具有薄层层析的拉曼检测芯片及分离检测分析物的方法与流程

本发明涉及一种具有薄层层析的拉曼检测芯片及分离检测分析物的方法。
背景技术：
：拉曼光谱(ramanspectroscopy)由于具有指纹专一性(fingerprint)及多领域(multi-domain)应用的特性，近年来已被广泛应用在生物感测、医学制药、环境监控、鉴识科学、健康监控等领域。然而，利用拉曼光谱进行定性鉴别与定量分析时，由于拉曼信号散射强度微弱，且容易受到大量的复杂样品干扰，因而降低了检测灵敏度。因此，开发出的检测技术，以分离干扰信号并增强拉曼光谱信号，以解决现有技术所遭遇到的问题。技术实现要素：为解决上述问题，根据本发明实施例，本发明提供一种具有薄层层析的拉曼检测芯片。该具有薄层层析的拉曼检测芯片包含一硅基底以及一金属层。该硅基底包含一平坦部及配置于该平坦部之上的多个纳米线，其中每一纳米线具有一顶端表面及一侧壁。该金属层覆盖该纳米线的顶端表面及至少部分侧壁，其中该纳米线的总长度l为5μm至15μm。根据本发明其他实施例，本发明提供一种分离检测分析物的方法，包含：提供上述具有薄层层析的拉曼检测芯片；提供一样品，其中该样品包含一溶剂及至少一种化合物；将该样品点附于该具有薄层层析的拉曼检测芯片上；通过一薄层层析法(thinlayerchromatography)分离该样品，得到至少一个分析点；以及对该分析点进行一拉曼光谱测量。附图说明图1是本发明实施例所述具有薄层层析的拉曼检测芯片的示意图；图2是图1所示具有薄层层析的拉曼检测芯片沿切线2-2’的剖面结构示意图；图3-图5是本发明其他实施例所述具有薄层层析的拉曼检测芯片的剖面结构示意图；图6a至图6d是一系列示意图，用以说明本发明实施例所述硅基底的制造流程；图7a至图7b是利用本发明实施例所述具有薄层层析的拉曼检测芯片进行薄层层析法(thinlayerchromatography)的示意图；图8是实施例4所述的拉曼检测芯片4其剖面结构的扫描式电子显微镜(scanningelectronmicroscope，sem)图谱；图9是本发明实施例1至6所述拉曼检测芯片1至6其纳米线长度与rf值的关系图；以及图10为实施例9所述以拉曼检测芯片4对牛奶进行分离检测所得的混掺物三聚氰胺的拉曼光谱。符号说明2-2’切线；10硅基底；20平坦部；22纳米线；23顶端表面；25侧壁；30金属层；40修饰层；50单晶硅芯片；52银纳米图案；100具有薄层层析的拉曼检测芯片；101样品；102分析点；a、b、c区域；d、d1、d2距离；l、l1、l2长度；m直径；t厚度。具体实施方式以下针对本发明的显示装置作详细说明。应了解的是，以下的叙述提供许多不同的实施例或例子，用以实施本发明的不同样态。以下所述特定的元件及排列方式仅为简单描述本发明。当然，这些仅用以举例而非本发明的限定。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。且在附图中，实施例的形状、数量、或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各元件的部分将以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为所属
技术领域：
中具有通常知识者所知的形式，此外，特定的实施例仅为揭示本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。本发明提供一种具有薄层层析分离功能的拉曼检测芯片及分离检测分析物的方法。根据本发明实施例，该具有薄层层析的拉曼检测芯片可通过具有特定长度硅纳米线的硅基底，达到快速分离混合物及去除背景基质干扰的效果。此外，通过覆盖该硅纳米线部分表面的金属层，达到拉曼信号放大的效果。如此一来，可同时实现薄层层析与表面增强拉曼散射作用，有效降低背景值的干扰并提升鉴别率。请参照图1，为本发明一实施例所述薄层层析的拉曼检测芯片100的示意图，该具有薄层层析的拉曼检测芯片100包含一硅基底10，其中该硅基底10由一平坦部20及形成于该平坦部20之上的多个纳米线22所构成。