a)
b)
圖 4-1a.使用旋轉塗佈製作之基板的光學顯微鏡(OM)圖 b.使用旋轉塗佈製作之基板的掃描式電子顯微鏡(SEM)圖
圖 4-2 使用自組裝單層膜製作之基板的 SEM 圖
圖 4-3a.ND 晶片記號區域的 SEM 圖
圖 4-3 b.ND 晶片陣列區域的 SEM 圖
4-1-2 實驗樣品的光譜量測
Mapping 的區域等參數，來得到拉曼圖譜(其中的光柵參數設定為 600)，圖 4-4 所示(量測的參數：632nm 雷射光源、共焦針孔 150μm、積分時間 180 Mapping 圖，我們可以看到訊號的距離為 5μm，即是微影系統所設定的距離。經由Mapping 實驗的結果，可以再次證明定位化步驟的成功。
a)
圖 4-4a.陣列晶片設定 Mapping 區域的 OM 圖
b)
圖 4-4b.與 OM 圖對應的 Mapping 圖
a)
圖 4-5a.陣列晶片設定 Mapping 區域的 OM 圖
b)
圖 4-5b.與 OM 圖對應的 Mapping 圖
c)
圖 4-5c.已鎖定訊號的強度對 X 軸位置的 Mapping 圖
接下來所做的實驗，是為了要確認我們製作的ND 陣列晶片，可以與 生物分子鍵結並應用於製作生物陣列晶片，實驗上我使用含有許多胺基的 聚離胺酸，與含有許多羧基的奈米鑽石陣列作用，接著再使用FITC 染料去 標定聚離胺酸，利用量測FITC 的 PL 訊號來確認生物分子鍵結反應的成功 與否。
在光譜上，量測的波段是FITC染料受光源激發後放光的波段(Ex/Em wavelength: 494/518 nm)，我一樣是利用Mapping的實驗量測晶片上一直線的 陣列位置，如圖4-6所示(量測的參數：488nm雷射光源、共焦針孔300μm、
積分時間360秒、量測波段515-700 nm、Mapping點的數目為一直線共7個 點，其中有4個點為ND存在的點)，4-6(a)是陣列晶片設定Mapping一直線的
OM圖；4-6(b)訊號強度、量測波段對X軸Mapping圖，由圖譜的結果可以看 到只有在有陣列圖形的位置上，才量的到FITC染料的訊號，基板上其他位 置上則否，證明我們所製作的陣列晶片，的確可以與生物分子作用鍵結，
之後我會以第一部分的實驗結果來建構可應用的光學量測平台。
a)
圖 4-6a.陣列晶片設定 Mapping 區域的 OM 圖
b)
圖 4-6 b.與 OM 圖對應的 Mapping 圖
4-2 耦合偵測平台的分析量測
別是DNA-奈米金粒子的實驗組 B-1、奈米金粒子的對照組 B-2 以及去除 DNA-奈米金粒子的實驗組 B-3，反應完成的基板以 SEM 來觀察，如圖 4-9 所示。實驗組B-3 是使用限制脢 NdeI，切斷奈米鑽石與奈米金粒子之間的 雙股DNA，用以去除耦合奈米金粒子，我發現基板的鑽石表面在經過限制 脢NdeI 反應後，沾黏上一些殘留物，如圖 4-9(c)，我推測是限制脢NdeI 與奈米鑽石作用鍵結，所以在反應後使用去離子水沖洗，也無法將其去除 乾淨。
圖 4-7a.酸性條件下製作的基板 SEM 圖
圖 4-7b.鹼性條件下製作的基板 SEM 圖
圖 4-8a.實驗組 A-1 的 SEM 圖
圖 4-8b.對照組 A-2 的 SEM 圖
圖 4-9a.實驗組 B-1 的 SEM 圖
圖 4-9b.對照組 B-2 的 SEM 圖
圖 4-9c.實驗組 B-3 的 SEM 圖
4-2-2 實驗樣品的光譜量測
638nm、660nm、680nm 和 730nm 等峰值與文獻上相同，接著再把 DNA-奈米金粒子或純奈米金粒子，滴在晶片上進行反應並耦合上奈米鑽石，我
表4-1 不同尺寸大小的奈米鑽石 PL 峰值[13]
實驗組 A-1
光譜的量測我是先使用光學顯微鏡 40 倍的物鏡，找到基板上陣列的位 置，並用影像擷取系統記錄下來，接著使用雷射光源聚焦在先前找到的陣 列上，量測陣列位置的PL 光譜。在同一個基板上，我會量測數個不同位置 的陣列，其光譜量測結果如圖 4-11 所示(量測的參數：488nm 雷射光源、共 焦針孔200μm、積分時間 5 秒、量測波段 515-850nm)，我在不同陣列上所 量測的光譜，發現在515nm 至 740nm 的區段，光譜的訊號與先前量測只有 奈米鑽石樣品的訊號有明顯地不同，奈米鑽石的PL 強度會有上升的現象。
