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生化功能性中孔洞二氧化矽奈米球的合成與應用

將奈米材料應用於藥物載體的設計，使其成為可以裝載高劑量的藥物，具有能夠穿越細胞膜、並且可以在標的位置進行藥物之控制釋放的新穎材料是奈米生物醫學最新發展的課題之一。中孔洞奈米矽球為一安全且功能性強的載體，具有相當大的潛力可以被應用於靶向藥物傳遞。然而，中孔洞奈米矽球在生理環境(含鹽類溶液)的聚集現象限制了它在生物醫學領域的應用。因此本論文研究的主要目的—即是利用磷脂質的包覆，開發新的修飾中孔洞奈米矽球的方法，以減低其在生理環境下的聚集現象。此外，磷脂質所包覆的中孔洞奈米矽球亦可裝載螢光分子並修飾上葉酸分子。被裝載的螢光分子可作為顯微鏡觀察的訊號來源；而 表面修飾的葉酸分子則是因為在許多癌細胞上具有過度表現的葉酸受體，因此可賦予其靶向傳遞的能力。 本論文中，直徑約為 200 nm 的中孔洞奈米矽球首先被製備；接著將其表面嫁接上疏水的分子，使之表面疏水化；最後利用疏水作用力將 DPPC, DPPE-PEG 自組裝包覆於疏水化的中孔洞奈米矽球表面, 並以核磁共振儀、動力光散射儀、穿透式電子顯微鏡等儀器鑑定該材料之性質。磷脂質包覆後的中孔洞奈米矽球可在磷酸鹽緩衝液下超過三天沒有明顯聚集現象發生；而一般的中孔洞奈米矽球則在三小時後即產生嚴重的聚集導致沉降。磷脂質外衣的包覆不但可以防止聚集，同時還可以減少蛋白質或細胞的非特異性吸附。當其表面修飾上葉酸後，又可以使之選擇性的被 HeLa癌細胞吞食。本論文所研發的多功能磷脂質包覆中孔洞 奈米矽球具有相當大的潛力被應用在生物顯影與治療上。

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第一部分.利用量子點與奈米碳球研發免疫電化學感測器以偵測腫瘤標幟蛋白質分子 ; 第二部分.研發利用雙重乳化法與針式過濾器合成微脂體之裝置

本論文的第一部分為研發偵測腫瘤標幟蛋白質分子之免疫電化學感測器。研究中透過修飾奈米碳球、聚乙烯亞胺與抗體於網版印刷電極，研發出一套靈敏的免疫電化學系統，可用於偵測腫瘤標幟蛋白質分子－癌胚抗原。該系統利用硫化鎘量子點作為訊號源，並利用奈米碳球增強訊號，進而增高對癌胚抗原之偵測靈敏度，適合用於拋棄式居家照護之自我檢測。該生化感測器基於三明治型免疫分析法之原則，依序在電極上修飾癌胚抗原抗體，隨後與樣品中之癌胚抗原反應，最後再加入修飾有硫化鎘量子點之癌胚抗原抗體，形成三明治型免疫複合物。本研究運用方波陽極剝除伏安法放大訊號電流應答，掃描利用硝酸溶解之硫化鎘量子點的電流訊號。該分析系統對於癌胚抗原濃度之線性範圍為0.032至10 ng/mL，偵測極限為32 pg/mL (在5 L分析樣品中相當於160 fg癌胚抗原)。本研究之分析方法也適用於準確且靈敏地偵測尿液中之癌胚抗原，可用作早期偵測尿道上皮癌之腫瘤標幟。 本論文的第二部分則是利用針式過濾器與玻璃裝置，以雙重乳化法作為樣板，研發設計出一套簡便且可程序化之注入裝置，用於合成高包覆效率之微脂體。首先，水相溶液與磷脂質之氯仿溶液經由輸液幫浦注入玻璃裝置，形成W/O/W雙重乳化物。隨後利用旋轉減壓濃縮機使氯仿蒸發而形成微脂體，最後再經由透析移除未包覆之螢光染劑。利用本研究所設計之裝置製備微脂體，其包覆效率約為26%，且可藉由改變裝置中之過濾膜孔徑而得到奈米尺寸之微脂體。該裝置不需使用音波震盪器等攪拌裝置或精密之微流道系統，有助於大量製備高包覆效率之微脂體，以作為訊號分子或藥物的載體。

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The Preparation, Characterization, H2-sorptionand ,Catalytic Activity of Pt- and Pd-containing Mesoporous silicas