每一纳米线22具有一顶端表面23及一侧壁25，而一金属层30形成于该纳米线22之上，并覆盖该顶端表面23及至少部分侧壁25。该金属层可由多个金属颗粒所构成。根据本发明实施例，该金属颗粒的材料可为银(ag)、金(au)、铝(al)、铜(cu)、锡(sn)、钛(ti)、钡(ba)、铂(pt)、钴(co)、或上述的组合。根据本发明实施例，该硅基底10的平坦部20及多个纳米线22为一体成形。图2为图1所示薄层层析的拉曼检测芯片100延切线2-2’的剖面结构示意图。请参照图2，该纳米线22可具有一总长度l，其中该总长度l可约为5μm至15μm(具有薄膜层析的效果)。当该纳米线22的总长度过小时，易使得待测物分子与多个的纳米线之间的吸附力不足，造成分离距离过长，增加成本及处理时间；相反的，当该纳米线22的总长度过大时，易使待测物分子与多个的纳米线之间的吸附力太强，导致待测物分子无法有效进行分离。根据本发明实施例，请参照图2，每一纳米线22的顶端表面23的直径m可约为50nm至200nm。根据本发明实施例，任意两相邻的纳米线相隔的距离d(例如任意两相邻的纳米线侧壁间的最短距离)可约为50nm至200nm，当两纳米柱之间距离约为100-200nm，分布于两纳米线顶端的金属纳米颗粒，有机会形成微小的间距，有利于拉曼增强效应。同时，也可使待测物分子与多个的纳米线之间维持足够的吸附力。此外，根据本发明实施例，该金属层30的厚度t可约为20nm至100nm。当金属层的厚度为20至100nm时，相邻两纳米线顶端的金属层之间会形成为小的缝隙，有利于拉曼增强效应。此外，根据本发明实施例，请参照图2，该金属层30完全覆盖该纳米线22的顶端表面23，并进一步往该纳米线22的侧壁25延伸，以覆盖该纳米线22的部分侧壁25。如此一来，该纳米线22的部分侧壁25并未被该金属层30所覆盖。根据本发明某些实施例，被该金属层30覆盖的该纳米线22侧壁的长度l1与该纳米线22的总长度l的比值(l1/l)可约为0.2至0.8(例如约为0.3至0.74之间)。当该纳米线22被该金属层30覆盖的区域过小时(即长度l1与长度l的比值(l1/l)过小时)，增强效应局限于表层；相反的，当该纳米线22被该金属层30覆盖的区域过大时(即长度l1与长度l的比值(l1/l)过大时)，易导致待测物分子与多个的纳米线之间的吸附力不足，造成分离距离过长，增加成本及处理时间。另一方面，请参照图2，未被该金属层30覆盖该纳米线22侧壁的长度l2与该纳米线22的总长度l的比值(l2/l)可约为0.2至0.8(例如约为0.26至0.7之间)。根据本发明实施例，该具有薄层层析的拉曼检测芯片可还包含一修饰层40形成于未被该金属层30所覆盖的该纳米线22侧壁25上，如图3所示。该修饰层40可为增加或降低待测物分子与纳米线之间吸附力的材质，例如在22纳米线的未覆盖金属区域，形成一氧化硅层、氮化硅层、氧化铝层，或对于硅表面的极性(polarity)进行官能化修饰的材料。根据本发明实施例，该修饰层40除了可形成于未被该金属层30所覆盖的该纳米线22侧壁25之外，也可进一步形成于该硅基底的平坦部20表面上(未被该纳米线22所覆盖的表面)，如图4所示。根据本发明某些实施例，该纳米线22可具有一倾斜的侧壁(slantedsidewall)25，如图5所示。换言之，该纳米线22的侧壁25并非实质垂直于该平坦部20之上。当该纳米线22具有倾斜的侧壁25时，可使纳米线22较易与该硅基底的平坦部20实质上垂直。根据本发明实施例，该具有薄层层析的拉曼检测芯片可由以下步骤制备而得。首先，先制备该拉曼检测芯片的硅基底如图6a-图6d所示，提供一具有特定尺寸的单晶硅芯片50(举例来说，单晶硅芯片50的长度可为20mm至25mm、宽度可为10mm至15mm、以及厚度可为500μm至1mm)，如图6a所示。