纳米金属颗粒的光学分析方法与流程

本发明是关于生物检测、纳米科技及光学影像分析领域，特别涉及一种利用纳米金属颗粒团聚效应及动态追踪，结合影像撷取系统与影像分析，对待测物中特定生物的分子进行高灵敏度定量的方法。

背景技术：

1、生物检测技术是以测定生物或生物性材料对外来物的刺激的反应，其应用范围广泛，可促进医药、生医检测、环境工程、食品分析与生物技术等领域的发展。

2、其中，免疫分析为广泛使用的生物检测技术，其基于分析物与抗体的相互作用来量测溶液中的自小分子至大分子范围内的分析物的存在或浓度。免疫分析在生命科学研究及医药学分析(诸如疾病诊断、治疗药物监测以及临床药物动力学及生物等效性)中发挥重要作用。此外，免疫分析用于量测时常含有物质的复杂混合物的测试样品，通常溶液中的物质的存在或浓度的技术。通常，测试样品为生物体液，诸如血清或尿液。

3、免疫分析为基于抗体或其他蛋白质以高特异性结合于一个分子或极有限分子群的独特能力。在任一情况下，分析的特异性视分析物能够结合于其特异性结合搭配物以排除可能存在于所分析的样品中的其他物质的程度而定。除需要特异性的外，亦必须选择对分析物具有足够高的亲和力以准许精确量测的结合搭配物。免疫分析要求回应于特异性结合事件产生可量测信号的手段，此可借由量测分析物结合于其结合搭配物时所出现的一些物理特征，诸如光散射或折射率的变化而实现。

4、另外，目前已有许多技术将纳米金属颗粒应用于生物检测中，其中多为微生物体、核酸、抗体或抗原等。以纳米金属颗粒的物理特性用于蛋白酶活性检测的研究，则为较新发展的技术。纳米金属颗粒可依据欲检测的蛋白酶与不同受质键结蛋白质或胜肽链，用以检测蛋白酶的活性。

5、当金属吸收特定波长及特定入射角的激发光时，这些非定域电子以特定频率在表面振荡，因波的建设性叠加，在纳米金属颗粒表面产生同调性振荡，这种行为称作「表面电浆共振」(surface plasmon resonance, spr)。不同种类、形状、大小或团聚状况等的纳米金属颗粒，因本身性质及尺度的差异，会有不同的吸收频率与散射，进而产生有不同的吸收光谱，可作为检测上的依据。

6、然而，现有生物分子检测技术中，诸如酶联免疫吸附分析（elisa）、侧向层析免疫分析（lfa）及高效液相层析（hplc），存在许多的局限性。elisa 操作繁琐、耗时长，不适用于床边实时检测（poct）；lfa 虽快速简便，但多为定性或半定量，灵敏度与准确性不足；hplc仪器昂贵，维护成本高，不适合普及应用。

7、此外，聚合酶链锁反应（pcr）虽然能达到极高的灵敏度，被视为侦测核酸分子的黄金标准，但其原理是将极微量的遗传物质进行指数级复制的生物放大，因此，pcr技术需要仰赖昂贵的仪器、精密的实验室环境与专业操作人员，并不适合进行实时、低成本的现场检测。

8、为此，提供一种在「不依赖生物放大技术」的前提下，仍能达到极高灵敏度、精确、快速且成本效益高的生物分子的定量方法，为本领域技术人员所欲解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一目的，在于提供一种纳米金属颗粒的光学分析方法，其取一标准纳米金属颗粒试剂及未知生物分子浓度的一待测物试剂分别注入玻片的通道，并以一影像撷取装置进行拍摄，预先建立该标准纳米金属颗粒试剂的复数个标准光学影像以储存至一数据库，后续拍摄该待测物试剂的复数个待测物光学影像后，透过一电子装置的具备一参数加权计算模型的一影像分析模块进行一影像分析程序，以产生一比对结果，借由该比对结果可以分类出光学影像中自由移动颗粒与非自由移动颗粒，并依据自由移动的耗尽量，经一转换运算，进一步判断该待测试剂的一生物分子浓度。

