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光纖共振腔生物感測器簡介

       舉凡疾病篩檢、新藥開發、藥物釋放、食品檢測、環境污染監控及醫學領域等,能夠發展一種操作簡單、快速反應且準確分析的自動化操控檢測平台,同時也需具備定量化的基本要求,一直是學界努力目標。近年來隨著雷射工程與光電技術的蓬勃發展,結合光學技術的生物感測器已被發展出來,並且廣泛應用於軍事(光纖陀螺儀、潛水微音器)、醫療(內視鏡、血壓血流流速感測器)以及各項工業檢測上(酸鹼度感測器、氣體濃度感測器、溫度與壓力感測器)。此類光學生物感測器皆具有高靈敏度、快速反應、體積小、質量輕、抗化學腐蝕、不受電磁輻射干擾以及具有遠端檢測(remote sensing)等優點。

本實驗室所發展之光纖漸逝波生物感測器乃是一種結合光電技術與醫學檢驗技術之光學生物感測器。我們利用雷射光源作為光學生物感測器之激發光源,並藉由三明治免疫分析法,量測漸逝波場內與抗原分子相結合之抗體螢光複合物,再透過光電倍增管將激發出的螢光訊號轉換成電訊號擷取出來,最後我們自行撰寫LabView控制程式作為後端操控平台。

我們研究開發光纖漸逝波生物感測器結合光學反射鏡的新式架構。當入射光源藉由前端反射鏡小孔耦合進入光纖時,光線於兩反射鏡間來回反射,以致感測訊號放大。經實驗證明有效放大輸出訊號逾600%。

實驗方法與工具

首先將波長488nm的氬離子藍光雷射(Argon ion laser)導入光學斷續器(optical chopper),並由控制器將光波頻率取樣至1kHz提供作為鎖相放大器(Lock-in Amplifier, LIA)的訊號參考頻率,並導入N.A.0.2510X物鏡中(固定於四軸光纖耦合器上),以便有效將激發光耦合導入光纖中,最後由聚光透鏡收集發散的螢光經530nm高通濾光片(530nm Highpass Filter)濾除激發光與背景光,再以光電倍增管放大螢光訊號。控制端以自行撰寫之操控程式擷取螢光訊號,並存成我們需要的檔案。

由於待測螢光訊號之激發效率正比於入射光源能量,因此為有效利用入射光源能量,以激發更多螢光分子,我們自行設計一光學共振腔式光纖,以有效利用入射光源,增強螢光訊號,提升系統靈敏度。??? 首先將20μm中心有孔反射鏡緊密接合於光纖波導入射端,光纖末端再緊密接合一反射率高達98%之鍍銀反射鏡,如此便形成一以光纖波導為傳導介質之光學共振腔。