TWI399532B - Optical fiber type localized plasma resonance sensing device and its system - Google Patents

Optical fiber type localized plasma resonance sensing device and its system Download PDF

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Description

光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統
本發明是有關於一種感測裝置及其系統，特別是有關於一種光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統。
目前，定域電漿共振(Localized Plasmon Resonance,LPR)能即時反應出金屬奈米粒子所處環境的折射率之變化，當定域電漿共振譜帶產生改變時，其出射光的光譜分佈或是光能量同樣會受到影響。若金屬奈米表面修飾著具有選擇能力的辨識單元，那麼分析樣品中就只有特定的對應物質才能吸附在金奈米顆粒表面，也才能影響到金屬奈米粒子所感受到的環境折射率，藉此就能達到專一性的檢測能力。更進一步地，如果將金屬奈米粒子層(如金或銀的奈米粒子)固定於光纖基材上，除了能有效的減小感測器的體積外，更能利用光纖多次全反射的現象去累積LPR訊號的變化量，使感測器的感測靈敏度更加提升。換句話說，在每一次的光反射時，入射光訊號皆會受到定域電漿共振的影響而光能量被部份吸收或散射，因此當反射次數越多次時，此頻率處的光能量衰減就會持續地累加，因此也就能達到靈敏度提升之目的了。而上述結合光纖基材與定域電漿共振原理所開發而成的感測元件，我們就稱之為光纖式定域電漿共振感測(Fiber-Optic Localized Plasmon Resonance,FO-LPR)，與辨識分子整合後，它同時具備著專一性、並且高靈敏性的感測能力，因此很有潛力開發成即時檢測用的感測器材。再者，利用多次全反射去累積訊號的方法， 亦可應用於表面增強光譜的感測技術上，如表面增強及拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering)及表面增強螢光(Surface-enhanced fluorescence)。
雖然FO-LPR能具有即時並且高度專一性的檢測能力，但是當用於真實樣品的檢測時，感測器必須直接暴露在複雜的環境中，此時諸如細胞碎屑、血漿、血球、免疫細胞、甚至灰塵與纖維質等等干擾源，皆有機會以吸附或沉積等方式沾黏在感測器表面，此時金屬奈米粒子就會感受到這些覆蓋物所造成的折射率變化，使得量測結果產生嚴重的偏差。因此，若要讓FO-LPR真正能用於真實樣品的檢測上，勢必得先排除這些大顆粒干擾物所產生的非特異性吸附之現象。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統，以解決與習知技術有關之問題。
根據本發明之目的，提出一種光纖式定域電漿共振感測裝置，係包含一光纖、一貴金屬奈米粒子層以及一過濾薄層，該貴金屬奈米粒子層係固定於該光纖上，該過濾薄層係為一多孔洞材料，且包覆該光纖，其中，該多孔洞材料的孔徑或性質係依照一待測物質之特性去做選擇並同時隔離一干擾源。
根據本發明之另一目的，提出一種光纖式定域電漿共振感測裝置系統，係包含一光纖式定域電漿共振感測裝置、一光源以及一偵測單元，該光纖式定域電漿共振感測裝置係包含一光纖、一 貴金屬奈米粒子層以及一過濾薄層，該貴金屬奈米粒子層係固定於該光纖上，該過濾薄層係為一多孔洞材料，且包覆該光纖，該光源係提供一光束入射該光纖式定域電漿共振感測裝置，該偵測單元係接收該光纖式定域電漿共振感測裝置之出射光以產生一偵測訊號；其中，該多孔洞材料的孔徑或性質係依照一待測物質之特性去做選擇並同時隔離一干擾源。
承上所述，依本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統，其可具有一或多個下述優點：
(1)此光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統倚靠其過濾薄層之多孔洞材料，使其能真正應用於複雜真實樣品的檢測上。
(2)此光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統可依照目標分子之特性去做選擇，盡量只讓欲檢測的物質能通透而入，並同時隔離不必要的干擾源。