圖 4-11 奈米金粒子反應前後的PL 光譜(實驗組 A-1)
這個結果在Stefan Schietinger等人的研究[30]中有類似的發現，他們利 用AFM探針推動大小為60nm的奈米金粒子，使其接觸到奈米鑽石形成耦 合，接著再利用532nm雷射去激發，並量測奈米鑽石的PL光譜。在PL光譜
中，他們發現到奈米鑽石會受到奈米金粒子電漿共振的影響，所以奈米鑽 石的PL會有上升的現象，而其PL增加的幅度又以在575nm附近的訊號較 638nm附近的訊號來的顯著。他們指出這是因為奈米鑽石575nm的放射波段 比較接近奈米金粒子540nm的電漿共振波段，所以其PL訊號會有很大的改 變。
我所使用的奈米金粒子，大小約在15-20nm，其UV-Vis吸收光譜如圖 4-12所示，我們由圖中可以知道其電漿共振波段在524nm。在實驗中，我利 用兩股DNA進行雜合反應，讓奈米金耦合上奈米鑽石陣列的反應，會使得 奈米鑽石的PL，因為金粒子電漿共振的效應而上升，尤其是靠近奈米金粒 子524nm的電漿共振波段附近的PL訊號，會有大幅度的上升。
圖4-12 奈米金粒子(15-20nm)的UV-Vis吸收光譜
實驗組 B-1
光譜的量測與實驗組 A-1 相同，我是先使用影像擷取系統記錄欲量測 陣列點的位置，接著使用雷射光源聚焦於陣列上，並量測陣列位置的PL 光 譜。其光譜量測結果如圖 4-13 所示。
實驗組B-1 試片是在鹼性條件下製作的，使用 SEM 已經觀察到陣列中 奈米鑽石的密度低於酸性條件下製作的實驗組A-1 試片，所以我將量測積 分的時間，從5 秒調整至 25 秒以利光譜的觀察。在光譜的量測上與實驗組 A-1 相同，可以發現在 515nm 至 740nm 的區段，奈米鑽石的 PL 強度會有 上升的現象，原因與前述相同。而奈米鑽石的PL 強度提升的幅度大小，則 與鑽石表面耦合的金粒子多寡有關。
圖 4-13 奈米金粒子反應前後的PL 光譜(實驗組 B-1)
對照組 B-2
光譜的量測與實驗組 B-1 相同，我是先使用影像擷取系統記錄欲量測 陣列點的位置，接著使用雷射光源聚焦於陣列上，並量測陣列位置的PL 光 譜。其光譜量測結果如圖 4-14 所示。
對照組B-2 試片是使用未與 DNA 鍵結的純奈米金粒子溶液製作的，目 的是去觀察奈米金粒子與奈米鑽石的吸附情形，因為我使用的反應條件與 DNA 雜合反應一樣，都是在高鹽溶液下反應，所以使用 SEM 會觀察到奈 米金粒子聚集的情形，金粒子不會均勻的分佈於鑽石的表面，因此在光譜 的量測上，並沒有先前實驗觀察到的在局部波段，奈米鑽石的PL 會大幅提 升的現象。
圖 4-14 奈米金粒子反應前後的PL 光譜(實驗組 B-2)
實驗組 B-3
光譜的量測與實驗組 B-2 相同，我是先使用影像擷取系統記錄欲量測 陣列點的位置，接著使用雷射光源聚焦於陣列上，並量測陣列位置的PL 光 譜。其光譜量測結果如圖 4-15 所示。
實驗組B-3 試片是將 DNA 雜合的試片，與限制脢 NdeI 反應去切斷已 雜合的雙股DNA，反應完成後量測先前記錄的陣列點的 PL 光譜，發現其 PL 的訊號多出了 717nm 的峰值，如圖 4-16(a)所示，而且在 SEM 的觀察下 也看到的許多反應殘留物質沾黏在基板的表面，針對這些殘留物質做PL 光 譜量測，如圖 4-16(b)所示，其中殘留物的峰值與奈米鑽石表面經過NdeI 反應後多出來的峰值吻合，後來發現每一個量測的陣列之中，其光譜都會 出現這峰值，表示基板上都佈滿了一層反應殘留物。
圖 4-15 奈米金粒子與酵素反應前後的PL 光譜(實驗組 B-3)
a)
717
b)
717
圖 4-16a.NdeI 限制脢作用後的 PL 光譜 b.基板上殘留物質的 PL 光譜
4-3 參考資料
[30]Stefan Schietinger, Michael Barth, Thomas Aichele, and Oliver Benson
Plasmon-Enhanced Single Photon Emission from a Nanoassembled Metal-Diamond Hybrid Structure at Room Temperature Nano Lett.2009, 9, 1694-1698