感測晶片及感測方法與流程
2023-10-18 12:15:59
本發明涉及一種感測方法及感測晶片，尤其涉及一種用於感測待測物中的有機分子的感測方法及感測晶片。
技術領域：
目前市場上有各種感測方法及裝置，常見的感測方法例如為酶聯免疫吸附測定法(enzyme-linkedimmunosorbentassay,ELISA)，常見的感測裝置例如為實驗用孔盤或晶片。以酶聯免疫吸附測定法為例，它是一種被廣泛應用的感測方法，已有多年的歷史，其至少包括待測樣品為抗原或抗體兩種方式，分別如下所述：當待測樣品為抗原時，酶聯免疫吸附測定法包含以下操作步驟：將具有特異性的抗體固著(coating)在塑料孔盤上，固著時間約為12小時至18小時，固著完成後洗去多餘抗體；加入待測物和固著的抗體進行反應，反應時間約為0.5小時至2小時，待測物中若含有和固著的抗體具有反應性的抗原，則其會與塑料孔盤上固著的抗體進行結合；洗去多餘待測物，加入帶有酶且和該抗原具有反應性的抗體與該抗原結合，結合時間約為0.5小時至1小時；洗去多餘未結合的帶有酶的抗體，加入酶的底物使酶顯色，顯色時間約為0.5小時，使用光譜儀讀取顯色結果(即吸光值(OD值))，完成實驗總共大約需要1天到2天。當待測樣品為抗體時，酶聯免疫吸附測定法包括以下操作步驟：將已知的抗原固著在塑料孔盤上，固著時間約為12小時至18小時，完成後洗去多餘的抗原；加入待測物和固著的抗體進行反應，反應時間約為0.5小時至2小時，檢測體中若含有和固著的抗體具有反應性的一級抗體，則其會與塑料孔盤上固著的抗原進行特異性結合；洗去 多餘待測物，加入帶有酶的二級抗體，與待測的一級抗體結合，結合時間約為0.5小時至2小時；洗去多餘未結合的二級抗體，加入酶的底物使酶顯色，顯色時間約為0.5小時，使用光譜儀讀取顯色結果(即吸光度(OD值))，完成實驗總共大約需要1天到2天。酶聯免疫吸附測定法在靈敏度上有其限制。一般使用實驗用孔盤來進行酶聯免疫吸附測定法，但根據實驗的需求，也可以使用晶片或其他感測裝置來進行。反之，實驗用孔盤及晶片也可用於酶聯免疫吸附測定法之外的感測方法。目前市面上的實驗用孔盤有各式各樣的結構及材料，舉例來說：以孔數來分有6孔、12孔、24孔、48孔、96孔、384孔及1536孔等；以底部構造來分有平底、圓底、V型底及結合圓底及平底特徵的易清洗底等；以材料來分有聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等；以顏色來分有透明、黑色、白色、黑色透明底及白色透明底等；以用途來分有一般分析用、細胞培養及細胞分析用、免疫分析用及保存用等。一般免疫分析用的孔盤的材料大多為聚苯乙烯，其結構大多為96孔孔盤。一般免疫分析用的孔盤其底部表面或未經處理(un-treated)、或是使用照射技術使原本孔盤表面上的苯環產生羧基及羥基使其和欲固著於其上的分子結合能力增加。目前市面上的感測晶片根據製作工藝的不同可分為微陣列晶片(microarray)及實驗室晶片(lab-on-a-chip)。根據探針的材料不同，微陣列晶片又可分為基因晶片及蛋白質晶片。本領域技術人員的重要目的在於提升感測的靈敏度，改進現有的感測方法及裝置或提供新的感測方法及裝置。技術實現要素：本發明的第一方面提供了一種感測晶片，用於感測待測物中的第一有機分子，該晶片包含：基材，在該基材上具有多個相間隔的納米粒子以及在該多個相間隔的納米粒子間的多個局部基材表面；矽烷，固著於該多個局部基材表面；以及第二有機分子，固著於這些相間隔的納米粒子表面，其中該第二有機分子與該第一有機分子兩者間具有 特異性。本發明的第二方面提供了一種感測方法，用於感測待測物中的第一有機分子，該方法包含包括以下步驟：(1)提供感測晶片，該晶片包括基材、在該基材上多個相間隔的納米粒子以及在該多個相間隔的納米粒子間的多個局部基材表面；(2)使矽烷固著於該多個局部基材表面；以及(3)將第二有機分子固著至這些相間隔的納米粒子表面，其中該第二有機分子與該第一有機分子兩者間具有特異性。