This study includes the preparation and characterization of platinum and palladium nanoparticles incorporated on mesoporous silicas as well as the hydrogen sorption on Pd nanoparticles. Two methods were preceded to prepare the metal incorporated mesoporous silicas, i.e., one-pot synthesis under the control of pH value in reactant mixtures and CVD in SC-CO2 medium. The formations of Pd(0) nanoparticles and mesophases were expected to occur simultaneously in basic media in one-pot synthesis. Pt incorporated mesoporous silicas were synthesized by contacting calcined MCM-48 with Pt(hfac)2 and Pt(acac)2 in SC-CO2 medium, and then, their Pt precursors were reduced by hydrogen at room temperature or 200 oC. Due to the confinement effect of metal nanoparticles inside the mesochannels, the enhancement on catalytic activity and selectivity of trans/cis 1,4-dimethylcyclohexanes ratio in the hydrogenation of p-xylene was observed on Pd/MCM-41 and Pt/MCM-48 prepared by using Pt(acac)2 as Pt precursors through SC-CO2 treatment. In addition, the hydrogen sorption on Pd nanoparticles stabilized by surfactant containing in mesoporous silicas was compared with that on Pd nanoparticles stabilized only by surfactant and on Pd membrane. The Pd-Pd bond distances were found to be increased after hydrogen sorption, with the amount of bond expansion increased with metal size and amount of hydrogen adsorption.

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酚酮類化合物之合成

本研究成功的利用 Corey-Chaykovsky 試劑與掩飾鄰苯醌反應合 成雙環[4.1.0]庚烯酮化合物，並將其水解、擴環得到酚酮類化合物。 若使用兩當量 Corey-Chaykovsky 試劑與掩飾鄰苯醌反應，得此 類產物可在矽膠作用下重排成為環庚三烯化合物，且此產物預期可作 為酮類化合物之前驅物。

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吸收可見光之二氧化鈦奈米管陣列製備及應用於光還原二氧化碳

CO2是造成溫室效應的主因之ㄧ，近年大氣層中的二氧化碳濃度劇烈增加，使得全球暖化日益嚴重。因此探討及應用二氧化碳固定（carbon dioxide fixation）技術減少其在大氣的含量是目前減緩全球暖化的重要課題。使用半導體光觸媒將CO2光還原成甲醇或其他碳氫化合物，不僅可應用於減低CO2排放，更進一歨轉換成具經濟效益的有機化合物。 本研究透過含氟離子的有機電解液可以在金屬鈦片基材上，在固定電壓下生長直立且分佈密集的二氧化鈦奈米管陣列，並且透過與尿素的共同鍛燒下，進行氮的摻雜。二氧化鈦奈米管相對與奈米粒子，長管狀奈米材料以及垂直站立的陣列式分佈，提高了電子電洞的分離效率，而且固定在基材上的二氧化鈦奈米管可避免分散在液中而難以收集；另外氮的摻雜可以提昇可見光區吸收的能力，藉此提升光觸媒在太陽下使用的效率，使用熱分解尿素產生氨氣來進行氮摻雜，相對使用氨氣通入管型爐的方法來的便宜且效果不錯。因此本實驗藉由此新穎的材料來進行二氧化碳催化還原的試驗。 在光催化還原二氧化碳方面，在同條件下與二氧化鈦奈米粒子所組成的薄膜比較下，二氧化鈦奈米管陣列薄膜展現出優異的催化效率，比起P25所構成的薄膜好上5倍 。而在氮摻雜提昇可見光吸收的實驗中，發現以500℃中進行氮摻雜的光觸媒展現出來的效率最佳，和未經氮摻雜的光觸媒比較，在模擬太陽燈下，提昇了約2.5倍的催化效率。

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多種奈米顆粒及有機小分子作為細胞基因轉植載體之研究

本研究之目的，在研究多種奈米顆粒及有機小分子作為基因轉植載體對HeLa細胞基因轉植率的影響。第一章簡介文獻上基因治療各種方式及本實驗採用的HeLa cell及pAcGFP及藥物載體等介紹。第二章為儀器及實驗原理介紹，第三章為實驗藥品與儀器設備，第四章則進入實驗中使用到的有機小分子載體的合成過程，第五章E.coli 大量抽取質體步驟，第六、七章則為論文主軸所在，說明各部分實驗的實驗步驟及結果與討論，第八章為結論。 本實驗結果顯示TiO2-20 nm、N doped Fe@CNP、ACh、Nicotine-(CH3)2、pAcGFP此五種藥物在各藥物濃度範圍時(2~500 μg/ml)，細胞存活率皆大於80%；TiO2-300 nm亦有60-70%的細胞存活率，ND-pin、C60-N(CH3)2、Nicotine只有在最高濃度時(500 μg/ml)，細胞存活率才會低於50%，在低濃度範圍，並不會對細胞的生長有太大的影響，而C60-bisadducts和lipofectamine對細胞的毒性較大。在基因轉植的實驗裡，C60-N(CH3)2、C60-bisadducts、ACh此三種藥物的基因轉植率較佳，分別為7.82%、10.38%、8.94%。而TiO2-20 nm在縮短餵藥後細胞再培養的時間後，基因轉植率也從原先的4.71%增加為17.66%；Nicotine- (CH3)2從原先的1.28%增加為7.80%。而從ICP-MS結果可知當餵藥的藥物濃度增加時，單顆細胞攝取藥物的量亦增加。

