4-1 無電鍍銅-還原劑選擇
圖表 2 還原劑比較表 維他命C Ascorbic acid (AA)
乙二醛 Glyoxal
乙醛酸 Glyoxylic acid 實驗藥品 H2O+CuSO4 H2O+CuSO4+EDTA H2O+CuSO4+EDTA
實驗溫度 50
℃
60℃
48℃
pH 值 --- Unstable
(decrease pH:12 to 9)
Stable
32
4-2 Buffer Solution 選擇
C on ce n tr ation
0.01 M 0.01 M 0.01 M 0.01 MpH
10.36 8.62 7.0 7.3T ime
70 min 70 min 70 min 70 minRe su lt
disappear constant disappear oxideBu ff er S olu tion
BTP (Bis-tris propane) NaHCO3 (Sodium bicarbonate) PBS (Phosphate-buffered saline) MES ( 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid)33
本研究將 NaHCO3作為螢光物質 Streptavidin-IR800 的溶劑，以下各種緩衝溶 液對照上頁表格，將其適合/不適合之處依序解釋說明。
I. BTP 溶液因 pH 值過高，在銅片上反應 70 分鐘後，銅片被緩衝溶液蝕刻掉，
且從圖表 1 不同金屬 緩衝液之間的複合強度[37]中，可以發現銅與 BTP 反應 後會有錯合物產生，因此在本實驗中不適合當螢光物質的緩衝溶液。
II. PBS 和 MES 溶液雖 pH 值為中性，將其兩種溶液與銅片反應 70 分鐘後，發 現滴加PBS 的銅片被緩衝溶液蝕刻掉，由此可以得知 pH 值為 7.0 對於銅片而
言還是太過於酸性；另外滴加MES 的銅片表面有明顯的氧化現象，因此在本
實驗中皆不適合當螢光物質的緩衝溶液。
III. NaHCO3在水溶液中呈弱鹼性，將緩衝溶液滴加在銅片上，銅片表面經70 分鐘後不會有氧化或是蝕刻的情況，因此將NaHCO3作為本實驗螢光物質的緩 衝溶液。
34
4-3 實驗過程 SEM 及 TEM 圖
4-3-1 Au seed top view
圖 4-1 Au seed
35
4-3-2 Au 75 µM nanoparticle top view
圖 4-2 Au 75 µM nanoparticle
36
4-3-3 還原劑選擇
由於乙醛酸及乙二醛兩種還原劑製備的銅片，表面皆為均勻光亮，因此在選擇適
當的銅片前，做了一連串的鑑定及測試。從SEM 開始鑑定，可以看出兩種銅片
顆粒均勻重疊，由斷面也可以看出厚度相近，約100 nm 左右。
圖 4-3 還原劑-乙二醛銅片
37
乙醛酸(Glyoxylic acid)
圖 4-4 還原劑-乙醛酸銅片
38
Particle size (nm)
Au seed 7.974
Au particle (75 µM of AuHCl4)
14.056
Copper nanoparticle (Thermal evaporation)
40.78
Copper nanoparticle (Glyoxal)
56.834
Copper nanoparticle (Glyoxylic acid)
82
39
另外，有利用蒸鍍機製備銅奈米薄膜，但因實驗花費時間多且不具創新力，
因此在後面實驗沒有再使用熱蒸鍍 (Thermal Evaporation)方式的銅薄膜。
圖 4-5 還原法-熱蒸鍍銅片
40
接著，再利用TEM 鑑定顆粒表面氧化的程度，當還原劑為乙二醛時，銅片的氧
化層範圍很大，製備出的銅幾乎都會氧化為氧化銅；當還原劑為乙醛酸時，銅顆 粒表面形成氧化銅之後，範圍不會繼續擴大，氧化層可以作為銅的保護層，使內 部的銅不會繼續氧化。可以得知，利用乙二醛當作還原劑的銅片，氧化層比例較 高，因此在後續的螢光強度增強實驗中，選擇用乙醛酸當作還原劑製備銅奈米薄 膜。
乙二醛 (Glyoxal)
乙醛酸 (Glyoxylic acid)
圖 4-6 TEM-還原劑乙二醛及乙醛酸
41
4-3-4 乙醛酸成長過程
Glyoxylic Acid (Top view & Cross sectional view)
本研究將乙醛酸作為還原劑，利用SEM 記錄其顆粒形貌和銅片厚度，從圖片中
可以看出銅奈米粒子隨著反應時間的增長，顆粒形狀越來越清楚明顯，且厚度也 會隨之增加，經由實驗也發現到，當銅片到達一定厚度(大約 100 nm)時，銅奈米 薄膜會因厚度過厚而隨之剝落，因此本研究在後續的螢光增強實驗中，銅片的厚 度以反應時間5 分鐘(大約 100 nm)為主。
Growth time : 2 min
42
Growth time : 3 min
Growth time : 4 min
Growth time : 5 min
圖 4-7 SEM-乙醛酸銅片生長過程
43
4-3-5 Glyoxylic Acid - Modified by SiO