本發明的第三方面提供了一種感測晶片，用於感測待測物中的第一有機分子，所述感測晶片包括：基材，在該基材上具多個相間隔的納米粒子以及在該多個相間隔的納米粒子間的多個局部基材表面；第二有機分子，固著至該多個相間隔的納米粒子，其中該第二有機分子與該第一有機分子兩者間具有特異性；以及改性劑，固著於該所述多個局部基材表面，並誘使該第二有機分子遠離該多個局部基材表面。本發明的第四方面提供了一種感測方法，用於感測待測物中的第一有機分子，該方法包含包括下列步驟：(1)提供感測晶片，該晶片包括基材、在該基材上多個相間隔的納米粒子以及在該多個相間隔的納米粒子間的多個局部基材表面；(2)使改性劑固著於該多個局部基材表面，該改性劑增強第二有機分子對所述相間隔的納米粒子表面的吸附性；以及(3)將該第二有機分子固著至這些相間隔的納米粒子表面，其中該第二有機分子與該第一有機分子兩者間具有特異性。附圖說明圖1示出了本明第一實施例的感測晶片。圖2示出了本發明第二實施例的感測晶片。圖3(a)示出了本發明第一實施例的感測方法。圖3(b)示出了本發明第二實施例的感測方法。圖4(a)示出了本發明第一及第二實施例中的感測晶片。圖4(b)示出了本發明第一及第二實施例中的有孔元件。圖4(c)示出了本發明第一及第二實施例中的感測裝置。圖5(a)示出了本發明第一及第二實施例中的感測晶片。圖5(b)示出了本發明第一及第二實施例中的有孔元件。圖5(c)示出了本發明第一及第二實施例中的感測裝置。圖6(a)示出了本發明第一及第二實施例中的感測晶片。圖6(b)示出了本發明第一及第二實施例中的有孔元件。圖6(c)示出了本發明第一及第二實施例中的感測裝置。圖7示出了本發明第一及第二實施例中實施例的框架。圖8示出了本發明的感測裝置與Corning的COR-9018孔盤的比較。圖9及圖10示出了以本發明的感測裝置與Corning的COR-9018孔盤使用eBioscience的人類/小鼠轉化生長因子β1ELISA試劑盒(human/mouseTGFbeta1ELISAkit,商品編號88-8350-88)，利用夾心ELISA法來定量人類/小鼠TGFβ1。圖11示出了以本發明的感測裝置與Corning的COR-9018孔盤使用eBioscience的人類/小鼠轉化生長因子β1ELISA試劑盒(human/mouseTGFbeta1ELISAkit,商品編號88-8350-88)，利用夾心ELISA法來定量人類/小鼠TGFβ1。圖12示出了以本發明的感測裝置與Corning的COR-9018孔盤使用市售的C-反應蛋白(CRP)ELISA試劑盒，利用夾心ELISA法來定量C-反應蛋白。圖13(a)示出了以本發明的玻璃基板上有金納米粒子，且金納米粒子表面用氨基矽烷修飾的感測裝置進行ELISA。圖13(b)示出了以本發明的玻璃基板上僅有金納米粒子的感測裝置進行ELISA。圖13(c)示出了以本發明的玻璃基板表面直接用氨基矽烷修飾的感測裝置進行ELISA。圖13(d)示出了以本發明的僅有玻璃基板的感測裝置進行ELISA。圖14(a)示出了在低濃度條件下(濃度檢測極限測試)，以本發明的玻璃基板上有金納米粒子，且金納米粒子表面用氨基矽烷修飾的感測裝置進行ELISA的濃度檢測極限測試。圖14(b)示出了在低濃度條件下(濃度檢測極限測試)，使用僅有玻璃基板的本發明的感測裝置進行ELISA的濃度檢測極限測試。附圖標記說明11感測晶片111基材112納米粒子113局部基材表面114矽烷115第二有機分子116第一有機分子117改性劑118第三有機分子119酶120底物42、52、62有孔元件421、521、621通孔43、53、63感測裝置7框架具體實施方式通過以下優選實施例的詳細說明將清楚地呈現有關本發明的技術內容、特點及功效。1.一種感測晶片，用於感測待測物中的第一有機分子，該晶片包含：基材，在該基材上具有多個相間隔的納米粒子以及在該多個相間隔的納米粒子間的多個局部基材表面；矽烷，固著於該多個局部基材表面；以及第二有機分子，固著於這些相間隔的納米粒子表面，其中該第二有機分子與該第一有機分子兩者間具有特異性。2.如實施例1所述的感測晶片，其中該感測晶片可拆卸地設置於具有通孔的有孔元件以在該有孔元件的一端關閉該通孔，以形成感測裝置。3.