TWI402501B - 免疫檢測探針及利用免疫檢測方法 - Google Patents

Description

免疫檢測探針及利用免疫檢測方法

本發明係關於一種免疫檢測探針及使用該免疫探針之檢測方法。

目前針對生物體內之蛋白質或酵素等分子之檢測，主要使用的方法係首先利用微透析探針進行檢體採樣。接著，將由透析液體收集之檢體採樣，以酵素免疫分析法檢測，以決定檢測對象(target)是否存在或檢測對象之量。此方法雖具有高的檢測靈敏度，但是蒐集檢體的過程耗時，使得檢測週期往往需要數小時以上，以致效率不佳。

為解決前述方法效率不佳之問題，許多的生物檢測器被開發，而光纖表面電漿共振生物感測器(fiber optic surface plasmon resonance(SPR)biosensor)為其中之一種受到期待之生物檢測器。然而，光纖表面電漿共振生物感測器須具有長度大於5公釐之檢測區域，而使其無法被進一步微小化，而且若檢測區域上有接合之待測分子，光纖必須被更換。使用時必須經常更換光纖，會造成使用者之不便。

因此，針對前述既有之蛋白質或酵素等分子之檢測技術之缺失，有必要提出一種新的蛋白質或酵素等分子之檢測裝置及方法。

本發明之一目的係提供一種新的免疫檢測探針，其結合感測功能與再生機制，因此可於特定位置(in situ)上進行連續檢測。

根據前述目的，本發明之一種免疫檢測探針包含一針狀結構、一透析膜、一感測裝置、一第一光纖及一對管件。針狀結構被建構以刺入一生物組織內，其中該針狀結構包含一隔室。透析膜被建構以隔離該隔室與該生物組織。感測裝置包含一感測端及複數個接收器。複數個接收器係設置該感測端之端面，以接合目標分子，其中該感測端設置於該隔室內。第一光纖，耦接於該針狀結構，該第一光纖被建構以導入一光線，以照射位於該感測端之該端面附近之光誘發分子，從而改變該感測端之該端面附近之酸鹼度。該管件通連於該隔室，以輸送包含該光誘發分子之液體進入該隔室。

本發明另揭示一種免疫檢測方法，該方法包含下列步驟：將一免疫檢測探針之一針狀結構刺入一生物組織內，其中該免疫檢測探針包含一隔室及一感測裝置，該感測裝置包含一感測端及複數個接收器，該些接收器設置該感測端之端面，以接合目標分子，且該感測端設置於該隔室內；檢測接合該接收器之該目標分子之存在；輸送包含該光誘發分子之該液體進入該隔室；以及利用該光線照射位於該感測端之該端面附近之該光誘發分子，從而改變該感測端之該端面附近之酸鹼度，以解構接合於該接收器之該目標分子。

圖1顯示本發明一實施例之免疫檢測探針1之針狀結構11之示意圖。免疫檢測探針1包含包含一針狀結構11、一透析膜12、一感測裝置13、一光纖14、一透鏡15、以及一對管件16。

針狀結構11包含一隔室(compartment)111及一溝槽112，該針狀結構11被建構以刺入一生物組織內，藉此以進行特定位置(in situ)檢測。隔室111與溝槽112可並列安排，但本發明不以此為限。隔室111可為非封閉之空間，即其可具有開口，以連通外部環境。

透析膜12被提供並被建構以隔離該隔室111與包圍該針狀結構11之生物組織。在本實施例中，透析膜12可包覆該針狀結構11。另，透析膜12可被建構以使待測之蛋白質進入隔室111內，而阻絕一特定程度大小以上之分子，以減低大分子對檢測訊號之干擾。

感測裝置13包含一感測端131，感測端131插置於隔室111內，以檢測擴散入隔室111內之目標分子。光纖14耦接於針狀結構11，其可設置於針狀結構11之溝槽112內。光纖14係被建構以導入光線。透鏡15設置於光纖14所投射出之光線之光路上。在本實施例中，透鏡15係設置於光纖14之端面上，但本發明不以此為限。兩管件16被建構以通連隔室111，兩管件16之一者可輸送液體進入隔室111內，而另一者可將隔室111之液體導流出隔室111。在本實施例中，兩管件16係設置於感測裝置13之感測端131之相對兩側。

