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Helical Morphologies in Self-assembly of Chiral Rod-coil Molecules

In this study, a series of chiral Schiff-based rod-coil amphiphiles were used for self-assembly to examine the forming mechanisms of helical architectures. The chiral Schiff-based rod-coil amphiphiles exhibited both the lyotropic and thermotropic liquid crystalline behavior. All chiral Schiff-based rod-coil amphiphiles appeared positive Cotton effect, and there is no odd-even effect with respect to the alkyl chain length for the formation of helical microdomain. Interestingly, the helical twisting power (i.e., HTP, the inversed value of pitch length) induced by chiral sugar of the self-assembled helical morphology is dependent upon the alkoxyl chain length. By increasing the alkoxyl chain length, the self-assembled morphologies vary from platelet-like texture to helical twist with different pitch lengths, and finally revert to the platelet-like texture. On the basis of structural characterization and spectroscopic analysis, the transformation from platelet-like morphology to helical twist is induced by significant steric hindrance at which the effective size of adjacent alkoxyl chain reaches the threshold of helical twisting and bending. However, further increasing the alkoxyl chain length, the disordering of the alkoxyl chain conformation in the smectic-like layered structure may give rise to structural imperfection so as to reduce the steric hindrance effect. Eventually, the steric hindrance effect may compromise with the structural imperfection so that a platelet-like morphology was formed. Also, we aim to control the handedness of helical twist from the self-assembly of the chiral rod-coil molecules. Various chiral rod-coil molecules with equal alkoxyl chain length but different chain-end size were designed for the discussion of chain end effect in the self-assembly. The self-assembled helical twists with equivalent helical twisting power but opposite handedness can be obtained from the chiral rod-coil molecules with or without bulky substitution at the alkoxyl chain end. The selection of helicity is resulted to the molecular packing and its Gaussian saddle-like curvature for self-assembly. If the sugar-based chiral rod-coil molecules were modified into acetate-based chiral rod-coil molecules, similar self-assembly results still can be obtained; suggesting that the amphiphilicity of the chiral rod-coil molecules is not critical for the formation of helical twists and its corresponding helicity. Furthermore, we observed a banded morphology in our molecular system under polarized light microscopy (PLM). The appearance of the banded texture is strongly dependent upon the alkoxyl chain length that determines the twisting power of self-assembled hierarchical superstructures with helical sense. The formation of banded spherulites is identified as quaternary helical morphology with a collection of the tertiary chiral superstructures (i.e., helical twists) so as to give regular extinction in PLM attributed to zero-birefringence effect. Consistent to the observation of helical morphologies, the occurrence of chiral smectic C (SmC*) phase can only be found in samples with enough alkoxyl chain length; suggesting the existence of strong correlation for morphological evolution from molecular level to macroscopic object with the formation of SmC*. A hypothetic model about the bilayer structure within the SmC* structure is given to elucidate the morphological evolution. Consequently, the self-assembly of the chiral amphiphiles with thermotropic liquid crystalline character represents the mechanism for the chiral information transfer in different length scales. The transfer of chiral information from molecular level to quaternary superstructure can be identified. Finally, an iron-rich spiral superstructures by taking advantage of the self-assembly of chiral Schiff-based rod-coil molecules is proposed for potential optical or mechanical applications. Chiral Schiff-based rod-coil molecules are end-capped with ferrocene moiety as chiral rod-coil organometallics (FC11). We described the self-assembly of FC11 that develops into ferrocene iron-rich spiral superstructure. The fundamentally new self-assembled FC11 spiral superstructure is a fabrication technology which acts as a template for the formation of twist ferrocene wires after pyrolysis treatment. In an attempt to give orientated template, the self-assembly of FC11 is performed under one Tesla external magnetic field due to its intrinsic dielectric constant. Such spiral metallic wires will contribute to the development of microelectronic organic-inorganic functional devices. The well-defined building blocks of ferrocene-based derivatives play an important role in dynamic responsive displays as well as in biological systems which stimulated by external fields.