如實施例1至2所述的感測晶片，其中：該第二有機分子直接固著於這些相間隔的納米粒子的表面；以及該感測晶片為蛋白質晶片或基因晶片。4.一種感測方法，用於感測待測物中的第一有機分子，該方法包含以下步驟：(1)提供感測晶片，該晶片包含基材、在該基材上多個相間隔的納米粒子以及在該多個相間隔的納米粒子間的多個局部基材表面；(2)使矽烷固著於該多個局部基材表面；以及(3)將第二有機分子固著至這些相間隔的納米粒子表面，其中該第二有機分子與該第有機分子兩者間具有特異性。5.如實施例4所述的感測方法，該方法還包括：將第二有機分子固著至這些相間隔的納米粒子表面後，進行酶聯免疫吸附測定法。6.如實施例4至5所述的感測方法，其中：該第二有機分子直接固著至這些相間隔的納米粒子的表面；並且該第二有機分子為抗原或抗體。7.一種感測晶片，用於感測待測物中的第一有機分子，所述晶片包括：基材，在該基材上具有多個相間隔的納米粒子以及在該多個相間隔的納米粒子間的多個局部基材表面；第二有機分子，固著至該多個相間隔的納米粒子表面，其中該第二有機分子與該第一有機分子兩者間具有特異性；以及改性劑，固著於該多個局部基材表面，並誘使該第二有機分子遠離該多個局部基材表面。8.如實施例7所述的感測晶片，其中該改性劑為矽烷。9.如實施例7至8所述的感測晶片，其中：該第二有機分子直接固著於這些相間隔的納米粒子的表面；以及該感測晶片為蛋白質晶片或基因晶片。10.一種感測方法，用以感測待測物中的第一有機分子，該方法包含以下步驟：(1)提供感測晶片，該晶片包含基材、在該基材上多個相間隔的納米粒子以及在該多個相間隔的納米粒子間的多個局部基材表面；(2)使改性劑固著於該多個局部基材表面，該改性劑增強第二有機分子對這些相間隔的納米粒子表面的吸附性；以及(3)將該第二有機分子固著至這些相間隔的納米粒子表面，其中該第二有機分子與該 第一有機分子兩者間具有特異性。11.如實施例10所述的感測方法，該方法更包含：將該第二有機分子固著至這些相間隔的納米粒子表面後，進行酶聯免疫吸附測定法。12.如實施例10至11所述的感測方法，其中：該第二有機分子直接固著於這些相間隔的納米粒子的表面；以及該第一有機分子為抗原或抗體。請參見圖1及圖3(a)，本發明的第一實施例提供了一種感測晶片11，用於感測待測物中的第一有機分子116。該感測晶片11包含基材111，在該基材111上具多個相間隔的納米粒子112以及在該多個相間隔的納米粒子112間的多個局部基材表面113；矽烷114，固著於該多個局部基材表面113；以及第二有機分子115，固著於這些相間隔的納米粒子112表面，其中該第二有機分子115與該第一有機分子116兩者間具有特異性。如圖4至圖6所示，本實施例的感測晶片11能夠可拆卸地設置於具有通孔421、521、621的有孔元件42、52、62，以在該有孔元件42、52、62的一端關閉該通孔421、521、621，以形成感測裝置43、53、63。如圖6所示的該感測裝置63可直接用於感測該待測物中的該第一有機分子116；如圖4及圖5所示的該感測裝置43、53可進一步組裝於如圖7所示的框架7以進行該待測物中的該第一有機分子116的感測。用該感測裝置43、53、63進行的感測可使用任何可和實驗用孔盤配合使用的儀器，例如光譜儀及自動微孔盤洗盤機，其中該光譜儀可為酶標儀(ELISAreader)。本實施例的感測晶片可為蛋白質晶片或基因晶片，該蛋白質晶片或該基因晶片可直接用於感測，無需結合其他元件。該第二有機分子115可直接固著於這些相間隔的納米粒子112的表面。該待測物可為血液、尿液、細胞培養液及其他體液，但不限於此。該第一有機分子116可為蛋白質，該蛋白質可為抗原或抗體。該基材可由透光材料製成。這些相間隔的納米粒子112由金屬製成，所述金屬選自由金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉬 (Mo)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、錫(Sn)、鈦(Ti)，鉈(Ta)及銥(Ir)、上述金屬的合金及其組合所組成的組。該納米粒子的形狀選自由圓形、島形、長條形、三角形、星形、環形、中空形及其組合所組成的組。