圖2顯示本發明一實施例之感測裝置13之感測端131之示意圖。感測裝置13可為光纖光干涉感測器(fiber optic interferometer sensor)。感測裝置13之感測端131可包含一光纖132、一第一反射層133、一中間層134、一第二反射層135以及複數個接收器136。中間層134係作為感測裝置13之共振腔(resonant cabity)，而第一反射層133與第二反射層135係設置於中間層134之相對兩側，其中第一反射層133係設置於光纖132之端面，中間層134設置於第一反射層133上，而第二反射層135設置於中間層134上。接收器136設置於第二反射層135之外側表面上，即感測端131之端面上。在本實施例中，光纖132可為單模態或多模態光纖。第一反射層133與第二反射層135可為厚度是3奈米之金薄膜。中間層134可為一高分子層，其包含聚雙甲基矽氧烷(Poly-dimethylsiloxane；PDMS)，其中該中間層134之長度可為10微米至50微米。詳言之，本按實施例中，光纖132之纖核直徑(core diameter)可為17微米，光纖直徑可為125微米，光纖數值孔徑可為0.16，光纖之工作波長可為1550奈米，而中間層134之長度可為30微米。

此外，接收器136可包含一抗體，例如修飾細胞色素C(human cytochrome C)。特而言之，感測端131之端面可先形成含硫醇基之自排性單分子膜(thiol self assembled monolayer；thiol-SAM)137，並於含硫醇基之自排性單分子膜137被活化後，再固定(immobilized)修飾細胞色素C。完成修飾細胞色素C之固定後，感測端131之端面可浸泡於牛血清蛋白(Bovine serum albumin)138，以阻斷非特異吸附(non-specific binding)。

復參圖1所示，光纖14光耦合於透鏡15，以侷限光纖14投射出之光線之照射範圍。在本實施例中，透鏡15可形成於光纖14之端面。光纖14可為一多模態(multimode)光纖。透鏡15可為浸泡形成(dip-formed)之SU-8透鏡。透鏡15之焦距可為0.5公釐至10公釐，或較佳地可為2.2公釐。光纖14之直徑可為200微米。在一實施例中，利用本實施例之透鏡15可於感測端131之端面形成直徑約為10微米至100微米之光點；或在另一實施例中，透鏡15之直徑約20微米之光點。

再者，針狀結構11可將感測裝置13、光纖14、透鏡15及管件16等整合在一起，以形成免疫檢測探針1。針狀結構11可使感測裝置13之感測端131與管件16朝同一方向上固定，並可使光纖14之光線反射，以將其反轉後朝向感測裝置13之感測端131。在本實施例中，針狀結構11可具一針狀外形。針狀結構11可包含一尖狀部113，尖狀部113可包含兩相對之傾斜面114。兩傾斜面114間之夾角可為90度，但本發明不以此為限。特而言之，針狀結構11可以SU-8形成於矽基板上，針狀結構11之高度可為300微米。完成針狀結構11之製作後，更可利用電子束蒸鍍技術，於兩傾斜面114上形成一金屬層115，例如銀層，以增加傾斜面114之反射效率。

圖3顯示本發明一實施例之免疫檢測探針1之示意圖。參照圖1與圖3所示，感測裝置13另包含及一光源產生器21、一迴旋式分光器(optical circular)22及一光譜儀(optical spectrum analyzer)23，其中光源產生器21、感測端131、迴旋式分光器22和光譜儀23分別耦接至迴旋式分光器22。感測裝置13係利用光干涉原理進行接收器136接合之檢測。參照圖3至圖5所示，光源產生器21產生光線141，經過光纖連接器(fiber camp splice)26後，進入感測端131。第一反射層133與第二反射層135受到光線141照射後，分別產生反射光142和反射光143，反射光142與反射光143經干涉後產生如圖5所示之干涉條紋(interference fringe)51。在接收器136接合目標分子139後，此時反射光143之波長會改變，因而使原干涉條紋51移動△λ。藉由觀察目標分子139接合前後之干涉條紋51之差異，即可偵測接收器136與目標分子139之接合情況。

參照圖4所示，在進行目標分子139檢測時，可將含表面上具有兔子免疫球蛋白抗體之奈米金球140之液體導入隔室111內，具有兔子免疫球蛋白抗體之奈米金球140可與目標分子139接合，藉以放大感測訊號。