此項專利發明的初衷，是有鑑於任何生化感測器不管是經過了多少次的表面處理，皆不能完全免除真實樣品中所有雜質的干擾，即使FO-LPR技術雖有一定能力的選擇性，同樣也受困於非特異性吸附的干擾。因此為了減少此種非預期的結果，我們在FO-LPR的光纖外包覆一能對分子大小或特性進行篩選的過濾薄層，直接以隔離的方式將大顆粒干擾物排除在感測區域之外，並利用過濾薄層之多孔洞材料選擇性的通透性質，只讓欲檢測的分析物進入，此時FO-LPR的感測區域裡就能有較單純較乾淨的工作環境了。此外，此篩選用的薄層的以中空管柱的形狀為佳，而 整體組合元件的體積也越小越好。
請參閱第1圖，其係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置及系統之第一實施例之示意圖。圖中光纖式定域電漿共振感測裝置1係包含一光纖2、一貴金屬奈米粒子層3以及一過濾薄層4，該光纖2係為一光纖式定域電漿共振之光纖，該光纖之剝皮區域係為一感測區域，貴金屬奈米粒子層3係由金奈米粒子或銀奈米粒子所組成，該貴金屬奈米粒子層3係固定於該光纖2上，該過濾薄層4係為一多孔洞材料，且包覆該光纖2，其中更包含至少一導管5及一幫浦(pump)，該幫浦係藉由該至少一導管5將該待測物質抽入或抽離該過濾薄層4。此方法能以高效率的方式達到質量傳遞的動作，導入或流出一待測物質。該待測物質係為一生物分子或一化學分子，而此時的過濾薄層4就像是篩網一般，能將原本複雜的分析樣品進行篩選與純化，其中，過濾薄層4之多孔洞材料的孔徑或性質係依照該待測物質之特性去做選擇，並同時隔離一干擾源。其過濾薄層孔徑密度可介於4×104 cm-2至20×104 cm-2，其厚度可介於50至100微米(μm)，其截流分子量(MWCO，molecular weight cut off)可小於或等於500KDa，其材料係為聚碸(PS，polysulfone)、纖維素脂(CE，Cellulose Ester)、再生纖維素(RC，Regenerated Cellulose)、聚醚風(PES，polyethersylfone)以及聚芳香醚碸(PAES，polyarylethersulphone)。該干擾源係為一血球、一細胞碎屑、免疫細胞、灰塵、纖維質、細菌、一局部蛋白質、一大分子、一具有沾黏性質或大顆粒之雜質。
請參閱第2圖，其係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置及系統之第二實施例之示意圖。圖中光纖式定域電漿共振感測裝置係包含一光纖2、一貴金屬奈米粒子層3以及一過濾薄層4， 該貴金屬奈米粒子層3係固定於該光纖2上，該過濾薄層4係為一多孔洞材料，且包覆該光纖2，其中更包含第一導管51和第二導管52，其係置於該過濾薄層內4，第一導管51用以將待測物質導入，第二導管52用以將待測物質導出。該待測物質係為一生物分子或一化學分子，而此時的過濾薄層就像是篩網一般，能將待測物質進行篩選，其中，過濾薄層4之多孔洞材料的孔徑或性質係依照該待測物質之特性去做選擇，並同時隔離一干擾源。此光纖式定域電漿共振感測裝置1可用在微透析技術上，其微透析技術主要是針對活體細胞外液的取樣設計，類似人造血管功能，它可以減少實驗時對細胞組織所造成的傷害，並且在生物檢品的取樣過程中不影響生物流體的體積，所以同時可用來處理活體(in vivo)或離體(in vitro)微量的樣本。透過微透析管取樣時，必須同時用到兩條液體導管，負責透析液的導入與流出，此時內部產生的液體流動，則能使過濾基材外的樣品更容易被帶入到FO-LPR表面，而透析膜的存在，則可將局部蛋白質或其他大分子隔離在膜外，因此微透析技術所收集之液體相當乾淨，因此也就能減少大顆粒雜質的非特異性吸附之現象。FO-LPR實行於活體檢測時，微透析技術的搭配可以是一個很好的選擇。
請參閱第3A圖，其係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之第三實施例之示意圖。圖中光纖式定域電漿共振感測裝置係包含一光纖2、一貴金屬奈米粒子層3以及一過濾薄層4，該貴金屬奈米粒子層3係固定於該光纖2上，該過濾薄層4係為一多孔洞材料，且包覆該光纖2，而此時的過濾薄層4就像是篩網一般，能將待測物質進行篩選。因為過濾薄層4的存在，所以原樣品中顆粒較大或是較複雜的物質將會被隔離在此薄層之外，使得裡頭 的FO-LPR感測光纖2能處在較單純的環境之中。除此之外，若是過濾薄層4的選擇性質或是孔洞大小選擇得當，它也能將光纖2本身的細菌或是碎屑與分析樣品進行隔離，除了能避免分析樣品的汙染外，同時也能省去元件使用前必須進行消毒的困擾。由於FO-LPR光纖2本身因為已經被剝除掉一部分的光纖外殼(cladding)，因此變得容易碎裂；而過濾薄層4本身也會因為外在環境的壓力或是重力的影響而產生形變，甚至覆蓋在光纖感測區域的表面。因此可在過濾薄層4與FO-LPR光纖2間填入適當的表面開洞剛性材料6，以提供一良好的物理支撐。例如一個表面有著數個直徑約大於0.5毫米(mm)小孔的中空鋼針，就是一種非常適合的選擇，但是開孔直徑也不適宜大於5毫米，以避免鋼針的支撐力不足。如圖3B所示，為光纖式定域電漿共振感測裝置之反射式FO-LPR之構造圖，其構造有如探針般，若同時使用尖狀的鋼針作為引導用的外鞘，便能輕易的將反射式LPR探針刺入到欲檢測的特定區塊。簡單而言，尖狀開孔的鋼針有如引導器(guider)，不但提供了反射式光纖式定域電漿共振(RFO-LPR)的光纖2與過濾薄層4良好的物理支撐外，同時也能將它們導引到特定的檢測區塊內。此外，若是感測元件整體的物理強度堅固無虞，那麼開孔的形狀也不一定要以圓形孔洞為主，也能以較大面積的方式，例如細長縫隙的方式做為開孔形狀的設計，以提升分析樣品質量交換之速度為主要目的。