該納米粒子的粒徑可為1nm至200nm。該局部基材表面113具有直徑，該直徑可為1nm至100nm。該矽烷114可為烷基矽烷、氨基矽烷或其他矽烷，氨基矽烷舉例來說可以是3-氨基丙基三甲氧基矽烷(3-aminopropryltrimethoxysilane,APTMS)或3-氨基丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane,APTS)。該第二有機分子115可為蛋白質，所述蛋白質可為抗原或抗體。本實施例的感測晶片11或感測裝置43、53、63可加入適合的抗體、標準品、緩衝液、顯色劑、封閉液、底物液及終止液等以製成試劑盒。請參見1及圖3(a)，本發明第一實施例還提供了一種感測方法，用於感測待測物中的第一有機分子116。該感測方法包含以下步驟：提供感測晶片11，該感測晶片11包含基材111、在該基材111上多個相間隔的納米粒子112以及在該多個相間隔的納米粒子112間的多個局部基材表面113；使矽烷114固著於該多個局部基材表面113；以及將第二有機分子115固著至這些相間隔的納米粒子112表面，其中該第二有機分子115與該第一有機分子116兩者間具有特異性。本實施例的感測方法在將該第二有機分子115固著至這些相間隔的納米粒子112表面後，可進行酶聯免疫吸附測定法，即，將待測物加入至該通孔421、521、621中；在該待測物中的該第一有機分子116與第二有機分子115特異性結合後，將具有酶119的第三有機分子118加入至該通孔421、521、621中；在該第三有機分子118與該第一有機分子116特異性結合後，將該酶119的底物120加入到該通孔421、521、621中以進行顯色反應；加入終止液終止該顯色反應以獲得顯色反應結果；以及讀取該顯色反應結果的數值。如圖4至圖6所示，本實施例的感測方法可進一步將該感測晶片11可拆卸地設置於具有通孔421、521、621的有孔元件42、52、62， 以在該有孔元件42、52、62的一端關閉該通孔421、521、621，以形成感測裝置43、53、63。如圖6所示的該感測裝置63可直接用於感測該待測物中的該第一有機分子116；如圖4及圖5所示的該感測裝置43、53可進一步組裝於如圖7所示的框架7以進行該待測物中的該第一有機分子116的感測。使用該感測裝置43、53、63進行感測可使用任何可和實驗用孔盤配合使用的儀器，例如光譜儀及自動微孔盤洗盤機，其中該光譜儀可為酶標儀。該第二有機分子115可直接固著於這些相間隔的納米粒子112的表面。該待測物可為血液、尿液、細胞培養液及其他體液，但不限於此。該第一有機分子116可以為蛋白質，該蛋白質可為抗原或抗體。該基材111可以透光材料製成。這些相間隔的納米粒子112由金屬製成，該金屬系選自由金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉬(Mo)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、錫(Sn)、鈦(Ti)，鉈(Ta)及銥(Ir)、上述金屬的合金及其組合所組成的組。該納米粒子112的形狀選自由圓形、島形、長條形、三角形、星形、環形、中空形及其組合所組成的組。該納米粒子112的粒徑可為1nm至200nm。該多個局部基材表面115具有直徑，該直徑可為1nm至100nm。該矽烷114可為烷基矽烷、氨基矽烷或其他矽烷，氨基矽烷舉例來說可為3-氨基丙基三甲氧基矽烷或3-氨基丙基三乙氧基矽烷，但不限於此。第二有機分子115可為蛋白質，所述蛋白質可為抗原或抗體。請參見圖2及圖3(b)，本發明第二實施例提供了一種感測晶片11，用於感測待測物中的第一有機分子116。該感測晶片11包含基材111，在該基材111上具多個相間隔的納米粒子112以及在該多個相間隔的納米粒子112間的多個局部基材表面113；第二有機分子115，固著至該多個相間隔的納米粒子112表面，其中該第二有機分子115與該第一有機分子116兩者間具有特異性；以及改性劑117，固著於該多個局部基材表面113，並驅使該第二有機分子115離開該多個局部基材表面113。