接着，将该单晶硅芯片50浸泡于一含有硝酸银(agno3)以及氢氟酸(hf)的一第一溶液中并维持一第一制作工艺时间(例如：5至10秒)，以在该单晶硅芯片50的上表面51生成网络状银纳米图案52，如图6b所示。接着，将该单晶硅芯片50由该含有硝酸银(agno3)以及氢氟酸(hf)的溶液中取出，并将该表面具有网络状银纳米图案52的单晶硅芯片50浸泡于一含有氢氟酸(hf)以及过氧化氢(h2o2)的一第二溶液中并维持一第二制作工艺时间(例如：40min)，以进行一金属辅助化学蚀刻(metalassistedchemicaletching、mace)制作工艺。在该金属辅助化学蚀刻制作工艺中，该单晶硅芯片50覆盖网络状银纳米图案52之处会被往下蚀刻，如图6c所示。接着，将网络状银纳米图案52移除，形成如图6d所示由一平坦部20及多个纳米线22所构成的硅基底10。此外，该纳米线22的长度l可由该金属辅助化学蚀刻的制作工艺时间加以控制，即该纳米线22的长度l与该第二制作工艺时间成正比。最后，将该硅基底10由第二溶液中取出，并浸泡于一含有硝酸银(agno3)的第三溶液中并维持一第三制作工艺时间(例如：30-240秒)，以使该纳米线22顶端表面23进一步覆盖金属层30(银层)并且往该纳米线22的侧壁25延伸，以覆盖该纳米线22的部分侧壁25，得到如图1所示的具有薄层层析的拉曼检测芯片100。在此，被该金属层30所覆盖的纳米线22的长度l1可由第三制作工艺时间加以控制，即被该金属层30所覆盖的纳米线22的长度l1与该第三制作工艺时间成正比。根据本发明实施例，本发明也提供一种以上述具有薄层层析的拉曼检测芯片进行分离检测分析物的方法。该方法包含提供上述具有薄层层析的拉曼检测芯片及提供一样品，其中该样品包含一溶剂及至少一种化合物。其中，该溶剂可为任何可以溶解该至少一种化合物的溶剂。接着，将该样品101点附于该具有薄层层析的拉曼检测芯片100上，请参照图7a。接着，通过一薄层层析法(thinlayerchromatography)分离该样品，因此可在该薄层层析的拉曼检测芯片100得到至少一个分析点102，请参照图7b。其中，距离d1为该样品于该拉曼检测芯片100的最大可展开距离、距离d2为分析点102与样品101之间的距离(即展开距离)、而滞留因子(retentionfactor、rf)则定义为d2/d1。在该薄层层析法中使用该拉曼检测芯片作为层析静止相(stationaryphase)，以液体展开剂作为流动相(mobilephase)，其中该展开剂可包含二氯甲烷(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、或上述的组合。然而，展开剂并不限于上述提及的溶剂，本领域人士可依据实际应用的需求，选择所需的展开剂。最后，对该分析点102进行一拉曼光谱测量。为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例及比较实施例，作详细说明如下：拉曼检测芯片的制备实施例1：首先，提供一单晶硅芯片(15mmx25mm)。接着，将该单晶硅芯片浸泡于一含有硝酸银(agno3)以及氢氟酸(hf)的一溶液中维持一第一制作工艺时间(约10秒)。接着，在将该单晶硅芯片由该含有硝酸银(agno3)以及氢氟酸(hf)的溶液中取出后，将单晶硅芯片浸泡于一含有氢氟酸(hf)以及过氧化氢(h2o2)的溶液中并维持一第二制作工艺时间(约4分)，以进行一金属辅助化学蚀刻(metalassistedchemicaletching、mace)制作工艺，得到一具有多个纳米线的硅基底，其中该纳米线的平均长度约为1μm。接着，将该硅基底浸泡于一含有硝酸银(agno3)的溶液中并维持一第三制作工艺时间(约120秒)，以形成银颗粒层于纳米线的侧壁，得到拉曼检测芯片(1)，其中被该金属层覆盖的该纳米线的长度l1与该纳米线长度l的比值(l1/l)约为0.74。实施例2：如实施例1所述的方式进行，除了将第二制作工艺时间由4分增加至8分，得到拉曼检测芯片(2)，其中该纳米线的平均长度约为2μm被该金属层覆盖的该纳米线的长度l1与该纳米线长度l的比值(l1/l)约为0.6。