专利名称：经表面改质的感测元件及其表面改质方法
技术领域：
本发明是关于一种经表面改质的感测元件及其表面改质方法，尤指一种适用于增加键结分子密度及均匀度的经表面改质的感测元件及其表面改质方法。
背景技术：
近年来，感测元件于医疗诊断的生物性分子检测与膜厚检测等应用俨然已成为趋势。于生物性分子检测中，感测元件上通常需要固定生物性分子(immobilized bio-molecules)，经由生物性分子与待测样本之间反应，促使信号发生变化，以测量待测样本的种类及含量。若需将生物性分子键结于光学感测元件表面的金属镀膜时，则需要先针对金属镀膜进行改质。传统的生物表面改质技术，是将欲改质的光学感测元件，浸泡于11-巯基十一
烧酸(11-mercaptoundecanoic acid, MUA),利用11-巯基^--烧酸硫元素上的电子对，与
金属原子外层的空轨域形成稳定的配位键，最后使金属镀膜上具有羧基(COOH)，达到改质金属镀膜的效果。而后，利用I-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳化二亚胺(N-(3-Dimethy laminopropyl)-N，-ethyl-carbodiimide,EDC) / 轻基丁二酉先胺(N-hydroxy-succinimide, NHS)偶联活化剂，使生物性分子与金属镀膜上的羧基键结，达到固定生物性分子的目的。然而，此种浸泡于11-巯基十一烷酸的化学改质方法，其需要长时间的浸泡反应， 且常因改质后金属镀膜表面亲水性的不够均匀，而使改质结果大打折扣，无法达到原本预期的效果，因而有制程时间冗长，大量增加实验不稳定性与降低一致性的缺点。因此，若能够发展出一种感测元件的表面改质方法，使感测元件的金属镀膜具有均匀的表面亲水性，进而提升感测元件的侦测特性、灵敏度等，如此将更有助于提高生物性分子检测时的准确性。
发明内容
本发明的主要目的是在提供一种感测元件的表面改质方法，能增加感测元件表面的羧基数量、提升表面亲水特性，进而增强生物性分子固定化效果。为达成上述目的，本发明的一态样提供一种感测元件的表面改质方法，包括以下步骤提供一感测元件，其中，该感测元件表面具有一金属薄膜；利用异丙醇等离子体，于该感测元件的该金属薄膜上，形成一具有多个羧基的表面改质层；以及于该表面改质层上， 形成一聚丙烯酸层，其中，该聚丙烯酸层的聚丙烯酸是接枝于该表面改质层的所述羧基。本发明上述感测元件的表面改质方法中，经过异丙醇等离子体处理后，可使感测元件的金属薄膜表面具有羧基(C00H)，后续接着利用聚合反应，促使丙烯酸接枝于上述羧基上，因此于感测元件上形成聚丙烯酸层。其中，对于等离子体改质的时间，可为I分钟至 30分钟，或者5至15分钟；施行等离子体改质时，瓦数或压力强度亦须与等离子体种类、处理时间相互搭配。相较于单纯使用异丙醇等离子体处理改质的感测元件，本发明经过异丙醇等离子体处理与丙烯酸聚合反应处理的感测元件，表面将具有更多且更为均匀分布的羧基，同时具有更高的亲水性，如此有利于后续生物性分子进行固定化，进而提高感测元件的灵敏度及感测性。本发明上述感测元件的表面改质方法中，感测元件的种类并无特殊限制,举例可为光纤感测元件；此外，其表面的金属薄膜的种类没有特别限定，不过为了使光纤感测元件有更佳的反应，其可为金薄膜或银薄膜，一般常用金薄膜。另外，薄膜的厚度亦没有限制，较佳可为20至SOnm之间，例如40±5nm。此外，薄膜的形成方法亦无特别限定，可使用本领域通常知识者常使用的方法，例如电镀，或者经由纳米金属球排列成薄膜。因此，若对感测区表面具有金属薄膜的光纤感测元件进行本发明的表面改质， 接着将生物性分子固定于感测区中，如此便可利用表面等离子体共振(surface pIasmon resonance, SPR)的光学原理对待测样本进行感测动作。本发明上述感测元件的表面改质方法，可还包括以下步骤于该聚丙烯酸层上形成一生物性分子层，其中，该生物性分子层的生物性分子是键结于该聚丙烯酸层中聚丙烯