如圖4至圖6所示，本實施例的感測晶片11能夠可拆卸地設置於具有通孔421、521、621的有孔元件42、52、62，以在該有孔元件 42、52、62的一端關閉該通孔421、521、621，以形成感測裝置43、53、63。如圖6所示的該感測裝置63可直接用於感測該待測物中的該第一有機分子116；如圖4及圖5所示的該感測裝置43、53可進一步組裝於如圖7所示的框架7以進行該待測物中的該第一有機分子116的感測。使用該感測裝置43、53、63進行感測可使用任何可和實驗用孔盤配合使用的儀器，例如光譜儀及自動微孔盤洗盤機，其中該光譜儀可為酶標儀。本實施例的感測晶片11可為蛋白質晶片或基因晶片，該蛋白質晶片或該基因晶片可直接用於感測，無需結合其他元件。該第二有機分子115可直接固著於這些相間隔的納米粒子112的表面。該待測物可為血液、尿液、細胞培養液及其他體液，但不限於此。該第一有機分子116可為蛋白質，該蛋白質可為抗原或抗體。該基材111可以透光材料製成。這些相間隔的納米粒子112由金屬所製成，該金屬選自由金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉬(Mo)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、錫(Sn)、鈦(Ti)，鉈(Ta)及銥(Ir)、上述金屬的合金及其組合所組成的組。該納米粒子112的形狀選自由圓形、島形、長條形、三角形、星形、環形、中空形及其組合所組成的組。該納米粒子112的粒徑可為1nm至200nm。該局部基材表面113具有直徑，該直徑可為1nm至100nm。該改性劑117可為矽烷、醇胺或烯胺。該矽烷可為烷基矽烷、氨基矽烷或其他矽烷，氨基矽烷舉例來說可為3-氨基丙基三甲氧基矽烷或3-氨基丙基三乙氧基矽烷，但不限於此。第二有機分子115可為蛋白質，該蛋白質可為抗原或抗體。本實施例的感測晶片11或感測裝置43、53、63可加入適合的抗體、標準品、緩衝液、顯色劑、封閉液、底物液及終止液等，以製成試劑盒。請參見圖2及圖3(b)，本發明第二實施例還提供了一種感測方法，用於感測待測物中的第一有機分子116。該感測方法包含下列步驟：提供感測晶片11，該感測晶片11包含基材111、在該基材111上多個相間隔的納米粒子112以及在該多 個相間隔的納米粒子112間的多個局部基材表面113；使改性劑117固著於該多個局部基材表面，該改性劑117增強第二有機分子115對這些相間隔的納米粒子112表面的吸附性；以及將該第二有機分子115固著至這些相間隔的納米粒子112表面，其中該第二有機分子115與該第一有機分子116兩者間具有特異性。本實施例的感測方法在將第二有機分子115固著至這些相間隔的納米粒子112表面後，可進行酶聯免疫吸附測定法，即，加入一待測物至該通孔421、521、621中；在該待測物中的該第一有機分子116與第二有機分子115特異性結合後，加入具有酶119的第三有機分子118至該通孔421、521、621中；在該第三有機分子118與該第一有機分子116特異性結合後，將該酶119的底物120加入該通孔421、521、621中以進行顯色反應；加入終止液終止該顯色反應以獲得顯色反應結果；以及讀取該顯色反應結果的數值。如圖4至圖6所示，本實施例的感測方法可進一步將該感測晶片可拆卸地設置於具有通孔421、521、621的有孔元件42、52、62以在該有孔元件42、52、62的一端關閉該通孔421、521、621，以形成感測裝置43、53、63。如圖6所示的該感測裝置63可直接用於感測該待測物中的該第一有機分子116；如圖4和圖5所示的該感測裝置43、53可進一步組裝於如圖7所示的框架7以進行該待測物中的該第一有機分子116的感測。以該感測裝置進行感測可使用任何可和實驗用孔盤配合使用的儀器，例如光譜儀及自動微孔盤洗盤機，其中該光譜儀可為酶標儀。該第二有機分子115可直接固著於這些相間隔的納米粒子112的表面。該待測物可為血液、尿液、細胞培養液及其他體液，但不限於此。該第一有機分子116可為蛋白質，該蛋白質可為抗原或抗體。