請參閱第4圖，其係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖之示意圖。其FO-LPR的光纖部分，可以選用剝除整圈外殼的方式(如圖4A)，或使用只剝除一部分外殼的構型(如圖4B)，其剖面示意圖如圖4C所示。其中後者的設計，因為保留了 部分光纖外殼，使得脆弱的光纖核心能受到多一點的物理支撐，因此有著較好的機械強度(例如D型光纖D-Fiber的設計就是屬於後者)，因此若要開發更微細的光纖式定域電漿共振感測裝置時，使用圖4B的設計將會是一個很好的選擇。如圖4D所示，為光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖末端鍍上一個鏡面之感測探針示意圖，利用鍍上一鏡面7的方式，反射其光訊號，將之浸入或刺入到特定區塊，便能完成檢測，因此更適合開發成醫療或是即時抽樣檢驗之器材。如圖4E所示，為光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖末端修飾貴金屬奈米粒子層3之感測探針示意圖，我們能將貴金屬奈米粒子層3固定在光纖2末端，利用散射或反射光訊號的強度來當作感測原理。由於此架構中光纖並未被剝除光纖外殼，所以會有著更好的機械強度。如圖4F所示，為光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖末端核心11鏤空，再填入多孔性材料8並修飾貴金屬奈米粒子層3之感測探針示意圖。其可使用蝕刻的方式將光纖2末段的核心11部分鏤空，並保留一部分的光纖2外殼12，然後在於這個空間中填入多孔隙的材料8，(例如溶膠凝膠(sol-gel)等材料)，最後再將貴金屬奈米粒子層3固定在這些孔隙表面以完成此類探針的建構。首先是希望藉由材料多孔隙的性質，以增加分析樣品在質量傳遞的速率，同時再藉由材料高表面積之優點，以增加貴金屬奈米粒子的作用量，以達到更好的感測效果。如圖4G所示，為光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖末端修飾貴金屬奈米粒子層3之感測探針示意圖，利用化學或機械加工形成尖狀(tapered)光纖，我們能將貴金屬奈米粒子層3固定在光纖2末端，以利收集入射光與貴金屬奈米粒子作用後產生之螢光或拉曼散射光，並於光纖入射端收集感測訊號。
請參閱第5圖，其係為本發明之光纖式定域電漿共振感測系統之第四實施例之示意圖。其係包含一光纖式定域電漿共振感測裝置1、一光源9以及一偵測單元10，該光源9可為係提供一光束入射該光纖式定域電漿共振感測裝置1，該偵測單元10係接收該光纖式定域電漿共振感測裝置1之出射光以產生一偵測訊號。其中光源係為一雷射光束或一發光二極體(LED)，偵測單元為一光電二極體(photodiode)，FO-LPR探針式感測器雖然有著優異的感測能力，但是當它應用在真實樣品的檢測時，勢必將遇到嚴重的非特異性吸附之干擾。這是因為真實樣品的組成非常複雜，例如血球、細胞碎屑、纖維質等種種干擾源，皆有機會覆蓋在LPR光纖2表面上，造成檢測訊號產生嚴重的偏移。有鑑於此，我們將探針式FO-LPR感測系統與微透析技術做結合，開孔鋼針的角色是用做元件的物理支撐；微透析技術的應用，讓此元件具有選擇性的取樣能力；最後搭配FO-LPR的快速、靈敏的感測能力，並能開發成體內即時檢測用的醫療組件。由於此組合系統內有著液體導管，可以用來導入各種藥劑，也能用來抽取元件內的樣品。甚至在有必要的情況下，可以藉由各種試劑的導入，便能對FO-LPR感測器進行活化或是再生的動作。若藉由FO-LPR訊號的判讀，除了能立即得知病情相關的訊息外，隨後更能注入適當劑量的治療藥物，以達到對症下藥的功用。
請參閱第6圖，其係為本發明之光纖式定域電漿共振感測系統結合透析技術對折射率變化的感測。於此部分的實驗中，我們於樣品容槽中注入不同折射率的蔗糖水溶液，研究各個樣品對LPR訊號造成的影響。其中因為透析膜(MW cut-off：100 KDa)的存在，使得分析物在質量傳遞上受到了限制，所以勢必要提供一 個方法以增加質量傳的速率。此系統中所採用的是效果柔和，破壞性最小的加速取樣之方式，也就是採用微透析方法所建立的感測系統，其整體構造圖可用第2圖做說明。實驗結果顯示隨著折射率漸漸增加時，LPR光波導訊號就會慢慢降低，而這個訊號緩降到平穩的過程，即是顯現了樣品正以柔和的方式在過濾薄層中進行質量的傳遞，系統需要約1000秒的時間才能達到平衡，光訊號的圖譜也呈現由陡峭變平緩的趨勢。