2、针对上述的一目的，本发明提供一种纳米金属颗粒动态的光学分析方法，其应用于一电子装置与一影像撷取装置，该电子装置的一影像分析模块分析该影像撷取装置依据一第一玻片的一通道中的一标准纳米金属颗粒试剂所得到的复数个标准光学影像，以取得一标准品空间位移量，该纳米金属颗粒动态的光学分析方法包含以下步骤：取一液体待测物添加于该标准纳米金属颗粒试剂中，诱导该液体待测物与该些个纳米金属颗粒进行反应，以形成具复数个反应状态的一待测物试剂，该待测物试剂包含一第一待测物与一第二待测物；取该待测物试剂注入一第二玻片的一通道中，并提供一光源至该通道；撷取该待测物试剂于该通道时反射该光源的至少一待测物光学影像；将该至少一待测物光学影像进行一影像分析程序，取得一第一待测物空间位移量及一第二待测物空间位移量；该第一待测物空间位移量及一第二待测物空间位移量与该标准品空间位移量进行比对，得到一非自由移动颗粒及一自由移动颗粒，其中，当该第一待测物空间位移量或/及该第二待测物空间位移量小于该标准品空间位移量时，判断该些个纳米金属颗粒为该非自由移动颗粒，当该第一待测物空间位移量或/及该第二待测物空间位移量大于或等于该标准品空间位移量时，判断该些个纳米金属颗粒为该自由移动颗粒；以及取一自由移动颗粒数量，经一转换运算，进一步取得该液体待测物的一生物分子浓度，借由「不依赖生物放大技术」的前提下，本发明建立了更精确、更快速、高灵敏度且成本效益高的分析方法，以判断该待测样品的该生物分子浓度。

3、本发明提供一实施例，其中该光源的波长范围为400nm至1100nm。

4、本发明提供一实施例，其中该影像分析模块包含一卷积神经网络模型、一机器学习模型或一深度学习模型。

5、本发明提供一实施例，其中该电子装置包含一智能型手机、一嵌入式处理器、一边缘运算装置或一云端服务器。

6、本发明提供一实施例，其中该影像撷取装置包含一外挂式显微镜头或一光学影像模块。

7、本发明提供一实施例，其中该些个纳米金属颗粒选自纳米金颗粒。

8、本发明提供一实施例，其中该些个纳米金属颗粒的尺寸介于50纳米至100纳米。

9、本发明提供一实施例，其中该些个纳米金属颗粒接枝一含硫胺基酸，该含硫胺基酸为半胱胺酸、同半胱胺酸、鼓胱甘肽及甲硫胺酸的其中的一或其上述的任意组合。

10、本发明提供一实施例，其中于将该至少一待测物光学影像进行一影像分析程序，取得一第一待测物空间位移量及一第二待测物空间位移量的步骤中，进一步取得一纳米金属颗粒单颗粒数量值、一纳米金属颗粒光学影像亮度、一纳米金属颗粒光学影像颜色值、该自由移动颗粒的一颗粒分布状态及该非自由移动颗粒的一颗粒分布状态。

11、本发明提供一实施例，其中该液体待测物为包含一目标分子的生物样本，该目标分子为一人类绒毛膜促性腺激素（beta-hcg）。

12、本发明提供一实施例，其中于取一液体待测物添加于该标准纳米金属颗粒试剂中，诱导该液体待测物与该些个纳米金属颗粒进行反应，以形成具复数个反应状态的一待测物试剂，该待测物试剂包含一第一待测物与一第二待测物的步骤中，该液体待测物的该目标分子与该些个纳米金属颗粒的该含硫胺基酸产生部份键结，使复数个纳米金属颗粒团聚于该液体待测物中。

13、本发明提供一实施例，其中于取一自由移动颗粒数量，经一转换方法运算，进一步取得该待测物试剂的一生物分子浓度的步骤中，当该影像分析模块侦测到该自由移动颗粒数量符合一转换分析条件时，该影像分析模块提取该些个纳米金属颗粒的一光谱红移特征与该纳米金属颗粒光学影像强度值进行一双重鉴定，以产生一判读结果，该影像分析模块依据该判读结果，将自动纳入一非自由移动颗粒数量于一参数加权计算模型以进行一补偿运算，以取得该生物分子浓度，其中，该待测物试剂的该生物分子浓度与该自由移动颗粒数量呈一反比关系，该转换分析条件指该自由移动颗粒数量趋近为零或该自由移动颗粒数量低于预设值。

14、本发明提供一实施例，其中该第一玻片的该通道包含一单一光学感测路径及一单一反应腔室，以承载该标准纳米金属颗粒试剂。

15、本发明提供一实施例，其中该第二玻片的该通道包含一单一光学感测路径及一单一反应腔室，以承载该待测物试剂。

16、本发明提供一实施例，其中该第一玻片与该标准纳米金属颗粒试剂的接触面为未经生物功能化表面处理的一非特异性吸附表面，该非特异性吸附表面未涂布任何抗体或受体，且不与该些个纳米金属颗粒或该些个纳米金属颗粒聚集体或生物分子产生特异性生化的结合。

17、本发明提供一实施例，其中该第二玻片与该待测物试剂的接触面为未经生物功能化表面处理的一非特异性吸附表面，该非特异性吸附表面未涂布任何抗体或受体，且不与该些个纳米金属颗粒或该些个纳米金属颗粒聚集体或生物分子产生特异性生化的结合。