該基材111可由透光材料製成。這些相間隔的納米粒子112由金屬所製成，該金屬系選自由金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉬(Mo)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、錫(Sn)、鈦(Ti)，鉈(Ta)及銥(Ir)、上述金屬的合金及其組合所組成的組。該納米粒子的形狀選自由圓形、島形、長條形、三角形、星形、環形、中空形及其 組合所組成的組。該納米粒子的粒徑可為1nm至200nm。該多個局部基材表面115具有直徑，該直徑可為1nm至100nm。該改性劑117可為矽烷、醇胺或烯胺。該矽烷可為烷基矽烷、氨基矽烷或其他矽烷，氨基矽烷舉例來說可為3-氨基丙基三甲氧基矽烷(3-aminopropryltrimethoxysilane,APTMS)或3-氨基丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane,APTS)，但不限於此。第二有機分子115可為蛋白質，該蛋白質可為抗原或抗體。將本發明的感測晶片用於進行一般酶聯免疫吸附測定法，透過設置於基材上的納米粒子，可有效增強酶聯免疫吸附測定法的檢測信號，使其檢測極限降低到<1pg/mL。使用本發明的感測晶片執行一般酶聯免疫吸附測定法的方法為：先製備金納米粒子陣列，其表面用矽烷修飾，直接固著蛋白質過夜，接著進行一般酶聯免疫吸附測定法檢測的標準流程。結果發現金納米粒子可以增強信號因而提高OD值，使劑量與反應之間的距離可以拉得比較開，其機制為透過金納米粒子表面吸附蛋白質，蛋白質被金納米粒子吸附後呈現三維立體結構，使蛋白質結構能夠有效展開，從吸附方位的觀點來看，具有較高的特異性。即使在低濃度時，信號點跟信號點之間也可有效被區分開。此外，修飾矽烷是必須的，主要是讓蛋白質固著可以更加均勻，使其在低濃度時，信號點與信號點之間不會亂跳，提高整個信號的穩定性，使其檢測極限可以達到0.064pg/ml，達到可測量低濃度的效果。本發明的感測晶片應用於酶聯免疫吸附測定法，可以直接而有效地進行蛋白質固著，不同蛋白質的表面結構特性使其可透過三種主要的力吸附於金納米粒子表面上，此三種力分別為疏水作用力、電荷引力及配位鍵結合力。疏水作用力：在本發明的感測方法及感測晶片實施例中，當烷基矽烷吸附於納米粒子之間的基材後，烷基矽烷可以增加基材接觸角，所增加的接觸角可幫助蛋白質靠近金納米粒子表面。一旦蛋白質與金納米粒子表面十分接近(之間的距離約小於1nm)，蛋白質的疏水區很有可能與金納米粒子表面的疏水區接觸並且與之結合。因此，對於富 含非極性胺基酸(例如色氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸或苯丙氨酸)的蛋白質而言，其可與金納米粒子表面發生強的結合作用。所以透過烷基矽烷本身的末端官能團特性，確實能增強蛋白質對金納米粒子的表面吸附性。電荷引力：氨基矽烷分子吸附於基材後末端所帶的NH2，在水溶液中易形成NH3+，造成氨基矽烷分子帶有正電荷，因此對於帶有正電荷的蛋白質，會形成排斥作用。金納米粒子表面帶有負電荷，負電荷會吸引帶有正電荷的蛋白質並足以使其靠近結合區的表面，環境pH值低於等電點時蛋白質帶有正電荷，因此會與金納米粒子表面發生強烈的吸引作用。尤其是富含賴氨酸和精氨酸的蛋白質區域在環境pH值低於賴氨酸的等電點(pH10.4)和精氨酸的等電點(pH12.5)時會帶有大量的正電荷。因此，氨基矽烷分子所帶的正電荷有助於富含賴氨酸和精氨酸的蛋白質吸附於金納米粒子的表面。配位鍵結合力：配位鍵結合力是所有吸引力中最強的，含有大量富含硫的胺基酸(半胱氨酸和甲硫氨酸)的蛋白質和金納米粒子表面會強力結合，這是由在金原子(具有傳導帶電子的能力)和硫原子(帶有價電子)之間的吸引力造成的。透過這三種力，金納米粒子可以有效率的吸附蛋白質，使其蛋白質吸附效率有效提升，可用最少的蛋白質濃度及最短的時間進行固著，同時得出的信號結果也優於一般市售的ELISA孔盤。