TW201323852A - Ｌｅｄ結合光纖之生技檢測裝置 - Google Patents

Abstract

一種光纖式生技檢測裝置主要包含：一光源；一第一光纖，其係連接於上述光源；一稜鏡，具有第一表面及第二表面，分別塗佈一抗反射層及一高反射層；一第二光纖，其係連接於上述稜鏡之上述第二表面，上述第二光纖之末端可塗抹檢體，並摻雜螢光劑以釋放長波長光，或利用一反射鏡將光波回傳至稜鏡；一第三光纖，其係連接於上述稜鏡之上述第二表面；一感測器，其係連接於第三光纖，以感測長波長光或反射鏡所反射之光的訊號，此訊號會受到檢體濃度之影響而改變，故可據此偵測檢體濃度及特性。

Description

LED結合光纖之生技檢測裝置

本發明係關於一種生技檢測裝置，特別係關於一種由發光二極體結合光纖之生技檢測裝置。

在一般的醫院或診所內，若進行X光片的拍照及觀察時，通常可在拍照後馬上將結果傳至醫生的電腦中，以進行診斷。然而，倘若要對病患的檢體進行分析檢測，例如抽血、取尿以檢驗A或B型肝炎、膽固醇、三酸甘油酯…等等，則必須要將檢體移送至化驗所或檢驗所以進行化驗，常常需花費數天，甚至數週才能得到檢驗結果。這樣的動作不僅浪費醫院的資源，更可能拖延對病患診斷、開藥的黃金時間。

有鑑於此，近年來遂發展出各式各樣的生物感測器，主要都是利用分析物的折射率改變或金屬薄膜表面上吸附物質或鍵結，以造成共振角度的偏移或者是入射光共振波長的改變。這些儀器皆係使用表面電漿共振(surface plasmon resonance,SPR)原理來設計感測器，目前常用來激發表面電漿波之結構主要包含稜鏡式表面電漿共振、光柵式表面電漿共振及光波導式表面電漿共振等技術。

光纖式表面電漿共振技術之主要目的係把感測器微小化，以達到微型化、輕量化的優點，並且可提供良好的導光性質特性。早期的光纖式感測器係利用多模光纖或塑膠光纖將纖殼(cladding)部分除去10mm，再鍍上一層銀膜，利用白光作為入射光源將銀膜激發出表面電漿共振，其可用於對不同折射率的蔗糖進行感測，以得到呈現線性關係的感測結果。然而，這類光纖式感測器雖具備體積小、重量輕等優點，其功能卻過於簡單。故，後來更發展出一種反射式光纖感測器，其係利用金奈米粒子以自我組裝方式鍵結於光纖表面上，以提供多功能的感測效果，並提升濃度偵測的效能及準確性。

然而，這種反射式的光纖感測器必須針對光纖部分進行繁複的處理，例如：在光纖末端鍍上金奈米粒子層，並在金奈米粒子層上形成配體層，以放置檢體。因此，這些光纖的額外處理將造成製造的困難，進而增加成本的負擔。

由上述可知，在現有的生技感測裝置中，仍存在著部分缺點及困難，以待克服。

有鑑於此，本發明特別提供一種光纖式生技檢測裝置，其係利用發光二極體結合多模光纖或塑膠光纖來進行檢測。

本發明之主要目的係用以幫助醫院或診所快速得到檢體的檢測結果，以利節省醫院的資源，並即時對病人進行診斷及治療。

本發明之另一目的在於免除習知光纖感測器所需的繁複處理程序，以利於製造，並降低成本的負擔。

為了達到上述目的，於本發明之一觀點中，揭露一種光纖式生技檢測裝置，其包含：一光源；一第一光纖，其係連接於上述光源；一稜鏡，其包含一第一表面及一第二表面，上述第一表面係連接於上述第一光纖，並塗佈一第一抗反射層，以供短波長光通過；一第二光纖，其係連接於上述稜鏡之上述第二表面，上述第二光纖之末端塗抹一檢體及一螢光劑，其中上述螢光劑受到上述短波長光激發後會釋放長波長光，而部分之上述長波長光會沿著上述第二光纖傳送至上述稜鏡之上述第二表面，而上述第二表面塗佈一第一高反射層，以反射部分之上述長波長光；一第三光纖，其係連接於上述稜鏡之上述第二表面，以傳送部分之上述長波長光；一感測器，其係連接於上述第三光纖，以感測部分上述長波長光之訊號。