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合成專有α位向硫-醣苷鍵之唾液酸寡醣體

Abstract There are three linear polysialic acids identified in nature, α(2→9), α(2→8) and α(2→8)/α(2→9) alternative Neu5Ac units. Recent studies in glycobiology indicate that α(2→8) and/or α(2→9) di/oligosialic acids play important roles in the biological events that occur on the cell surface. However, these sugars are very labile under mild acidic or basic conditions and are susceptible to be degraded by glycosyl hydrolases. So, S-linked glycosides have been proposed to enhance the stability of the glycosidic linkage towards hydrolysis by either chemical or enzymatic means. The objectives of this thesis are development of convenient strategy for the synthesis of thio-oligosialic acid antigens. A new approach to the synthesis of S-linked α(2→9) oligosialic acids is developed using an asymmetric tert-butyl disulfide linkage as thiol protecting group. Compared with conventional thio-sialosides, these asymmetric disulfide sialosides can tolerate the functional group transformation conditions without resulting undesired elimination and racemization of the anomeric center. Furthermore, these sialosides can be efficiently deprotected to afford thiol nucleophile at α anomeric position without flipping the anomeric stereochemistry. By this strategy, we have successfully synthesized the α(2→9) di-, tetra-, hexa-, octa-oligosialic acids. In addition, the synthesis of S-linked 2→8) and α(2→8)/α(2→9) trisialic acids by S-alkylation were developed. The methods involve chemo- and stereo-selective alkylation of C2-thiolated sialosides as nucleophile with the C8-iodide activated sialoside as electrophile. Additionally, we developed an efficient migration method to transform the C7 acetyl group of sialoside to the C9 position under mild basic conditions. The acetyl group migrated sialoside was subsequently used to synthesize C8 iodide by dichlorodimethylsilane with sodium iodide. By this strategy, the synthesis of S-linked 2→8) and α(2→8)/α(2→9) trisialic acids were achieved. Owing to the successfully synthesized of S-α(2→9) oligosialic acids, conjugation of synthetic thio-antigens with carrier protein (KLH) was also investigated to the vaccine development. We used a novel and efficient method for synthetic carbohydrate conjugate vaccine preparation by attachment of an MHSu (6-maleimidohexanoic acid active ester) to the S-α(2→9) oligosialic acids, and then conjugated with thiolated KLH. Furthermore, we have used Ellman’s reagent to assay the amount of S-linked sialosides on KLH. These methods may be generally applicable for synthetic oligosaccharides.

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硼酸表面微陣列系統的發展及應用

近年來，微陣列技術已經被發展成為一種高通量的檢測工具，並且已經廣泛的運用於生物分子交互作用的探討以及生醫技術應用，藉以解決基因質體學、蛋白質體學、以及醣質體學上之問題。除此之外，具有專一性的結合配對更可以以微陣列的模式來進行醫學檢測、環境監控、以及毒性物質偵測等等。為了要建立各種不同的生物分子的微陣列系統，已經有各種不同用於固定的微陣列表面官能基被廣泛的研究，然而目前為止沒有任何一樣表面官能基可以適用於全部的生物分子。因此一個容易建立且容易固定生物分子探針的新式表面工具，其可減少生物探針的處理以及可提供共價鍵固定仍然是必要的目標。 苯基硼酸以及其衍生物已知在水溶液下會與含順式二醇形成可逆環狀酯，而多氫氧基化合物例如甘油及醣體因具有許多如此的結構，因此硼酸長久以來已經被使用來達成醣類追蹤的工具並應用於醣類感測器、多醣體偵測、以及醣胜肽與醣蛋白的濃富化與純化等等。然而就我們所知，目前硼酸並沒有應用於生物晶片的研究。有鑑於此，在此篇論文我們結合了硼酸的醣類追蹤特性及生物晶片的優點首創具有醣類追蹤能力的微陣列晶片表面，並應用於醣蛋白方向性共價鍵固定化來保持蛋白質活性，以及共價鍵固定之醣晶片系統來提升醣體在晶片表面上之保持能力。 為了探討蛋白質的固定化，硼酸被用來追蹤Fc融合凝集素以及抗體上座落於Fc domain的醣鏈，以達到方向性固定的目標。經由比較，我們證明具方向性固定的醣蛋白具有較高的結合訊號。而由硼酸共價鍵且方向性固定的醣蛋白其相較於蛋白質G (protein G)非共價鍵且方向性固定的醣蛋白具有較高的結合訊號。 為了建立簡單實用且具有共價固定能力的醣晶片表面，我們選用已商品化的化合物〝間-氨基苯基硼酸〞做為我們的包覆試劑，利用雙NHS活性酯長鏈與牛血清蛋白包覆的晶片進行連結，建立親水性硼酸晶片表面，再用以製造具有共價鍵固定的醣微陣列。經由共價鍵固定，我們證明醣類小分子可以被固定於晶片表面且只要具有0.5 kDa即具有與凝集素辨認的能力。除此之外，我們也成功的利用三層牛血清蛋白包覆表面來成功的減輕表面物理吸附的能力，使我們可以輕易的觀測到硼酸對醣體共價鍵固定所帶來的影響。我們證明了硼酸表面的共價鍵固定醣微陣列相較於沒有共價鍵固定的醣微陣列可以在強烈清洗下有較好的滯留能力。 另外，由於硼酸對於抗體具有方向性固定的能力，我們也建立了抗體微陣列來進行毒物偵測。我們選用一個低毒性的蓖麻毒素替代物〝RCA120〞做為我們的毒物樣板，並用半乳醣官能基化的金奈米粒子做追蹤，最後用銀染技術做放大以達到裸眼偵測的目標。在此我們為了增進靈敏度，我們更開發了金奈米粒子專一性聚集的訊號放大系統，將靈敏度提升至毒物濃度只需aM，且不需要光學儀器即可偵測。