圖6顯示本發明一實施例之免疫檢測探針1之再生步驟示意圖。再參照圖1與圖3所示，免疫檢測探針1可另包含一流體注入裝置24及一光源25。流體注入裝置24可耦接兩管件16之一者，藉以提供隔室111液體。光源25可耦接至光纖14。當完成檢測後，利用流體注入裝置24將含有光誘發分子144之液體注入隔室111內。然後，開啟光源25以產生光線251，光線經由光纖14導入針狀結構11內，透鏡15將發散光線251拘限一較窄光照範圍或聚焦該光線251，傾斜面114將光線251反射，使得光線可朝向感測端131之端面。位於光源25產生之光線251之光路上之光誘發分子144會因光照而產生反應，從而使液體之酸鹼度改變。當液體酸鹼度改變後，會使接收器136與目標分子139間之鍵結解構，而讓目標分子139解離，如此接收器136可再度使用，以進行感測。由於光線251被透鏡15所侷限或聚焦，使酸鹼度改變之液體被控制於一較小範圍內，使其不至於擴散出透析膜12外。

在本實施例中，光源25可提供紫外光線。光誘發分子144可包含鄰-硝基苯甲醛，利用波長為380奈米以下之紫外光照射，可使其於數奈秒內釋放出氫離子，以迅速改變液體的酸鹼度。在一實施例中，受紫外線照射20秒後，液體之酸鹼值可降至3.5以下。由於液體酸鹼度之改變，而使以靜電力接合之目標分子139與接收器136分離，其中在一實施例中，光源25照射之時間可為1分鐘至10分鐘，而在另一實施例中，光源25照射之時間可為1分鐘至5分鐘。此外，鄰-硝基苯甲醛(o-nitrobenzaldehyde)可以聚乙二醇所包覆，以形成粒徑為82至84奈米之微粒。此粒徑之微粒可為透析膜12所阻擋，而不至於外逸。

本發明另揭示一種免疫檢測方法，其包含下列步驟：首先，將一免疫檢測探針1之一針狀結構11刺入一生物組織內，其中該免疫檢測探針1包含一隔室111及一感測裝置13，該感測裝置13包含一感測端131及複數個接收器136，該些接收器136設置該感測端131之端面，以接合目標分子139，且該感測端131設置於該隔室111內；接著，利用感測裝置13檢測接合感測端131之接收器136之目標分子之存在；然後，輸送包含光誘發分子144之液體進入隔室111之中；最後，利用光纖14導入光線251，以照射位於感測端131之端面附近之光誘發分子144，從而改變該感測端131之端面附近之酸鹼度，來解構接合於該接收器136之目標分子。前述之方法可另包含將含表面上具有兔子免疫球蛋白抗體之奈米金球140之液體導入隔室111內。

綜上所述，本發明揭露一免疫檢測探針，其包含一針狀結構。輸液管路、感測裝置之感測端、光纖整合於該針狀結構之中。感測端之一表面上可具有接收器，該接收器可檢測蛋白質、酵素、胜肽等。於檢測完畢後，輸液管路可輸送帶有光誘發分子之液體進入針狀結構內，光纖將光線導入針狀結構內，照射感測端之表面，以改變感測端附近之液體酸鹼度，使得接合於接收器之蛋白質、酵素或胜肽解離，讓接收器再生。由於本發明揭露之免疫檢測探針結合感測功能與再生機制，因此可於特定位置(in situ)上進行連續檢測。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

1．．．免疫檢測探針

11．．．針狀結構

12．．．透析膜

13．．．感測裝置

14．．．光纖

15．．．透鏡

16．．．管件

21．．．光源產生器

22．．．迴旋式分光器

23．．．光譜儀

24．．．流體注入裝置

25．．．光源

26．．．光纖連接器

51．．．干涉條紋

111．．．隔室

112．．．溝槽

113．．．尖狀部

114．．．傾斜面

115．．．金屬層

131．．．感測端

132．．．光纖

133．．．第一反射層

134．．．中間層

135．．．第二反射層

136．．．接收器

137．．．含硫醇基之自排性單分子膜

138．．．牛血清蛋白

139．．．目標分子

140．．．奈米金球

141．．．光線

142．．．反射光

143．．．反射光

144．．．光誘發分子

251．．．光線

圖1顯示本發明一實施例之免疫檢測探針之針狀結構之示意圖；

圖2顯示本發明一實施例之感測裝置之感測端之示意圖；

圖3顯示本發明一實施例之免疫檢測探針之示意圖；

圖4顯示本發明一實施例之接收器與目標分子之接合示意圖；

圖5顯示感測裝置產生之檢測干涉條紋之移動示意圖；及

圖6顯示本發明一實施例之免疫檢測探針之再生示意圖。

1．．．免疫檢測探針

11．．．針狀結構

12．．．透析膜

13．．．感測裝置

14．．．光纖

15．．．透鏡

16．．．管件

111．．．隔室

112．．．溝槽

113．．．尖狀部

114．．．傾斜面

115．．．金屬層

131．．．感測端

Claims (24)

