官能化二維層狀過渡金屬材料於奈米電漿子特性及生物分子感測機制之基礎研究

本計畫之規劃，提出官能化二維層狀過渡金屬材料於奈米電漿子特性及生物分子感測機制之基礎研究，以修飾羧酸(-COOH)改質二維層狀過渡金屬(二硫化鉬,MoS2)材料化學特性，可調制電漿子激發態的物理換能過程，及利用修飾鍵結於fMoS2缺陷可提升電漿子共振傳播特性。預期結果，在fMoS2層可以作為有效的光吸收介質，在共振條件下，這些附加的電介質層中的電子可以轉移到金薄膜的表面。在fMoS2層中可以補償金膜的SPR效應並顯著提高生物傳感器的靈敏度。 本研究使用兩種方式製備官能化二硫化鉬晶片，分別為將草酸(Oxalic)及氯乙酸(MCA)兩種有機酸的羧基(-COOH)修飾至二硫化鉬表面，進行感測材料的優質化比較。其中氯乙酸修飾技術，主要是以氯原子佔據硫空缺，有較高的穩定性及結合率，有別於傳統的方法以硫醇直接吸附於硫空缺。利用XPS、FTIR、TEM、UPS和Zeta potential等方式成功證實羧基修飾至二硫化鉬表面，且於XPS的分析結果顯示，羧基在碳原素的含量佔24.4%，在氧原素中佔28.2%。在生物檢測方面，提出低注入量(20 μL)和低流速(6 μL/min)於牛血清白蛋白免疫法實驗，進行與傳統SPR晶片靈敏度比較，在氯乙酸修飾的官能化二硫化鉬晶片靈敏度提升2.35倍。在PAPP-A2重組蛋白的實驗，迴歸係數達到R2=0.99，而加入干擾物後並不影響靈敏度與線性值。於檢測臨床血清樣本之新型妊娠相關血漿蛋白(PAPP-A2)的實驗，將檢體稀釋至40,000倍(0.05 pg/mL)，仍可檢測到共振角位移量為0.96 mo，且線性迴歸係數可達到R2=0.958。 由此可證明本研究開發的官能化二硫化鉬感測晶片具有高靈敏度及高親和性之優勢，且PAPP-A2擁有高的專一性，有潛力成為為未來在妊娠疾病診斷的新型指標蛋白，有望成為唐氏症及子癲前症之篩檢蛋白，可達成快速篩檢及高檢出率之目標。