於本發明之另一觀點中，又揭露另一種光纖式生技檢測裝置，其包含：一光源；一第一光纖，其係連接於上述光源；一稜鏡，其包含一第一表面及一第二表面，上述第一表面係連接於上述第一光纖，並塗佈一第二抗反射層，以供任意波長光通過；一第二光纖，其係連接於上述稜鏡之上述第二表面，上述第二光纖之末端塗抹一檢體；一反射鏡，其係緊鄰於上述第二光纖之上述末端；一第三光纖，其係連接於上述稜鏡之上述第二表面，且上述第二表面塗佈一第二高反射層，以反射上述任意波長光至上述第三光纖；一感測器，其係連接於上述第三光纖，以感測上述任意波長光之訊號。

於本發明之再一觀點中，更揭露另一種光纖式生技檢測裝置，其包含：一光源；一光纖，其係連接於上述光源，上述光纖末端塗佈一檢體；一感測器，其係連接於上述光纖，以感測光之訊號。本光纖式生技檢測裝置可根據各種檢體得到訊號的改變，進而換算出檢體的濃度及特性等等。

藉由上述技術手段，本發明可根據各種檢體得到訊號的改變，進而換算出檢體的濃度及特性等等。針對不同的檢測項目，可利用不同波長的光去進行檢測。本發明無須對光纖進行額外的特殊處理，即可達到檢測的效果，故可克服習知技術存在的種種缺點。此外，本發明之光源係採用發光二極體，並可選擇性地放置球透鏡於發光二極體前，以增加光線照射之效率，相較於傳統生技檢測裝置所使用之雷射光源，本發明更可降低電力所需的成本。

以上所述係用以闡明本發明之目的、達成此目的之技術手段、以及其產生的優點等等。而本發明可從以下較佳實施例之敘述並伴隨後附圖式及申請專利範圍使讀者得以清楚了解。

本發明將以下述較佳實施例及觀點加以敘述，此類敘述係解釋本發明之方法，僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之較佳實施例以外，本發明亦可廣泛實行於其他實施例中。

請參閱第一圖所示，本圖係顯示本發明光纖式生技檢測裝置之一實施例。此光纖式生技檢測裝置主要包含：一光源101、第一光纖102、稜鏡103、第二光纖104、第三光纖105、及感測器106。於本實施例中，光源101較佳為一發光二極體(LED)，以利於降低電力耗損，第一光纖102係連接於光源101。較佳而言，在光源101及第一光纖102之間更可設置一球透鏡107，以增加光源101將光線照射進入第一光纖102之效率。

稜鏡103係連接於第一光纖102，其係用以控制光波之傳送方向，具體而言，稜鏡103面對第一光纖102之表面(以下稱之為第一表面)可塗佈對於短波長光之第一抗反射層，俾利短波長光可不受稜鏡103影響，順利傳送至第二光纖104。第二光纖104係連接於稜鏡103之另一表面(以下稱之為第二表面)，穿過稜鏡103後之短波長光可透過第二光纖來進行傳送。第二光纖104之末端104a可塗佈檢體，例如蛋白質、血液、唾液、或尿液等等，並將檢體與螢光劑互相混合。

當短波長光被檢體吸收後，由於螢光劑受到激發後會回到穩態的能階，故會釋放出長波長光。一般而言，釋放出來的長波長光會以輻射的方式四面八方傳播，但由於此螢光劑係塗抹於第二光纖104之末端104a上，基於光纖僅能往前或往後傳輸的特性，因此，約略50%的長波長光會沿著第二光纖104回傳至稜鏡103。稜鏡103之第二表面係塗佈對於長波長光之第一高反射層，以利將長波長光反射至第三光纖105。此第三光纖105係連接於稜鏡103之第二表面，並與第二表面、及第二光纖104呈一特定夾角，以利第二表面之第一高反射層將長波長光反射至第三光纖105。感測器106係連接於第三光纖105，以接收其傳送來的長波長光，並偵測此訊號之變化，進而得到檢體的濃度或其他特性。