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利用多維核磁共振技術對人類Interleukin-1α水溶液結構之探討

IL-1α(介白素,Interleukin-1α)為一具有多樣生物活性的訊息傳遞分子，其經由非典型路徑分泌出細胞後，會與細胞表面的受器作用並引發訊息傳遞。如引起發燒、刺激肝臟製造急性蛋白、增大淋巴細胞的回應、誘發關節退化、增加骨髓細胞數目等等；同時亦會誘導數種腦丘下部和腦垂體多肽的釋放及胰島素的轉錄。且IL-1α也是造成類風濕性關節炎與退化性關節炎的主因之一，其在人體中扮演了重要的角色。 本篇論文中，主要利用多維核磁共振技術解出IL-1α在水溶液中的結構。首先使用各種三維核磁共振實驗如HNCA、HN(CO)CA、HNCO來得到IL-1α蛋白分子的骨架資訊；CBCA(CO)NH、CBCANH、HBHA(CO)NH、HCCH-TOCSY來得到IL-1α蛋白分子的支鏈資訊，以這些結果判定95% 胺基酸中的1H、15N和13C的化學位移。進行結構計算時，先由15N & 13C-edited NOESY來得到IL-1α蛋白分子內所有NOE的資訊，並且配合雙面角、氫鍵、CSI等限制條件，接著使用Aria/CNS軟體來解出IL-1α蛋白分子在水溶液中的結構，以作為研究IL-1α與S100A13蛋白複合結構之基礎，此複合結構可幫助我們更深入的了解IL-1α的non-classical pathway。

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利用飛秒時間解析螢光光譜法研究三聯苯及四並苯激態能量緩解過程

摘要 我們利用飛秒時間解析能力的螢光混頻系統來進行四並苯及三聯苯激發態能量釋解的研究。以266 nm光源激發，在四並苯的螢光訊號最初有一個迅速的上升成分τ1小於100 fs指派為S3→S1的內轉換；接著出現衰減或上升訊號τ2 = 8.6～15.7 ps與熱擴散係數呈反向線性關係，因此指派τ2為振動能量鬆弛；最後存在單一衰減曲線τ3約為5 ns，指派為S1激發態的生命期。在三聯苯的螢光訊號中，最初出現一個迅速的上升成分τ1～0.1 ps，指派為分子內振動能量再分配；接著出現另一個上升訊號τ2 = 6.2～13.2，與溶劑黏度呈線性關係，證實此步驟為構形緩解過程；最後存在單一衰減訊號τ3 = 0.52～1.22ns指派為S1激發態的生命期。 利用四並苯與對位三聯苯來比較結構不同時，能量緩解過程的差異。四並苯為一個剛性分子，不管在基態或是激發態皆以D2h存在，並不會有苯基扭曲變形的現象；反觀對位三聯苯，在基態為交錯構形為C2h與D2存在，在激發態共軛效應造成環間C-C鍵增長，克服鄰位氫原子的排斥，以平面構形D2h存在，存在構形變化，並且存在苯基擺動運動。為了研究此兩化合物的激發態能量衰變過程，我們藉由改變溶劑性質，針對黏度、熱擴散係數、介電常數、氫鍵影響，來指認τ2的動力學行為。