請參閱第7A圖，其本發明之含干擾源PS球的水溶液樣品經過濾薄層成澄清水溶液之示意圖。其中干擾源為聚苯乙烯(Polystyrene，PS)塑膠球水溶液，PS塑膠球的表面帶著負電荷，因此能以靜電斥力的方式均勻分散在水溶液中。而PS球對LPR感測器的干擾主要有三：第一，這些PS球的因為顆粒較大，所以靜置時會有沉積的現象；第二，PS球本身帶有負電荷，會因靜電力的作用而吸附在金奈米粒子上；第三，PS球溶液呈白色，因此會改變光波導的能量分佈。圖7A中的上層液體即是濃度為2.18×109 beads/mL的PS球水溶液11，但是經過孔徑為200奈米的過濾薄膜4過濾後，其濾液12則呈現澄清的狀態。圖7B是穿透式光纖式定域電漿共振系統(TFO-LPR)對PS水溶液11與其濾液12的訊號反應，TFO-LPR系統先是於純水13中進行平衡，接著把圖7A中的澄清的濾液12注入感測系統時，能發現LPR訊號並未產生變化；但是若直接將PS水溶液11注入系統內，則可以觀察到急遽的訊號下降。這是因為白色的PS水溶液11首先會影響到光波導的漸逝波能量，直接造成出光強度的改變，另外我們可以觀察到LPR訊號開始漸漸下降，這可能是因為PS球開始沉積在金奈米粒子表面上所造成。最後我們利用純水11注入系統數次，希 望將感測光纖表面沖洗乾淨，但是我們可以發現LPR訊號已經偏離其原本的平衡訊號，間接證實金奈米粒子表面上已經覆蓋上一定程度的PS球。此項基本研究也顯示，使用孔徑為200奈米的過濾薄膜，的確能將感測光纖與粒徑為500奈米的PS球進行隔離，避免大顆粒干擾源對LPR訊號的影響。於此部分的實驗中，我們以濃度為2.18×108 beads/mL的PS水溶液11做為溶劑去配置各個不同折射率的樣品，因此這些樣品的外觀都是呈現白色混濁。如圖7C所示，為光纖式定域電漿共振系統對不同折射率但含干擾源PS球的水溶液樣品進行感測之訊號時間關係圖。本實驗的目的是證實LPR感測器的確能在混濁的環境下進行檢測。實驗方法是於樣品容槽中注入不同折射率且混濁的蔗糖水溶液樣品，然後分析光纖LPR感測系統的出光強度與折射率變化的關係，結果可以發現當折射率增加時，LPR訊號就會隨之降低，並大約在90秒後達成平衡，訊號的圖形變化也比較類似階梯狀的變化，顯示使用抽取的方式的確可以加速分析物在過濾膜內外的質量傳遞。
請參閱第8A圖，其係為本發明之光纖式定域電漿共振感測系統於干擾源環境下針對生化分子進行感測之訊號時間關係圖。為了驗證LPR光纖搭配過濾薄膜所建立的感測系統具有生化檢測之能力，我們使用維生素H-鏈黴素(biotin-streptavidin)的模型做測試。實驗的方法是利用在LPR光纖表面修飾上維生素H，試著檢測經過濾薄膜篩選過後的鏈黴素。實驗中所使用的過濾薄膜是由孔徑為200奈米的纖維素所構成，因此理論上分子量只有60 kDa的鏈黴素(~4奈米)應能非常順利地進入到膜內，最後被光纖感測器所檢驗到。圖8B即是取各個平衡時的對訊號對濃度對數進行數據分析的結果關係圖，將鏈黴素(streptavidin)由低濃度往高濃度 注入感測器時的光波導LPR訊號，同樣可以發現當分析物濃度越來越高時，其訊號就越降越低，而且LPR訊號的圖形也呈現類似單層吸附之圖形，其訊號變化會從陡峭然後漸漸變得緩和，而這個過程大約需要1000秒的時間。各個平衡時的相對訊號對濃度對數進行數據分析的結果其R值為0.9849。系統的雜訊為1.7×10-3，最後我們能推算其偵測極限為1.08×10-8 g/mL(1.8×10-10 M)。
請參閱第9圖，其係為本發明之光纖式定域電漿共振感測系統對鏈黴素(streptavidin)與反維生素H(anti-biotin)的篩選與感測能力之訊號時間關係圖。這部分的實驗裡我們先是於樣品容槽中注入分子量為150 kDa的反維生素H樣品溶液，也預期在過濾薄膜的作用下它不會影響到LPR訊號的變化；接著我們再將分析樣品置換成各個不同濃度的鏈黴素溶液，由於它的分子量只有60 kDa，因此也預期它會穿透過濾薄膜，並且會造成LPR光波導訊號的偏移。圖9即是實驗結果，其中編號1與編號2分別是濃度為1×10-7 g/mL與1×10-6 g/mL反維生素H的分析樣品，結果顯示過濾膜的存在的確能發揮其作用，所以反維生素H不會造成LPR光波導訊號的變化。然而以編號3到編號6的鏈黴素作為分析樣品時，則能看到金奈米表面的維生素H分子辨識到鏈黴素時所造成的訊號下降了。實驗結果證實，使用過濾薄膜(MW cut-off，100 kDa)的確可以將分子量較大的反維生素H(150 KDa)隔離在LPR感測光纖之外，而且也能容許分子量較小的鏈黴素(60 KDa)穿透，最後也能利用FO-LPR光纖感測之。