於本實施例中，第一光纖102、第二光纖104、及第三光纖105係用一種特殊的多模光纖或塑膠光纖，其無須經過繁複的處理，即可有效回傳可反映檢體濃度之光波，具體而言，目前此類商品化光纖之規格較佳為核心直徑(core)：300微米(μm)、纖殼(cladding)厚度：330微米、塗佈(coating)厚度：370微米，但不限於在光波長為250奈米(nm)下之衰減值為400dB/km。

請參閱第二圖所示，本圖係顯示本發明光纖式生技檢測裝置之另一實施例。如圖所示，本實施例之裝置係類似於第一圖之設計，亦包含光源101、第一光纖102、稜鏡103、第二光纖104、第三光纖105及感測器106。不同處在於，本實施例更設置一反射鏡201於第二光纖104的末端後方，以反射光波，而非利用上一實施例所採取的螢光劑來激發出長波長光。本實施例之運作方式可如下所述。首先，利用光源101透過第一光纖102傳送光波至稜鏡103，其中，由於本實施例並無在第二光纖104之末端104a塗抹螢光劑，故稜鏡103可塗抹讓任何波長光通過之第二抗反射層，而無須僅過濾出短波長光。光通過稜鏡103後，可藉由第二光纖104傳送至其末端104a，此光纖之末端可塗抹上檢體，故，部分的光在通過檢體時會被吸收，而此檢體的濃度將影響光被吸收的程度。殘餘的光則會繼續傳播至後方的反射鏡201，並由其反射回去。另外，稜鏡103之第二表面則係鍍上可反射任意波長光之高反射層，以利反射光波至第三光纖105，再由其將光波傳送至末端的感測器106，以進行檢測，進而根據訊號的變化以得到檢體的濃度。上述第一光纖102、第二光纖104及第三光纖105較佳實施例為但不限於多模光纖或塑膠光纖，其規格可為目前此類商品化光纖之核心直徑(core)：300微米(μm)、纖殼(cladding)厚度：330微米、塗佈(coating)厚度：370微米，且在光波長為250奈米(nm)下之衰減值為400dB/km。

請參閱第三圖所示，本圖係顯示本發明光纖式生技檢測裝置之又一實施例。如圖所示，本裝置主要包含：一光源304，其用以發出一光線；一光纖301，其一前端連接該光源304，該光纖301之一末端係用以塗抹一檢體，其中從該光源304發出之該光線通過該光纖301而到達該末端上的該檢體；及一感測器303，其位於該光纖301的該末端之外，以感測穿過該檢體之該光線的一訊號，以根據該訊號的改變，進而換算出該檢體的濃度及特性等等。

其中，光源304較佳為發光二極體，而球透鏡302係設置於光源304及光纖301之間，以利增加發光二極體將光線照射進入光纖301的耦合效率。其中，光纖301較佳為一多模光纖或塑膠光纖。於本實施例中，使用者可直接將檢體塗抹於光纖301末端301a，當光沿著光纖301傳送至感測器303時，會基於檢體的濃度而被影響，感測器303則可根據光的訊號變化進一步得知檢體的濃度或特性。本實施例所提出的架構無須對光纖進行繁複的處理，亦無須增加任何稜鏡或分光器，即可進行生物檢體的檢測，結構更簡單、輕巧，故可進一步節省製造成本。