酸的羧基。上述生物性分子可为抗体、抗原、酵素、组织部份或个体细胞等。举例而言，利用蛋白质A或血清白蛋白可与抗体Fe部分(Fe region)结合的特性,将蛋白质A或血清白蛋白做为生物性分子固定于金属薄膜上，后续再提供一抗体与蛋白质A或血清白蛋白结合，如此便可藉由抗体辨识出专一性抗原，因此经过上述步骤处理的光学感测元件，便可经由蛋白质A或血清白蛋白结合的抗体，专一性辨识对应抗原，来检测特定抗原及其浓度。于本发明上述感测元件的表面改质方法中，该生物性分子层的生物性分子是于偶联活化剂的存在下，与该聚丙烯酸层进行键结。其中，该偶联活化剂可选自由I-乙基-3-(3- 二甲胺基丙基)碳化二亚胺、羟基丁二醢胺及其组合所组的群组。于本发明上述感测元件的表面改质方法中，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。换言之，于紫外光的照射下，使丙烯酸进行接枝聚合反应 (grafting polymerization),进而形成聚丙烯酸接枝于该表面改质层的所述羧基,促使感测元件上具有更多且更为均匀分布的羧酸官能基。本发明的另一目的是在提供一种经表面改质的感测元件，能具有更佳侦测特性及灵敏度等，进而提升对于生物性分子检测时的准确性。为达成上述目的，本发明的另一态样提供一种经表面改质的感测元件，包括一感测元件，其表面具有一金属薄膜；一具有多个羧基的表面改质层，位于该感测元件的该金属薄膜上，其中，该表面改质层是利用异丙醇等离子体所形成；以及一聚丙烯酸层，位于该表面改质层上，其中，该聚丙烯酸层的聚丙烯酸是接枝于该表面改质层的所述羧基。本发明上述经表面改质的感测元件，可还包括一生物性分子层，位于该聚丙烯酸层上，其中，该生物性分子层的生物性分子是键结于该聚丙烯酸层中聚丙烯酸的羧基。具体而言，该生物性分子并无特别限定，举例可为蛋白质A或血清白蛋白。此外，该生物性分子层的生物性分子是由偶联活化剂而与该聚丙烯酸层键结。于本发明上述经表面改质的感测元件中，该金属薄膜为一金薄膜或银薄膜；此外， 形成该聚丙烯酸层是使用丙烯酸于紫外光的照射下进行。综上所述，本发明利用异丙醇等离子体表面改质技术结合丙烯酸接枝聚合技术，提升制程稳定性，有效控制键结分子密度。其中，由异丙醇等离子体所形成的表面改质层， 具有众多、均匀分布的羧基官能基，且其孔隙率低，对于感测元件的金属薄膜的附着性及覆盖性良好；再加上丙烯酸接枝聚合，于表面改质层上形成聚丙烯酸层，促使感测元件表面具有更多、更均匀的羧基官能基分布，因此大幅提升表面亲水性，同时增加羧基数量可以利于后续生物性分子的固定化，进而增强感测元件的检测效果及精确度。
为进一步说明本发明的内容，以下将列举实施例并配合附图详细说明如后，其中图IA至ID是为本发明实施例一中感测元件的表面改质法的流程示意图。图IE是是为本发明实施例二中感测元件的表面改质法的流程示意图。图2A是本发明试验例中，比较例一的感测元件表面的傅立叶转换红外线光谱图。图2B是本发明试验例中，实施例一的感测元件表面的傅立叶转换红外线光谱图。
具体实施例方式以下是由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可由其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。本发明的实施例中该等附图均为简化的示意图。惟该等图标仅显示与本发明有关的元件，其所显示的元件非为实际实施时的态样，其实际实施时的元件数目、形状等比例为一选择性的设计，且其元件布局型态可能更复杂。实施例一请参见图IA至1D，是为本发明感测元件的表面改质方法的流程示意图。首先，如图IA所示，提供一感测元件20，其中，该感测元件20表面具有一金属薄膜 21。于本实施例中，此感测元件20为光纤感测元件，例如侧抛式光纤感测元件，其表面具有一感测区，由溅镀等沉积金属薄膜的方法，于感测区表面上设置金膜做为该金属薄膜21。接着，如图IB所示，利用异丙醇等离子体，于该感测元件20的该金属薄膜21上， 形成一具有多个羧基的表面改质层23。于本实施例中，该异丙醇等离子体是利用以下方式进行使用异丙醇做为原料气体，通入真空放电管中，待异丙醇经放电解离后，分裂成各种活性化学物种，再经复杂的化学反应后，反应生成物沉积于该感测元件20的该金属薄膜21 上表面，形成具有多个羧基的表面改质层23，由此改质该感测元件20的该金属薄膜21，使其表面具有众多羧基。其中，利用此法所形成的表面改质层23，其厚度薄、整体孔隙率低，且均匀覆盖于该感测元件20的该金属薄膜21表面。再如图IC及图ID所示，使用丙烯酸做为单体，于紫外光的照射下，利用接枝聚合反应，使丙烯酸单体接枝于该表面改质层23的羧基，同时让丙烯酸单体聚合形成一聚丙烯酸层24。实施例二首先。如实施例一所述,针对感测元件20的表面进行改质,使感测元件20的金属薄膜21表面形成表面改质层23与聚丙烯酸层24。接着，如图IE所示，使用偶联活化剂，促使聚丙烯酸层24的羧基活化，并提供多个生物性分子25，促使生物性分子25的胺基与聚丙烯酸层24的羧基键结，而形成一生物性分子层。