因此，本發明的感測方法及感測晶片具有靈敏度高、成本便宜以及節省時間等優點，且其可用於檢測不同抗體及病毒。本發明可應用於實驗開發，如免疫分析化學分析及酶分析等；建立實驗程序，如動力學功能及溫度控制等；抗體鑑定，如抗體/配體親合性篩檢、單抗體抗原表位測定、腫瘤細胞篩選並鑑定期數、抗獨特性抗體篩選、抗體濃度測定及片段篩檢等；以及臨床前與臨床上診斷，如生物標記分析及重點照護等，用途十分廣泛。實驗例1.以氨基矽烷修飾本發明的感測晶片以進行抗原或抗體的檢測實驗：先以能量較弱的氧氣電漿對本發明的感測晶片的基板表面做親水性改性，再將基板浸入3-氨基丙基三甲氧基矽烷(3-aminopropyltrimethoxysilane,APTMS)溶液中，便可以使APTMS與納米粒子間的空白基板結合，接著直接加入抗體(抗原)就可使抗體(抗原)固著於納米粒子上，再加入待測物抗原(抗體)與其反應，以進行抗原或抗體的檢測實驗。2.本發明的感測裝置與Corning的COR-9018孔盤的比較：請參見圖8，分別以本發明的感測裝置與Corning的COR-9018孔盤針對轉化生長因子-β(TGF-β)進行ELISA。TGF-β會促進腫瘤的惡化、侵潤和轉移，是一種癌症惡化指標。使用本發明的感測裝置進行ELISA可測得濃度遠低於1pg/ml的TGF-β，靈敏度明顯優於Corning的COR-9018孔盤。3.分別以本發明的感測裝置與Corning的COR-9018孔盤使用eBioscience的人類/小鼠轉化生長因子β1ELISA試劑盒(human/mouseTGFbeta1ELISAkit,商品編號88-8350-88)以夾心ELISA法來定量人類/小鼠轉化生長因子β1：分析盤準備：步驟1.用1X固著緩衝液(coatingbuffer)稀釋捕獲抗體，並將100μl稀釋後的捕獲抗體加入到每個分析盤的孔中，將盤子密封后置於4℃過夜(O/N)。步驟2.過夜後，吸乾每個孔的捕獲抗體液體後，每個孔用100μl的清洗緩衝液清洗。共清洗5次,使用八爪分注器時儘量沿著96孔分析盤的管壁加入，以減少氣泡產生，在最後一次清洗步驟後，將分析盤倒扣在擦手紙上，以除去殘餘的清洗液。步驟3.將100μl的封閉緩衝液(1X分析稀釋液)加入到每個孔中，並置於室溫下至少一小時。步驟4.步驟3後，吸乾每個孔的液體，每個孔用100μl的清洗液清洗。共清洗5次。ELISA流程：步驟1.標準品及樣本：將標準品由最高濃度1000pg/ml往下依 次稀釋七個濃度，並且最後一點(第八點)為空白值(blank)，並將100μl的每個濃度的標準品及樣品(在1X分析稀釋液中)加入到每個孔中，每個標準品及樣品進行三次重複試驗。加入後置於室溫下至少兩小時。步驟2.測定：在步驟1之後，吸乾每個孔的液體，每個孔用100μl的清洗液清洗。共清洗5次。於每個孔中加入100μl(在1X分析稀釋液中)稀釋後的檢測抗體，並置於室溫下一小時。步驟3.親和素-辣根過氧化物酶(Avidin-HRP)：在步驟2之後，吸乾每個孔的液體，每個孔再用100μl的清洗液清洗。共清洗5次。於每個孔中加入100μl(在1X分析稀釋液中)稀釋後的Avidin-HRP，並於室溫避光靜置30分鐘。步驟4.加TMB底物(底物液(Substratesolution))：在步驟3之後，吸乾每個孔的液體，再用100μl的清洗液清洗每個孔。共清洗7次。向每個孔中加入100μl的底物，並於室溫避光靜置顯色15分鐘(清洗前先在孔加入清洗液浸泡1～2分鐘)。步驟5.將50μL終止液加入到每個孔後利用ELISA分析儀於450nm吸收波長測定結果，並用630nm波長校正。※注意：反應終止後15分鐘至30分鐘內利用ELISA分析儀測定結果。請參見圖9及圖10，Corning的COR-9018孔盤最低檢測濃度為8pg/mL，本發明的感測裝置(本實施例中為96孔微孔盤)最低檢測濃度為0.064pg/mL。由於整個TGF-β家族都有9個半胱氨酸，這9個半胱氨酸中的8個會2個為一組二硫鍵形成半胱氨酸結，而這個結構即為整個TGF-β超家族的共同特徵，第9個半胱氨酸則會與另外一個次單元的半胱氨酸形成二硫鍵產生二聚體。其他的TGF-β保守結構多為通過疏水性交互作用形成的二級結構。