2No rotation - top view & cross sectional view
Rotation - top view & cross sectional view
圖 4-8 銅片修飾 SiO2
因銅片與空氣接觸後易形成氧化銅，進而影響螢光增強效果，因此利用TEOS 和
APTES 在銅表面修飾二氧化矽，減少銅片與空氣接觸的機會。由 SEM 圖可以看 出，在反應的過程中，若溶液沒有均勻搖晃，銅片在螢光增強的實驗步驟中，會 因二氧化矽顆粒大小不均，進而影響螢光強度，因此在修飾的過程中，會將溶液
搖晃均勻，使修飾在銅片上的二氧化矽顆粒大小較為均勻，由SEM 也可以清楚
的看出，經搖晃後二氧化矽的顆粒均勻度有明顯的改善。
44
4-4 還原劑與螢光強度的關係
經螢光增強測試後，由下表可以看出由乙醛酸還原劑製備的銅片，增強倍率最高 約為60 倍左右，與乙二醛(不到 10 倍)相比，增強倍率相差甚多。
圖 4-9 不同還原劑比較螢光強度
45
4-5 Streptavidin-IR800 反應時間與螢光強度的關係
經下表的實驗結果得知，當螢光染劑Streptavidin-IR800 與銅片反應時間越久時，
螢光強度會隨之下降。在實驗中發現，修飾在銅片上的二氧化矽厚度若是過大，
螢光分子和銅奈米粒子會因間距太大無法相互作用，而使螢光強度下降，因此二 氧化矽在銅片上的厚度，介於銅片不易氧化且螢光分子和銅奈米粒子間距不會過 大的中間值，所以當銅片與螢光染劑反應時間過久時，銅片會有少許部分被氧化，
而使螢光強度下降，最後確定染劑分子與銅片最佳反應時間為30 分鐘。
圖 4-10 比較染劑與銅片反應時間-螢光強度測試
46
4-6 UV 圖
4-6-1 Glyoxylic acid
400 500 600 700 800 900 1000
0.2
4-6-2 Glyoxal
300 400 500 600 700 800 900 1000
0.4
47
4-7 XPS 圖譜
4-7-1 S-的 XPS
(A)
160 162 164 166 168
40
S-S (164.85 eV)
Counts
Binging Energy (eV)
S-Cu (161.9 eV)
S-H (163.35 eV)
(B)
圖 4-12 銅片 XPS 鑑定-SH
利用水溶液法製備出銅片後，會先將其放入硫醇的酒精溶液中反應 24 小時，以
防銅片與空氣直接接觸，也使後續實驗二氧化矽可以均勻的修飾在銅片上，圖(A) 為本實驗的銅片XPS 圖譜，將銅片經過硫醇(3-Mercaptopropyl)trimethoxysilane 修 飾後，圖譜中的161.9 及 163.35 峰，經對照文獻資料圖(B)[42]後，分別為S-Cu 及 S-H 的特徵峰，確定銅片有修飾上硫醇。
48
4-7-2 Cu-的 XPS
(A)
925 930 935 940 945 950 955 960
0
Binding Energy (eV) Cu2p3/2 (932.25 eV)
Cu2p (931.1 eV)
Cu2p3/2 (933.25 eV)
Cu2p1/2 (952.05 eV)
(B)
圖 4-13 銅片 XPS 鑑定-Cu
將製備的銅片測XPS 後，圖(A)為實驗圖，圖譜中 932.25 eV 及 933.25 eV 峰，
經對照文獻資料[43]，圖(B)後，可以得知為 Cu2p3/2的特徵峰，另外圖譜中有 952.05 eV 峰，從文獻中可以得知是 Cu2p1/2的特徵峰。
49
4-8 EDS
Element At. NO Mass Norm (%) Atom (%)
Copper 29 57.25 80.59
Gold 79 42.75 19.41
Sum 100.00 100.00
Element At. NO Mass Norm (%) Atom (%)
Copper 29 95.39 98.46
Gold 79 4.61 1.54
Sum 100.00 100.00
圖 4-14 銅片 EDS 鑑定
50
因要確定在後續的螢光增強測試中，造成螢光增強的金屬為元素銅，而非其他元
素，因此將所製備出的薄膜做EDS 鑑定，由上表可以看出當實驗反應五分鐘時，
薄膜表面的銅元素高達98.46 %、金元素為 1.54 %。從實驗步驟得知，玻片在長 銅薄膜前有經過金seed 的前處理，SEM 中可以看出銅片表面顆粒有細窄的間隙，
因此有少量的金元素，從 EDS 結果證實在後續的螢光增強實驗中，影響螢光增
強效果的為元素銅。
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4-9 螢光增強測試
圖 4-15 螢光增強測試
本實驗製備的銅片與空白玻片對照，因奈米金屬銅片對螢光染劑會有金屬螢光增 強(Metal-Enhanced Fluorescence , MEF)的現象，藉由儀器 MidaScan 測試後，螢光 強度增強最高倍率大約60 倍左右。
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