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Subject: search.filters.subject.生物感測器

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    基於連續譜中準束縛態之窄頻高靈敏度折射率感測器
    (2022) 許怡謙; Hsu, Yi-Chien
    本論文研究在玻璃基板上設計具有非對稱性的週期性奈米結構陣列，激發其連續光譜中的準束縛態，探討樣品在不同的環境折射率下所產生的共振位移特性，成功實現高靈敏度之近紅外波段感測器。此結構由兩個不對稱的非晶矽(Amorphous silicon，a-Si)長方柱所組成，通過改變成對奈米長方柱的旋轉角來破壞結構的平面對稱性，以激發連續光譜中的準束縛態，同時具環形磁偶極矩和電四極矩共振特徵，並在局部環境的折射量測到具有超高靈敏度變化。本文從模擬計算深入探討結構基於不同的旋轉角度，高度與壁直對共振光譜所產生的影響，並探討藉由模擬增加材料損耗k時不同旋轉角度下的頻譜差異，再利用電子束微影製程製作樣品。在靈敏度的測試上，我們分別在樣品上旋塗三種不同折射率的材料，在結構高度為450 nm下，實驗與模擬測得之靈敏度和品質因數達到608 nm/RIU和46與612 nm/RIU和85。本論文研究之連續譜中基於準束縛態的高品質因子生物感測器利用介電材料之奈米結構在穿透光譜中有特徵共振，隨著環境折射率不同而位移，造成穿透光譜中特徵共振位移及環境折射率改變之特性，故可應用於偵測氣體與液體之生物感測，亦或者可以利用radiation continuum中的BIC作為完美濾波器。
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    石墨烯於混合光聲生物感測器和太赫茲電漿波導之應用
    (2021) 許永周; Hsu, Young-Chou
    隨著科技發展進步，人類對電磁頻譜上最後一塊拼圖「太赫茲」越來越受重視，因此太赫茲的元件發展也顯得非常重要，本篇論文結合二維材料石墨烯的費米能階具有調變性的特點，利用有限元素法進行二維的石墨烯表面電漿子的元件設計與應用，並且分成兩個部分進行研究:第一部分石墨烯表面電漿波導設計。由於石墨烯的能帶結構特殊因此又稱為半金屬，能夠產生表面電漿在石墨烯與介電質之間傳遞；又因為石墨烯的邊界條件使橫向電波(Transverse Electric Wave, TE)也能夠產生表面電漿在石墨烯表面，不同於傳統只有在橫向磁波(Transverse Magnetic Wave, TM)才能夠在金屬表面產生表面電漿；並探討其傳遞距離(Propagation Length)與衰減深度(Decay Length)與TM極化表面電漿比較。 第二部分混合光聲生物感測器。由於石墨烯混合電漿生物感測器只能針對樣品的折射率做測量，所以當兩個待測物的折射率相同時會無法分辨兩者待測物，因此結合聲波於感測器上，利用不同待測物所固有的應力係數區分待測物，以達到更有效率的辨識待測物來源。
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    以官能化二硫化鉬增強表面電漿子生醫晶片的靈敏度於新型妊娠相關血漿蛋白(PAPP-A2)在臨床血清的檢測
    (2017) 林庭莉; Lin, Ting-Li
    表面電漿子共振生物感測器具有高靈敏度、免標記和即時檢測的特性，原理是利用光學感測生物分子結合後其相關折射率變化，進而達到分子診斷之效果。本研究提出新型感測材料，以二硫化鉬為基材進行表面改質修飾羧基(-COOH)，以提升生物間的親和力(affinity)，及增強界面的功函數(work function)與電場傳播特性進而提升檢測靈敏度。 本研究使用兩種方式製備官能化二硫化鉬晶片，分別為將草酸(Oxalic)及氯乙酸(MCA)兩種有機酸的羧基(-COOH)修飾至二硫化鉬表面，進行感測材料的優質化比較。其中氯乙酸修飾技術，主要是以氯原子佔據硫空缺，有較高的穩定性及結合率，有別於傳統的方法以硫醇直接吸附於硫空缺。利用XPS、FTIR、TEM、UPS和Zeta potential等方式成功證實羧基修飾至二硫化鉬表面，且於XPS的分析結果顯示，羧基在碳原素的含量佔24.4%，在氧原素中佔28.2%。在生物檢測方面，提出低注入量(20 μL)和低流速(6 μL/min)於牛血清白蛋白免疫法實驗，進行與傳統SPR晶片靈敏度比較，在氯乙酸修飾的官能化二硫化鉬晶片靈敏度提升2.35倍。在PAPP-A2重組蛋白的實驗，迴歸係數達到R2=0.99，而加入干擾物後並不影響靈敏度與線性值。於檢測臨床血清樣本之新型妊娠相關血漿蛋白(PAPP-A2)的實驗，將檢體稀釋至40,000倍(0.05 pg/mL)，仍可檢測到共振角位移量為0.96 mo，且線性迴歸係數可達到R2=0.958。 由此可證明本研究開發的官能化二硫化鉬感測晶片具有高靈敏度及高親和性之優勢，且PAPP-A2擁有高的專一性，有潛力成為未來在妊娠疾病診斷的新型指標蛋白，有望成為唐氏症之篩檢蛋白，可達成快速篩檢及高檢出率之目標。
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    探討逐步調控氧化石墨烯之含氧官能基於電化學表面電漿子共振技術增強免疫感測晶片靈敏度之應用
    (2016) 陳吉助; Chen, Chi-Chu
    本研究利用電化學表面電漿子技術(Electorchemical surface plasmon resonanc, EC-SPR)進行氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)還原。透過SPR即時監測其還原過程，藉由偵測金屬-介電質之間表面折射率的變化與SPR角位移的改變，判斷氧化石墨烯的還原狀況。將電化學還原後的還原氧化石墨烯(Electrochemical Reduce Graphene Oxide, ERGO)進行阻抗分析，觀察其還原後的導電特性。並將此薄膜作為生物蛋白分子檢測薄膜，分析其檢測靈敏性。 本實驗採用兩種不同電化學還原技術進行GO的還原與比較，分別為循環伏安法(cyclic voltammetry, CV)與定電位還原法(Constant voltage)。在不同還原條件的ERGO薄膜，將使用電化學阻抗譜(Electrochemistry Impedance Spectroscopym, EIS)、X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)以及傅立葉轉換紅外光譜(Fourier-Transform Infrared Spectrometer, FTIR)進行分析。 分析的結果顯示，利用電化學表面電漿子技術可以即時監測與逐步控制GO的碳氧比。還原後的ERGO薄膜，其氧官能基比例大幅的下降。使用恆定電位還原120秒之ERGO，其碳氧比由3.97增加至71.46，阻抗值也大比例下降，大幅度提升其導電性。 在生物感測方面，將牛血清蛋白(Bovine Serum Albumin, BSA)修飾於薄膜，並注入不同濃度的Anti-BSA進行阻抗分析，其偵測極限濃度可達到100 pg/ml的高靈敏性。而恆定電位還原法120秒的ERGO薄膜，其Anti-BSA的阻抗響應高於循環伏安法還原100圈的ERGO薄膜約兩倍。