本發明著重於如何以快速、簡單的方式在光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統進行檢測前就完成樣品前處理之動作，而且針對欲檢測的分析物之性質的不同，能選用不同選擇能力的材料 做為篩選用的薄層，以達到最大效益的感測結果。例如一般的過濾膜，就能事先將大顆粒或是其它具有沾黏性質的雜質隔離在感測區域外，藉此，透過過濾薄層篩選過後的樣品將會變得相對地單純，因此雜質干擾情形則會相對地減少許多，最後再藉由光纖式定域電漿共振感測裝置及其系統本身就具有的選擇能力，即能針對特定的分析物進行偵測或檢量。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧光纖式定域電漿共振感測裝置
2‧‧‧光纖
3‧‧‧貴金屬粒子層
4‧‧‧過濾薄層
5‧‧‧導管
51‧‧‧第一導管
52‧‧‧第二導管
6‧‧‧表面開洞剛性材料
7‧‧‧鏡面
8‧‧‧多孔性材料
9‧‧‧光源
10‧‧‧偵測單元
11‧‧‧PS水溶液
12‧‧‧濾液
13‧‧‧純水
第1圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置及系統之第一實施例之示意圖；第2圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置及系統之第二實施例之示意圖；第3A圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之第三實施例之示意圖；第3B圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之反射式FO-LPR之構造圖；第4A圖 係為本發明之本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖整圈剝除之示意圖；第4B圖 係為本發明之本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖部分剝除之示意圖； 第4C圖 係為本發明之本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖部分剝除之剖面圖；第4D圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖末端鍍上一個鏡面之感測探針示意圖；第4E圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖末端修飾貴金屬奈米粒子層之感測探針示意圖；第4F圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖末端核心鏤空填入多孔性材料並修飾貴金屬奈米粒子之感測探針示意圖；第4G圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測裝置之光纖末端修飾貴金屬奈米粒子層之感測探針示意圖；第5圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測系統之第四實施例之示意圖；第6圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測系統結合透析技術對折射率變化的感測之訊號時間關係圖；第7A圖 係為本發明之含干擾源PS球的水溶液樣品經過濾薄層成澄清水溶液之示意圖；第7B圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測系統於干擾源環境下PS水溶液與其濾液的訊號反應進行感測；第7C圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振系統對不同折射率但含干擾源PS球的水溶液樣品進行感測之訊號時間關係圖；第8A圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測系統於干擾源環 境下針對生化分子進行感測之訊號時間關係圖；第8B圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測系統於干擾源環境下針對生化分子進行感測之取各個平衡時的對訊號對濃度對數進行數據分析的結果關係圖；以及第9圖 係為本發明之光纖式定域電漿共振感測系統對鏈黴素與反維生素H的篩選與感測能力之訊號時間關係圖。
1‧‧‧光纖式定域電漿共振感測裝置
2‧‧‧光纖
4‧‧‧過濾薄層
5‧‧‧導管
6‧‧‧表面開洞剛性材料
9‧‧‧光源
10‧‧‧偵測單元

Claims (43)