实施例3：如实施例1所述的方式进行，除了将第二制作工艺时间由4分增加至20分，得到拉曼检测芯片(3)，其中该纳米线的平均长度约为5μm被该金属层覆盖的该纳米线的长度l1与该纳米线长度l的比值(l1/l)约为0.46。实施例4：如实施例1所述的方式进行，除了将第二制作工艺时间由4分增加至40分，得到拉曼检测芯片(4)，其中该纳米线的平均长度约为10μm被该金属层覆盖的该纳米线的长度l1与该纳米线长度l的比值(l1/l)约为0.4。请参照图8，为拉曼检测芯片(4)剖面的扫描式电子显微镜(scanningelectronmicroscope，sem)图谱。对图8所标示的区域a、b、及c进行x光能量分散光谱(energydispersivespectroscopy、eds)分析，测量其银硅比(ag/si)，结果如表1所示：表1银硅比(ag/si)区域a0.123区域b0.118区域c0.0012由表1可知，银颗粒层确实形成于纳米线的上半部，而未进一步形成于纳米线的根部。实施例5：如实施例1所述的方式进行，除了将第二制作工艺时间由4分增加至60分，得到拉曼检测芯片(5)，其中该纳米线的平均长度约为15μm被该金属层覆盖的该纳米线的长度l1与该纳米线长度l的比值(l1/l)约为0.37。实施例6：如实施例1所述的方式进行，除了将第二制作工艺时间由4分增加至80分，得到拉曼检测芯片(6)，其中该纳米线的平均长度约为20μm被该金属层覆盖的该纳米线的长度l1与该纳米线长度l的比值(l1/l)约为0.3。以拉曼检测芯片进行三聚氰胺的分离检测实施例7:首先，在牛奶中加入50ppm的三聚氰胺，作为待测样品。接着，将该样品以施涂器(camaglinomat5)利用气体压力分别点附于拉曼检测芯片(1)至(6)上。接着，将拉曼检测芯片(1)至(6)置于一展开槽中并以甲醇作为展开液。展开完毕后，对拉曼检测芯片(1)至(6)沿着待测物分离方向，每1mm测量一次拉曼光谱，以测量50ppm的三聚氰胺分别于拉曼检测芯片(1)至(6)的rf值，结果如图9所示。由图9可知，若拉曼检测芯片的纳米线长度小于5μm(例如1μm、或2μm)，则待测物分子与纳米线的吸附力量不足，造成分离距离过长(rf值过大)，增加成本及处理时间。若纳米阵列的长度大于15μm(例如为20μm)，则待测分子与纳米线之间的吸附力太强，导致待测分子不易随着挥发溶剂来移动，造成很短的分离距离(rf值过小)，无法有效进行分离。此外，由拉曼光谱测量的结果可知，过长或过短的分离距离，皆会使最终测量到的三聚氰胺的拉曼光谱信号强度下降。实施例8:首先，在牛奶中加入30ppm的三聚氰胺，作为待测样品。接着，将该样品以施涂器(camaglinomat5)利用气体压力分别点附于拉曼检测芯片(4)上，并对该样品进行拉曼光谱测量，结果如图10所示。接着，将拉曼检测芯片(4)置于一展开槽中并以甲醇作为展开液。展开完毕后，对拉曼检测芯片(4)沿着待测物分离方向，每1mm测量一次拉曼光谱，并记录三聚氰胺(melamine)信号最强处，结果如图10所示。由图10可知，与未展开前的样品三聚氰胺特征光谱信号相比，经展开分离后所得的三聚氰胺特征光谱信号可增加至约数十倍，此代表经过分离后可减少三聚氰胺小分子被牛奶中的大分子(例如蛋白质)覆盖或占据芯片感测位置的干扰，因而使三聚氰胺信号增强。实施例9:如实施例8所述的方式进行，除了将样品中的三聚氰胺浓度由30ppm降低至5ppm。与未展开前的样品三聚氰胺特征光谱信号相比，经展开分离后所得的三聚氰胺特征光谱信号可增加至5倍左右。由此可知，本发明所述拉曼检测芯片即使具有较低浓度的三聚氰胺时，仍可有效降低背景值的干扰并提升鉴别率。虽然结合以上数个实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何本
技术领域：
中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。当前第1页12