以上第一圖、第二圖、和第三圖之檢測模組形狀並不限於矩形，也可以是橢圓形或其他特殊形狀。

請參閱第四圖，本圖係顯示第三圖所述實施例之實驗結果，本實驗係以蛋白質做為檢體，其中，橫軸係表示蛋白質濃度，單位為mg/ml，縱軸係表示偵測到的阻抗，單位為kilo-ohm。本圖主要係採用白、紅、藍三種不同顏色之發光二極體來做測試，其中，紅色發光二極體之偵測結果為曲線401，白色發光二極體之偵測結果為曲線402，藍色發光二極體之偵測結果為曲線403。如圖所示，蛋白質濃度與阻抗大小大約成正比，故本發明可準確地根據測量到的阻抗值與發光二極體波長之響應關係來推算檢體之濃度高低，從而達到生技檢測的功效。

上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。

101．．．光源

102．．．第一光纖

103．．．稜鏡

104．．．第二光纖

104a．．．第二光纖之末端

105．．．第三光纖

106．．．感測器

107．．．球透鏡

201．．．反射鏡

301．．．光纖

301a．．．光纖之末端

302．．．球透鏡

303．．．感測器

304．．．光源

第一圖係顯示本發明之一實施例之立體圖；

第二圖係顯示本發明之另一實施例之立體圖；

第三圖係顯示本發明之又一實施例之俯視圖；

第四圖係顯示本發明實施例之實驗結果。

101．．．光源

102．．．第一光纖

103．．．稜鏡

104．．．第二光纖

104a．．．第二光纖之末端

105．．．第三光纖

106．．．感測器

107．．．球透鏡

Claims (12)

1. 一種光纖式生技檢測裝置，其包含：一光源；一第一光纖，其係連接於該光源；一稜鏡，其包含一第一表面及一第二表面，該第一表面係連接於該第一光纖，並塗佈一第一抗反射層，以供短波長光通過；一第二光纖，其係連接於該稜鏡之該第二表面，該第二光纖之末端塗抹一檢體及一螢光劑，其中該螢光劑受到該短波長光激發後會釋放長波長光，而部分之該長波長光會沿著該第二光纖傳送至該稜鏡之該第二表面，而該第二表面塗佈一第一高反射層，以反射部分之該長波長光；一第三光纖，其係連接於該稜鏡之該第二表面，以傳送部分之該長波長光；一感測器，其係連接於該第三光纖，以感測部分該長波長光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式生技檢測裝置，其中該光源為一發光二極體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光纖式生技檢測裝置，更包含一球透鏡設置於該發光二極體及該第一光纖之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光纖式生技檢測裝置，其中該第一光纖、第二光纖及第三光纖為多模光纖或塑膠光纖。
5. 一種光纖式生技檢測裝置，其包含：一光源；一第一光纖，其係連接於該光源；一稜鏡，其包含一第一表面及一第二表面，該第一表面係連接於該第一光纖，並塗佈一第二抗反射層，以供任意波長光通過；一第二光纖，其係連接於該稜鏡之該第二表面，該第二光纖之末端塗抹一檢體；一反射鏡，其係緊鄰於該第二光纖之該末端；一第三光纖，其係連接於該稜鏡之該第二表面，且該第二表面塗佈一第二高反射層，以反射該任意波長光至該第三光纖；一感測器，其係連接於該第三光纖，以感測該任意波長光之訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光纖式生技檢測裝置，其中該光源為一發光二極體。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光纖式生技檢測裝置，更包含一球透鏡設置於該發光二極體及該第一光纖之間。
8. 如申請專利範圍第5項所述之光纖式生技檢測裝置，其中該第一光纖、第二光纖及第三光纖為多模光纖或塑膠光纖。
9. 一種光纖式生技檢測裝置，其包含：一光源，其用以提供一光線；一光纖，其一前端連接該光源，該光纖之一末端係用以塗抹一檢體，其中從該光源發出之該光線通過該光纖而到達該末端上的該檢體；一感測器，其位於該光纖的該末端之外，以感測穿過該檢體之該光線的一訊號，以根據該訊號的改變，進而換算出該檢體的濃度及特性等等。
10. 如申請專利範圍第9所述之光纖式生技檢測裝置，其中該光源為一發光二極體。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光纖式生技檢測裝置，更包含一球透鏡設置於該發光二極體及該光纖之間。
12. 如申請專利範圍第9項所述之光纖式生技檢測裝置，其中該光纖為多模光纖或塑膠光纖。