原型照片。
第4圖係用於製造在此所揭示之感應器晶片之步驟流程圖。
第5a圖以及第5b圖係在此所揭示之感應器晶片上存在之奈米結構之場發射掃描式電子顯微鏡(FESEM)照片：第5a圖顯示在2500 X放大倍率下奈米結構之FESEM照片，而第5b圖顯示在23000 X放大倍率下奈米結構之FESEM照片。
第6a圖以及第6b圖係所揭示之感應器晶片經Ocean Optics光譜儀測量之LSPR光譜。第6a圖顯示針對玻璃-矽-玻璃結構，當金奈米結構鄰近之介質為空氣與水時之LSPR光譜。第6b圖顯示針對相同結構加上3 mm厚之聚二甲基矽氧烷(PDMS)層，當該奈米結構之鄰近介質為水時之LSPR光譜。
第7圖顯示製造供用於依照以下所揭示之實驗進行生物素-鏈黴親和素複合物之測量，具有金奈米結構之玻璃感應器晶片之LSPR光譜。
第8圖顯示第7圖之LSPR光譜之消光峰波長位移。
第9圖顯示製造供用於依照以下所揭示之實驗進行BSA之測量，具有金奈米結構之玻璃感應器晶片之LSPR光譜。
第10A圖以及第10B圖係如以下所揭示之實驗中所述，分別在有或無非透明金屬層阻斷之情況下，感應器晶片之繪製圖。
第11A-11D圖顯示如以下所揭示之實驗中所述，在有或無使用非透明金屬層之光阻斷之情況下所取得之LSPR光譜。
6．．．光學開口
8．．．金屬層
10．．．微/奈米流體感應器晶片
12．．．玻璃、透明無機層
14．．．矽晶圓
14a．．．矽晶圓、矽晶片
14b．．．矽晶圓、矽晶片
14c．．．矽晶圓、矽晶片
14d．．．矽晶圓、矽晶片
16．．．二氧化矽層
17．．．側壁材料
18．．．入口
20．．．透明部分、透明管道部分
20A．．．光學路徑、光線路徑
22．．．出口部分
23．．．微/奈米流體管道
24．．．UV可固化環氧樹脂
24A．．．UV可固化環氧樹脂
26．．．玻璃基材
28．．．金奈米結構

Claims (25)

  1. 一種感應器晶片，其包含：一微/奈米流體管道；至少一種奈米結構，提供在該管道中沿著用於傳送光束之光學路徑上；一透光元件，沿著該光學路徑配置，且安排成容許光傳送至該奈米結構上；以及一非透明元件，圍繞該光學路徑之至少一部分，以便至少部分地減少光從該光學路徑散射出去。
  2. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其包含一第二透光元件，沿著該光學路徑配置，且安排成能夠傳送已經過該奈米結構之光線。
  3. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其中該非透明元件形成該微/奈米流體管道之至少部分的側壁。
  4. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其中該非透明元件提供在該微/奈米流體管道之基體中或附近。
  5. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其包含安裝成可將已經過該奈米結構之光線反射回該光學路徑之反射器。
  6. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其中該透光元件具有折射率為1.4至2。
  7. 如申請專利範圍第6項之感應器晶片，其中該折射率為1.45至1.55。
  8. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其中該透光元件為玻璃以及聚二甲基矽氧烷中之至少一種。
  9. 如申請專利範圍第4項之感應器晶片，其中該非透明元件係一金屬層。
  10. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其中該微/奈米流體管道之側壁包含一層非透明矽。
  11. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其中該側壁包含一層配置在二氧化矽層與一玻璃透明層間之非透明矽。
  12. 如申請專利範圍第8項之感應器晶片，其中該玻璃包含從約60重量%至約99重量%之二氧化矽。
  13. 如申請專利範圍第8項之感應器晶片，其中該玻璃摻雜從1重量%至約40重量%之金屬。
  14. 如申請專利範圍第13項之感應器晶片，其中該金屬係擇自於由下列所構成之群組：鈉、鎂、鈣、鉛、鑭、硼、釷、鈰、銻以及其等之混合物。
  15. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其中該至少一種奈米結構為擇自於由下列所構成之群組之金屬：金、鋁、鈷、銦、鉬、鎳、鈀、鉑、錫、鈦、鎢、鋅、銀、銅以及其等之組合。
  16. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其中在該管道中提供複數奈米結構。
  17. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其中該管道具有至少一維度係從約10奈米至約1500微米。
  18. 如申請專利範圍第1項之感應器晶片，其中該管道被連結至至少一用於傳送流體樣本進入該管道之入口以及至少一用於從該管道傳送該流體之出口。
  19. 一種局部表面電漿共振感應器晶片，其包含：一微/奈米流體管道；至少一種奈米結構，提供在該管道中沿著用於從光源傳送光束之光學路徑上；一透光元件，沿著該光學路徑配置，且安排成容許光傳送至該奈米結構上；以及至少一種非透明元件，圍繞該光學路徑之至少一部分，以便至少部分地減少光從該光學路徑散射出去；其中在使用時，光束通過該光學路徑，然後越過該奈米結構，產生一局部表面電漿共振訊號。
  20. 一種局部表面電漿共振系統，其包含：一光源；一感應器晶片，包含：一微/奈米流體管道；至少一種奈米結構，提供在該管道中沿著用於從光源傳送光束之光學路徑上，以便產生局部表面電漿共振訊號；一對透光元件，沿著該光學路徑配置，且具有該奈米結構位於其間；以及至少一種非透明元件，圍繞該光學路徑之至少一部分，以便至少部分地減少光從該光學路徑散射出去；以及一檢測器，沿著該光學路徑配置，供用於檢測該局部表面電漿共振訊號。
  21. 一種用於製造感應器晶片之方法，其包含下列步驟：將第一基材與第二基材連接在一起，該第一基材具有至少一種奈米結構於其上，而該第二基材被裝配成在該第一與第二基材間形成一微/奈米流體管道，該第二基材具有一光學路徑，以便容許光傳送至該奈米結構上；以及沿著該光學路徑裝設一透光元件，以便容許光傳送至該奈米結構上。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該第二基材包含一非透明元件，以便至少部分地減少光從該光學路徑散射出去。
  23. 如申請專利範圍第21項之方法，其包含蝕刻該第二基材以形成側壁之步驟。
  24. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該奈米結構係利用奈米球微影術(NSL)配置在該第一基材上。
  25. 一種使用如申請專利範圍第1項之感應器晶片之方法，該方法包含下列步驟：從光源導引光束通過該光學路徑，然後入射在該奈米結構上；當光線入射於該奈米結構上時，使一流體樣本與該奈米結構接觸；當該奈米結構與該流體樣本接觸時，檢測從該奈米結構反射或傳送之光線；以及測量該反射或傳送之光線之特徵，以決定與該流體樣本有關之局部表面電漿共振。
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