  1. 一種光纖式定域電漿共振感測裝置，係包含：一光纖；一貴金屬奈米粒子層，係固定於該光纖上；以及一過濾薄層，係為一多孔洞材料，且包覆該光纖；其中，該多孔洞材料的孔徑或性質係依照一待測物質之特性去做選擇並同時隔離一干擾源，且該過濾薄層與該光纖之間更包含一表面開洞剛性材料，以提供一物理支撐並引導該待測物質至特定感測區域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該光纖係為一光纖式定域電漿共振(Fiber-Optic Localized Plasmon Resonance)之光纖。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該光纖具有一剝殼區域，而該剝殼區域係為一感測區域。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該光纖係選用一整圈剝除外殼(cladding)的光纖或選用一部分剝除外殼的光纖。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該部分剝除外殼的光纖係為一D型光纖(D-fiber)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該貴金屬奈米粒子層與入射光作用後會產生螢光或拉曼散射光。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該貴金屬奈米粒子層係由金奈米粒子或銀奈米粒子所組成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該過濾薄層之孔徑大小係介於0.2至20微米(μm)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該過濾薄層之孔徑密度係介於4×104 cm-2至20×104 cm-2。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該過濾薄層之厚度係介於50至100微米(μm)。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該過濾薄層之截流分子量(MWCO，molecular weight cut off)係小於或等於500KDa。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該過濾薄層之材料係為聚碸(PS，polysulfone)、纖維素脂(CE，Cellulose Ester)、再生纖維素(RC,Regenerated Cellulose)、聚醚風(PES，polyethersylfone)以及聚芳香醚碸(PAES，polyarylethersulphone)之其一或其組合。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該表面開洞剛性材料之開洞形狀係為一圓形孔洞形狀或一細長縫隙形狀。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中更包含至少一導管，係置於該過濾薄層內，該至少一導管用以導入或流出該待測物質。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該至少一導管係將該待測物質抽入或抽離該過濾薄層。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該過濾薄層將該待測物質進行篩選與純化。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該干擾源係為一血球、一細胞碎屑、免疫細胞、灰塵、纖維質、細菌、一局部蛋白質、一大分子、一具有沾黏性質或大顆粒之雜質。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該光纖之末端係鍍上一鏡面(mirror coating)，用以反射光訊號。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該貴金屬奈米粒子層係固定在該光纖末端，用以散射或反射光訊號。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式定域電漿共振感測裝置，其中該光纖利用蝕刻方式將該光纖末端之核心(core)鏤空以形成一鏤空部分，該鏤空部分係包含一多孔性材料(porous material)，並將該貴金屬粒子固定於該多孔性材料上。
  21. 一種光纖式定域電漿共振感測系統，係包含：一光纖式定域電漿共振感測裝置，係包含：一光纖； 一貴金屬奈米粒子層，係固定於該光纖上；以及一過濾薄層，係為一多孔洞材料，且包覆該光纖；一光源，係提供一光束入射該光纖式定域電漿共振感測裝置；以及一偵測單元，係接收該光纖式定域電漿共振感測裝置之出射光以產生一偵測訊號；其中，該多孔洞材料的孔徑或性質係依照一待測物質之特性去做選擇並同時隔離一干擾源，且該過濾薄層與該光纖之間更包含一表面開洞剛性材料，以提供一物理支撐並引導該待測物質至特定感測區域。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該光纖係為一光纖式定域電漿共振(Fiber-Optic Localized Plasmon Resonance)之光纖。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該光纖具有一剝殼區域，而該剝殼區域係為一感測區域。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該光纖係選用一整圈剝除外殼(cladding)的光纖或選用一部分剝除外殼的光纖。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該部分剝除外殼的光纖係為一D型光纖(D-fiber)。
