[发明专利]表面等离子体共振光纤感测元件以及使用其的感测装置

说明书

技术领域

本发明涉及表面等离子体共振光纤感测元件、以及使用其的表面等离子体共振感测装置，尤指一种表面具有多层堆叠金属层的表面等离子体共振光纤感测元件、以及使用其的表面等离子体共振感测装置。

背景技术

对于医疗检测或环境检测的应用而言，迅速且精确地检测出生物分子的种类及浓度是非常重要的。尤其在环境毒害的场合中，处理人员必须先检测出灾害现场的有害物质的种类及浓度，他们才能依据检测结果决定后续相关的处理程序，以减低处理的风险。所以，分析仪器的精确度、灵敏度、操作流程的简易度及可携带性均非常重要。

目前，业界已使用一种表面等离子体共振感测仪检测微量的生物分子的种类及浓度，其是利用表面等离子体共振效应(Surface Plasmon Resonance Effect)原理进行检测。此种表面等离子体共振效应感测仪具有：(1)检测所需时间短；(2)不需事先对待测物进行标记(lable-free)；(3)所需样本量少；(4)可在线实时检测待测物与其配位体(ligand)间的交互作用；及(5)检测灵敏度高等优点。

现有表面等离子体共振感测仪通常包含激光光源、入射光处理单元、棱镜、金属层、光检测器、待测物承载单元及光谱仪，其中，金属层位于棱镜的背面。当进行检测时，激光光源产生的光线先通过入射光处理单元后，由棱镜的一侧入射，而后光被金属层反射，而自棱镜另一侧射出，再进入光检测器，光检测器将其所接收的光信号对应转换为电信号并将其提供给光谱仪以分析光谱的变化。

但是，此种表面等离子体共振感测仪的体积庞大，且其各元件之间的相对位置必须精确地维持，否则从其入射光处理单元所出射的光便无法正确地被位于其棱镜背面的金属层反射，便无法顺利到达其光检测器，且于棱镜上溅射的金属膜层大多为金或银膜，容易限制表面等离子体共振响应范围，且除金以外的材料所构成的金属膜层，化学稳定性不佳，在测量灵敏度上易受到待测物质的影响。此外，上述结构为增加灵敏度，常常需要进行表面改质，造成制作流程繁杂不简便。

因此，业界亟需一种灵敏度高、适用性广且制作方便的表面等离子体共振光纤感测元件及表面等离子体共振感测装置，以加速相关检测。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种表面等离子体共振光纤感测元件，其中通过于感测区域上堆叠两层以上的不同金属材料，结合不同金属材料对于表面等离子体共振的光谱反应，增加表面等离子体共振测量范围，进而提升灵敏度及化学稳定性。

本发明的另一目的是提供一种使用本发明表面等离子体共振光纤感测元件的表面等离子体共振感测装置，以便能增加可检测物的种类，同时拓展可检测环境。

为达成上述目的，本发明的一态样提供一种表面等离子体共振光纤感测元件，包括：一光纤基材，其具有一感测区；一第一金属层，其设置于该光纤基材的该感测区上；以及一第二金属层，其是一金层且设置于该第一金属层上。

本发明的另一态样提供一种表面等离子体共振感测装置，包括：一光源单元，用以提供一光源；一表面等离子体共振光纤感测元件，其包括：一光纤基材，其具有一感测区；一第一金属层，其设置于该光纤基材的该感测区上；以及一第二金属层，其是一金层且设置于该第一金属层上，其中该光源并通过该表面等离子体共振光纤感测元件而产生一光信号；一光传感器，用以感测通过该表面等离子体共振光纤感测元件的该光信号并对应转换为一电信号；多条光纤，分别连接该光源单元、该光纤感测单元及该光传感器；以及一连接该光传感器的运算显示单元，该运算显示单元接受来自该光传感器的该电信号并显示运算所得的结果。

于本发明上述表面等离子体共振光纤感测元件中，该第一金属层所使用的材料，可选自由银、铝、铜及其合金所组群组的其中之一，其中较佳者为铝。此外，该第二金属层的厚度可介于1nm至10nm的范围，较佳介于3nm至7nm的范围；该第一金属层的厚度可介于20nm至100nm的范围，较佳介于30nm至50nm的范围。另外，该光纤基材可为一侧抛型光纤基材，该侧抛型光纤基材的制作方式如下：首先，提供一光纤基材，该光纤基材具有一核心层及一包覆该核心层的披覆层，而后对该光纤基材经侧边研磨工艺形成一凹槽且该凹槽暴露该核心层后，即可得该侧抛型光纤基材。

于本发明上述表面等离子体共振感测装置中，该光源单元可为激光二极管，该光传感器可为光二极管传感器，此外该些光纤可为多模光纤或单模光纤。