于本实施例中，所使用的偶联活化剂为I-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳化二亚胺。比较例一类似实施例一所述的方法，但仅使用异丙醇等离子体，针对感测元件20的金属薄膜21表面进行表面改质。试验例由傅立叶转换红外线光谱分析(Fouri er transform infrared spectroscopy analysis, FTIP analysis),针对比较例一及实施例一所制得的感测元件进行测试,其结果分别如图2A及图2B所示，其中，图2A显示比较例一(仅经过异丙醇等离子体表面处理) 的感测元件表面的傅立叶转换红外线光谱图，图2B为显示实施例一(经过异丙醇等离子体及丙烯酸接枝聚合表面处理)的感测元件表面的傅立叶转换红外线光谱图。由图谱可知，相较于只经过异丙醇等离子体表面处理的比较例一，经过异丙醇等离子体及丙烯酸接枝聚合表面处理的实施例一，其感测元件表面具有更多的羧基及如羟基等其它亲水性官能基数量。综上所述，感测元件表面若由溅镀均匀形成一金属薄膜，此感测元件便可产生表面等离子体共振现象。若金属薄膜上利用异丙醇等离子体处理改质形成具有羧基的表面改质层后，再利用丙烯酸做为单体，以紫外光加速激发丙烯酸接枝于表面改质层的羧基，同时丙烯酸单体间聚合成聚丙烯酸，而形成一聚丙烯酸层，便可由本发明的混合化学薄膜架构， 达到改变感测元件上金属薄膜的官能基。由于表面羧基数量增加，便可以达到增强后续生物性分子固定化的效果，同时增加表面的亲水特性。除此之外，由于生物性分子固定化的效果可受到增强，进而可以增加检测效果，提升检测精确度及反应速度。上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种感测元件的表面改质方法，包括以下步骤提供一感测元件，其中，该感测元件表面具有一金属薄膜；利用异丙醇等离子体，于该感测元件的该金属薄膜上，形成一具有多个羧基的表面改质层；以及于该表面改质层上，形成一聚丙烯酸层，其中，该聚丙烯酸层的聚丙烯酸接枝于该表面改质层的所述羧基。
2.如权利要求I所述的表面改质方法，还包括以下步骤于该聚丙烯酸层上形成一生物性分子层，其中，该生物性分子层的生物性分子键结于该聚丙烯酸层中聚丙烯酸的羧基。
3.如权利要求2所述的表面改质方法，其中，该生物性分子是蛋白质A或血清白蛋白。
4.如权利要求2所述的表面改质方法，其中，该生物性分子层的生物性分子于偶联活化剂的存在下，与该聚丙烯酸层进行键结。
5.如权利要求I所述的表面改质方法，其中，该金属薄膜为一金薄膜或银薄膜。
6.如权利要求I所述的表面改质方法，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.—种经表面改质的感测元件，包括一感测元件，其表面具有一金属薄膜；一具有多个羧基的表面改质层，位于该感测元件的该金属薄膜上，其中，该表面改质层是利用异丙醇等离子体所形成；以及一聚丙烯酸层，位于该表面改质层上，其中，该聚丙烯酸层的聚丙烯酸是接枝于该表面改质层的所述羧基。
8.如权利要求7所述的经表面改质的感测元件，还包括一生物性分子层，位于该聚丙烯酸层上，其中，该生物性分子层的生物性分子键结于该聚丙烯酸层中聚丙烯酸的羧基。
9.如权利要求8所述的经表面改质的感测元件，其中，该生物性分子是蛋白质A或血清白蛋白。
10.如权利要求8所述的经表面改质的感测元件，其中，该生物性分子层的生物性分子是由偶联活化剂而与该聚丙烯酸层键结。
11.如权利要求7所述的经表面改质的感测元件，其中，该金属薄膜为一金薄膜或银薄膜。
12.如权利要求7所述的经表面改质的感测元件，其中，形成该聚丙烯酸层是使用丙烯酸于紫外光的照射下进行。
全文摘要
本发明是有关于一种感测元件的表面改质方法，包括以下步骤提供一感测元件，其中，该感测元件表面具有一金属薄膜；利用异丙醇等离子体，于该感测元件的该金属薄膜上，形成一具有多个羧基的表面改质层；以及于该表面改质层上，形成一聚丙烯酸层，其中，该聚丙烯酸层的聚丙烯酸是接枝于该表面改质层的所述羧基。本发明另关于一种经表面改质的感测元件。
文档编号G01N33/50GK102608304SQ201110030438
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者叶筱玲, 张舒婷, 张荣监, 曹嘉惠, 曹育嘉, 陈克绍 申请人:福华电子股份有限公司