  26. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該貴金屬奈米粒子層與入射光作用後會產生螢光或 拉曼散射光。
  27. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該貴金屬奈米粒子層係由金奈米粒子或銀奈米粒子所組成。
  28. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該過濾薄層之孔徑大小係介於0.2至20微米(μm)。
  29. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該過濾薄層之孔徑密度係介於4×104cm-2至20×104cm-2。
  30. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該過濾薄層之厚度係介於50至100微米(μm)。
  31. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該過濾薄層之截流分子量(MWCO，molecular weight cut off)係小於或等於500KDa。
  32. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該過濾薄層之材料係為聚碸(PS，polysulfone)、纖維素脂(CE，Cellulose Ester)、再生纖維素(RC，Regenerated Cellulose)、聚醚風(PES，polyethersylfone)以及聚芳香醚碸(PAES，polyarylethersulphone)之其一或其組合。
  33. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，該表面開洞剛性材料之開洞形狀係為一圓形孔洞形狀或一細長縫隙形狀。
  34. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系 統，其中更包含至少一導管，係置於該過濾薄層內，該至少一導管用以導入或流出該待測物質。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該至少一導管係將該待測物質抽入或抽離該過濾薄層。
  36. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該過濾薄層將該待測物質進行篩選與純化。
  37. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該干擾源係為一血球、一細胞碎屑、免疫細胞、灰塵、纖維質、細菌、一局部蛋白質、一大分子、一具有沾黏性質或大顆粒之雜質。
  38. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該光纖之末端係鍍上一鏡面(mirror coating)，用以反射光訊號。
  39. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該貴金屬奈米粒子層係固定在該光纖末端，用以散射或反射光訊號。
  40. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該光纖利用蝕刻方式將該光纖末端之核心(core)鏤空以形成一鏤空部分，該鏤空部分係包含一多孔性材料(porous material)，並將該貴金屬粒子固定於該多孔性材料上。
  41. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該光源係為一雷射光束或一發光二極體(LED)。
  42. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中該偵測單元係為一光電二極體(Photodiode)。
  43. 如申請專利範圍第21項所述之光纖式定域電漿共振感測系統，其中更包含至少一導管和一幫浦(pump)，該幫浦係藉由該至少一導管將該待測物質抽入或抽離該過濾薄層。
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