因此，這類型蛋白質的結構特性與金納米粒子的表面結構特性，通過配位鍵結合力，可使這類型蛋白質有效的吸附於金納米粒子表面，所以在低濃度時可以降低信噪，提高整體信號靈敏度。4.分別以本發明的感測裝置與Corning的COR-9018孔盤使用 eBioscience的人類/小鼠轉化生長因子β1ELISA試劑盒(human/mouseTGFbeta1ELISAkit,商品編號88-8350-88)，以夾心ELISA法來定量人類/小鼠轉化生長因子β1：請參見圖11及表1，其中圖11由表1的數據繪製而成。在實驗中，本發明的感測裝置在TGF-β1濃度檢測極限最佳可達0.064pg/ml，而在市售分析試劑盒塑料孔盤中，Corning的COR-9018孔盤濃度檢測極限僅達8pg/ml，本發明的感測裝置的濃度檢測極限超過傳統孔盤100倍(0.064pg/ml:8pg/ml)。表1TGF-β1濃度(pg/ml)本發明的感測裝置COR-901810003.70642.90432001.01550.6148400.279350.132680.123650.05161.60.099850.0420.320.07860.03020.0640.07060.0275空白對照組0.066550.04295.分別以本發明的感測裝置與Corning的COR-9018孔盤使用市售的ELISA試劑盒，以夾心ELISA法來定量C-反應蛋白：請參見圖12及表2。圖12由表2的數據繪製而成。本發明的感測裝置對CRP濃度檢測極限最佳可達0.32pg/ml，而在市售分析試劑盒塑料孔盤中，Corning的COR-9018孔盤濃度檢測極限可達8pg/ml，本發明的感測裝置的濃度檢測極限超過傳統孔盤約25倍(0.32pg/ml:8pg/ml)。表2CRP濃度(pg/ml)本發明的感測裝置COR-90182000.95851.44165400.47720.686780.296150.52171.60.22840.48130.320.20350.47285空白對照組0.191250.483956.使用(1)玻璃基板上有金納米粒子，且金納米粒子表面以氨基矽烷修飾、(2)玻璃基板上僅有金納米粒子、(3)玻璃基板表面直接以氨基矽烷修飾、以及(4)僅有玻璃基板四種不同材質的感測裝置進行ELISA比較：請參見圖13(a)至圖13(d)。使用金納米粒子表面以氨基矽烷修飾的感測裝置，針對eBioscience的人類/小鼠轉化生長因子β1ELISA試劑盒(human/mouseTGFbeta1ELISAkit,商品編號88-8350-88)進行實驗，其信號靈敏度最佳可達0.064pg/ml，而一般塑料孔盤的信號靈敏度僅為8pg/ml，因此金納米粒子表面以氨基矽烷修飾的感測裝置的信號靈敏度超過傳統孔盤100倍以上(0.064pgml:8pg/ml)。玻璃基板上僅有金納米粒子，未以氨基矽烷修飾時，在低濃度時其信號較不穩定而易跳動，可信度下降，因此其信號靈敏度較金納米粒子表面以氨基矽烷修飾的感測裝置差。玻璃基板表面直接以氨基矽烷修飾以及僅有玻璃基板的兩種材質的感測裝置皆無法提高靈敏度。7.在低濃度條件下(濃度檢測極限測試)，針對以玻璃基板上有金納米粒子，且金納米粒子表面以氨基矽烷修飾以及僅有玻璃基板兩種不同材質的感測裝置來進行ELISA的濃度檢測極限測試的比較：請參見圖14(a)及圖14(b)。玻璃基板上有金納米粒子，且金納米粒子表面以氨基矽烷修飾的感測裝置的濃度檢測極限，遠優於僅有玻璃基板的感測裝置。8.應用本發明的感測晶片的蛋白質晶片：將一般蛋白質晶片上的反應區改為具有納米粒子陣列及有機分子層的反應區，該蛋白質晶片的規格為75mm*25mm，並具有60mm*21mm的反應區。9.應用本發明的感測晶片的基因晶片：將一般基因晶片上的反應區改為具有納米粒子陣列及有機分子層的反應區，採用核酸探針雜交進行核酸序列測定，接著經掃描儀讀取後產生圖形文件，經過劃格(Griding)、確定雜交點範圍(SpotIdentifying)、過濾背景信噪(NoiseFiltering)等圖像識別過程，最終得到基因表達的螢光信號強度值，並以列表形式輸出。當前第1頁1 2 3