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Subject: search.filters.subject.Surface plasmon resonance

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    石墨烯氧化物薄膜於表面電漿子共振生物感測器之研發
    (2013) 黃騰毅; Teng-Yi Huang
    表面電漿子共振(Surface plasmon resonance, SPR)生物感測器為利用金膜表面與生物分子交互作用所造成的微量折射率變化，進而達到免標記且高靈敏度之檢測技術，為目前光學式生物感測技術中的重要方法之一。 本論文將石墨烯氧化物(Graphene oxide, GO)鍵結於黃金薄膜上，所得到的薄膜稱為石墨烯氧化物薄膜，並透過表面電漿子共振生物感測技術，將此薄膜應用於生物感測上。石墨烯氧化物薄膜的製作首先將胱胺二鹽酸(Cystamine, Cys)作為連接劑，並透過分子自組裝單層膜(Self-assembled monolayer, SAM)技術，將胱胺鍵結於金膜上，形成胱胺薄膜。接著將石墨烯氧化物以共價鍵結的方式固定於胱胺薄膜表面，形成石墨烯氧化物薄膜(GO sheets)。論文中利用本實驗室之SPR量測系統並透過牛血清白蛋白與肺結核桿菌等生物分子進行檢測，並比較石墨烯氧化物薄膜與傳統金膜之靈敏度、檢測極限以及動力學分析之差異。 本論文發展之石墨烯氧化物薄膜表面電漿子共振生物感測器，與傳統金膜比較後，石墨烯氧化物薄膜之靈敏度約可提升12倍，檢測極限與動力學分析後之結果亦皆優於傳統金膜。最重要的是，石墨烯氧化物薄膜可直接透過官能基與生物分子鍵結，不必再透過抗原抗體的交互作用來執行，因此可有效地降低檢測成本。未來本系統除了可供醫學與疾病檢測外，亦可應用於製藥工業、環境檢測、農業科技等領域之分析應用，以造福人群。
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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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    超高靈敏度的羧基改性氧化石墨烯之生醫感測於表面電漿子共振晶片之研發
    (2017) 范仕遠; Fan, Shi-Yuan
    本論文使用以羧基改性氧化石墨烯為基材的表面電漿子共振感測晶片檢測牛血清蛋白以及糖類抗原19-9。首先使用牛血清蛋白比較羧基改性氧化石墨烯生醫晶片、氧化石墨烯生醫晶片、傳統生醫晶片的靈敏度。再由靈敏度最高的羧基改性氧化石墨烯生醫晶片檢測糖類抗原19-9。 本論文也探討羧基改性氧化石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯三種材料的導電性和單位折射率角位移靈敏度(S_RI)以及生物分子的吸附效率(E)比較。羧基改性氧化石墨烯擁有比氧化石墨烯更高的導電性，因為羧基能增加碳鏈的可饒性，且讓電荷載體更容易地沿著碳鏈移動。而導電性的提昇能增加表面電漿子極化的傳播常數，其與S_RI是正比的關係。表面電漿子共振系統被用來驗證羧基改性氧化石墨烯的S_RI度比氧化石墨烯更高。多功能電漿量測系統用來觀察羧基改性氧化石墨烯在640 mn-700 nm波長內表面電漿子共振角的特性。而穿透光譜系統以及掃描式電子顯微鏡則是被用來觀察羧基改性氧化石墨烯鍵結在晶片的特性。 在實驗中證明了以羧基改性氧化石墨烯為基材的表面電漿子共振生物晶片於檢測牛血清蛋白時擁有超高的靈敏度和超低的檢測極限。0.275 mg/ml的羧基改性氧化石墨烯生醫晶片靈敏度比2 mg/ml的氧化石墨烯生醫晶片提升了2.1倍。除此之外，羧基改性氧化石墨烯生醫晶片在檢測牛血清蛋白抗體時最低檢測極可達10 fg/ml，明顯優於傳統生醫晶片。最後使用羧基改性氧化石墨烯進行糖類抗原19-9免疫反應的檢測。文獻指出有79%的胰腺癌病患體內糖類抗原19-9的含量在37 unit/ml以上。實驗結果發現以羧基改性氧化石墨烯為基材的表面電漿子共振生物晶片最低的抗原檢測極限可達10 unit/ml。 基於本論文的實驗結果，以羧基改性氧化石墨烯為基材的表面電漿子共振生物晶片未來可以被使用在臨床診斷，廣泛應用於製藥行業、農業與環境檢測，大幅改善國人的健康品質。