1. 一種免疫檢測探針，包含：一針狀結構，被建構以刺入一生物組織內，該針狀結構包含一隔室；一透析膜，被建構以隔離該隔室與該生物組織；一感測裝置，包含一感測端及複數個接收器，該些接收器設置該感測端之端面，以接合目標分子，其中該感測端設置於該隔室內；一第一光纖，耦接於該針狀結構，該第一光纖被建構以導入一光線，以照射位於該感測端之該端面附近之光誘發分子，從而改變該感測端之該端面附近之酸鹼度；以及一對管件，通連於該隔室，以輸送包含該光誘發分子之液體進入該隔室。
2. 根據請求項1所述之免疫檢測探針，其更包含一透鏡，該透鏡被建構以侷限該第一光纖之該光線之照射範圍，其中該透鏡細設置於該第一光纖之該光線之光路上。
3. 根據請求項2所述之免疫檢測探針，其中該針狀結構包含一尖狀部，該尖狀部包含兩相對傾斜面，其中該些傾斜面分別與該感測端之該端面與該第一光纖之端面相對設置，以將該第一光纖之該光線反射至該第一光纖感測裝置之該端面。
4. 根據請求項3所述之免疫檢測探針，其中該透鏡設置於該第一光纖之該端面。
5. 根據請求項4所述之免疫檢測探針，其中該針狀結構包含一溝槽，其中該溝槽與該隔室係並列安排，而該第一光纖 與該透鏡設置於該溝槽。
6. 根據請求項3所述之免疫檢測探針，其中該尖狀部之該兩相對傾斜面之夾角為90度。
7. 根據請求項3所述之免疫檢測探針，其中該針狀結構之該尖狀部更包含兩金屬層，其中該兩金屬層分別設置於該傾斜面上。
8. 根據請求項3所述之免疫檢測探針，其中該金屬層包含銀。
9. 根據請求項1所述之免疫檢測探針，其中該感測裝置之該感測端設置於該兩管件之間。
10. 根據請求項1所述之免疫檢測探針，其中該光線包含紫外光線。
11. 根據請求項1所述之免疫檢測探針，其中該接收器包含一抗體。
12. 根據請求項1所述之免疫檢測探針，其中該光誘發分子包含鄰-硝基苯甲醛。
13. 根據請求項12所述之免疫檢測探針，其中該光誘發分子包含一聚乙二醇，其中該聚乙二醇包覆該鄰-硝基苯甲醛。
14. 根據請求項13所述之免疫檢測探針，其中該光誘發分子之粒徑為82至84奈米。
15. 根據請求項12所述之免疫檢測探針，其中該酸鹼度小於3.5。
16. 根據請求項1所述之免疫檢測探針，其中該光線照射位於該感測端之該端面附近之該光誘發分子之時間為1分鐘至10分鐘。
17. 根據請求項1所述之免疫檢測探針，其中該透鏡將該光線聚焦於該感測端之該端面附近。
18. 根據請求項17所述之免疫檢測探針，其中該透鏡被建構以在感測端之端面上形成直徑為10微米至100微米之光點。
19. 根據請求項17所述之免疫檢測探針，其中該透鏡之焦距為0.5公釐至10公釐。
20. 根據請求項1所述之免疫檢測探針，其中該感測裝置係光纖光干涉感測器。
21. 根據請求項1所述之免疫檢測探針，其中該第一光纖係單模態或多模態光纖。
22. 根據請求項1所述之免疫檢測探針，其中該感測端包含一第二光纖、一第一反射層、一中間層以及一第二反射層，其中該第一反射層與該第二反射層設置於該中間層之相對兩側，而該第一反射層設置於該第二光纖之端面上。
23. 根據請求項22所述之免疫檢測探針，其中該第一反射層與該第二反射層包含金。
24. 根據請求項22所述之免疫檢測探針，其中該中間層包含長度為10微米至50微米之聚雙甲基矽氧烷層。