第一章 緒論
1.4 表面電漿共振的應用
表面電漿共振發展，早在 1902 由 Wood 在光柵繞射實驗中發現，
連續光源經過光柵後反射光有明暗帶交錯的現象，此為光柵式表面電 漿共振。入射光照射光柵表面時，因光柵表面凹凸不平，光束會朝四 面八方散射。受到光柵的影響，散射的光波向量與入射光不同，一旦 散射光與表面電漿波向量相同時，表面電漿共振就會被激發。[19]
1968 年 Otto 提出以稜鏡耦合入射光至表面電漿波的稜鏡組態，
如圖 1-9 (a)，在稜鏡表面渡上金屬薄膜，且稜鏡與金屬層中有一空隙，
當發生共振時，稜鏡界面會產生漸逝波，金屬薄膜上激發出表面電漿 波，但空氣層厚度控制不易，製作困難[20]。1971 年 Kretschmann 利用 不同稜鏡組態，如圖 1-9 (b)，直接在稜鏡下鍍上金屬薄膜[21]。 因 Kretschmann 組態製作較容易，後續研究大多採用 Kretschmann 的方 法進行改良。兩者組態皆因表面電漿共振發生時，反射光強度被大量 吸收，又稱衰逝全反射(Attenuated Total Reflection；ATR)組態[22]。
1983 年 Liedberg 和 Nylanderru 將表面電漿共振首次應用於生物 檢測[23]，他們成功將 60 nm 的銀膜結合 Human IgG 在水溶液中檢測 出 Anti-human IgG。
1993 年 Jorgenson 與 Yee 發展光纖式表面電漿共振感測器，首先 除去光纖中段的 cladding 部分，並修飾上一層金屬薄膜作為感測區域。
再利用鹵素燈照射光纖內部，使金屬薄膜上的電子被激發產生表面電 漿共振，以光源接收器接收其變化。光纖感測器優點為體積小、重量 輕 [24]。
2006 年 Juan Zhou 等人使用 TEOS 製造一個製備方法簡單的有機 -無機混和粒子。將帶有正電的 SiO2/PS core-shell 混和粒子和 TiO2反 應形成 SiO2/PS/TiO2混和粒子[25]。圖 1-10 為不同微粒之 TGA 曲線圖。
圖 1-10 不同微粒之 TGA 曲線圖 (a) SiO2/PS (b) SiO2/PS/TiO2 (c) PS/TiO2
2007 年 C. J. Lu,等人證實 LSPR 感測器也可用來偵測有機揮發性 氣體。將奈米金粒子、奈米銀粒子及奈米金殼粒子鍵結於玻璃基材表 面上，開發一氣體感測器，其 toluene 偵測下限可達 5 ppm 具有良好 的靈敏度和再現性[26]。圖 1-11 為奈米銀粒子之吸收度及波長對濃度 的變化檢量線。
圖 1-11 奈米銀粒子(a) 吸收度 (b) 波長對濃度變化之檢量線[26]
2008 年 Karakouz 也利用 LSPR 原理來感測氣體，將 polystyrene (PS) 和 polymers polystyrene sulfonic acid (PPS) 修飾於奈米金島型薄 膜上並偵測氯仿與水蒸氣，如圖 1-12 所示，因聚合物的膨脹與收縮，
造成環境折射率變化，而影響 LSPR 波峰位移[27]。
圖1-12 不同厚度的PS及PPS在5 nm金島層之氣體偵測[27]
(A) 55-nm PS film and (B) 85-nm PSS film
2010 年 C. J. Lu, 等人再次將這三種不同的奈米金屬薄膜鍵結於 玻璃基材表面重疊並測試九種不同的有機揮發性氣體，如圖 1-13 所 示，偵測下限達 16 ppm[28]。
圖 1-13 重疊多種奈米金屬薄膜之裝置[28]
2013 年 Jie Cao 等人將奈米金粒子及奈米金柱修飾於光纖上，並 結合 Human IgG 製作一生物感測器，來偵測 Anti-human IgG。其感測 器最低偵測濃度可到 1.6 nM，平衡時間只需要 30 分鐘，且擁有高穩 定性可連續感測 2 週以上[29]。
圖 1-14 兩種奈米金粒子偵測器之穩定性
2015 年 Shenna 等人成功將奈米金柱結合乳癌腫瘤標記物中的 CA15-3 抗原及硫代硫酸鈉，再分別偵測 CA15-3 抗體和銅離子。最 後使用牛血清白蛋白（BSA）取代抗壞血酸氧化酶偵測生物樣品中的 銅離子[30]。
圖 1-15 奈米金柱特徵峰對於離子之偵測結果