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以桿狀病毒載體表現特異性之microRNA並結合Sleeping Beauty 長效表現系統長期抑制目標基因

microRNA (miRNA)已知為一可參與基因調控之生物過程，在基因治療上是新穎且有效的基因調控工具。本研究以桿狀病毒載體傳遞基因改質後之內源性microRNA155 (engineered pre-miRNA sequences)，藉由基因序列的設計，可表現出特異性之miRNA 以調控目標基因，我們首先建構數組可特定互補於egfp 序列上不同位置之engineered pre-miRNA 而其mature miRNA 片段可特異性抑制EGFP 表現，我們稱此miRNA 表現匣為EGFP-miR，以此基因表現匣轉殖入桿狀病毒載體後所製備出之桿狀病毒為BacEGFP-miR。BacEGFP-miR(病毒劑量MOI 500)與重組桿狀病毒BacCE (Ho et al. 2004)共同轉導人類上皮細胞，egfp 之蛋白與基因表現量分別降為11%及10%。關節炎為一種慢性疾病且影響全球數億人口，而細胞激素持續產生導致長期發炎，本研究亦將engineered miRNA 基因調控系統應用於骨關節炎中， 抑制Fibroblast-like synoviocytes (from osteoarthritis patients)之proinflammatory cytokine (TNF-a)表現以減緩發炎反應。為了探討miRNA 能否有效應用於TNF-a的抑制，我們建構重組桿狀病毒BacTNF-miR (可表現特異性抑制TNF-a之engineered pre-miRNA)轉導滑膜細胞，經病毒轉導後1 天TNF-a之基因及蛋白表現皆有顯著之抑制效果(p<0.05)。後續我們以 BacTNF-miR 與BacTNF-miRscr (負對照組)分別轉導滑膜細胞，分析桿狀病毒轉導後之細胞凋亡程度，兩組細胞凋亡比例分別為4.2%與5.7%而假性轉導組(mock)為1.1%，顯示病毒轉導後無顯著之滑膜細胞凋亡且不影響基因調控過程。我們結合engineered pre-miRNA 表現與Sleeping Beauty 長效系統將BacSB 病毒與BacT2dE-miR 共同轉導改質之H-d2E 細胞 (此細胞穩定表現 destabilized EGFP，d2EGFP，half-life: 2hr)以延長miRNA 表現期，長效表現之miRNA 可持續抑制20-25% 之d2EGFP 表現達24 天。本研究以桿狀病毒載體表現長效RNAi 基因調控系統作為關節炎治療法為一嶄新之治療策略也替RNAi系統開創更廣泛的應用性。

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微波水熱合成二氧化鈦於光催化與光電化學之應用

本文主要研究利用微波水熱法合成純相之銳鈦礦晶相(anatase)二氧化鈦，先以實驗設計法得到控制結晶顆粒成長條件要素，接著製備出不同結晶顆粒大小之二氧化鈦，探討不同結晶顆粒大小二氧化鈦之光催化行為，最後再對聚集成團之二氧化鈦粒子進行分散，測試其光電化學行為。材料分析方面，利用X光繞射儀(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、穿透式電子顯微鏡(TEM)分析觀察其結構組成、結晶顆粒大小、表面型態、及微結構，及利用氮氣之吸脫附曲線測其比表面積及孔洞分佈。 首先以六價鈦離子硫酸水溶液為前驅物，用全因素實驗設計法控制結晶顆粒之成長，根據實驗結果可瞭解影響結晶顆粒成長主要因素包含：溫度、硫酸濃度(pH值)、及持溫時間，隨後欲尋找更大與更小二氧化鈦結晶顆粒，以最陡升途徑實驗法調整溫度及持溫時間因素，得到控制結晶顆粒大小範圍由4 nm至15 nm。 接下來，選取四種微波水熱條件(提供瓦數：100 w；反應溫度：120 oC、140 oC、160 oC、190 oC；持溫時間：1分、4分15秒、5分30秒、15分)，合成四種不同結晶顆粒之二氧化鈦，以XRD估算其結晶顆粒大小，分別為4.5、8.0、11.5、及15 nm，經上述一些材料分析分析其性質，接著再應用於照光分解亞甲基藍(MB)來測其光催化活性，而光降解結果為隨著結晶顆粒粒徑變大，光催化活性越好。而結晶顆粒最大的15 nm其結晶性最好，照射紫外光後能激發電子躍上導帶的數目多，因而其光催化活性表現最好。 而因微波水熱合成奈米級二氧化鈦易生聚集現象，此章節成功利用二氧化鈦硝酸溶液經微波水熱(100 w、80 oC、2小時)之酸處理分散聚集之二氧化鈦，並測試光電化學行為。分散前後光電壓由-0.33 V增至-0.4 V，光電流也由4.7×10-6 A 增至1.5×10-5 A，因分散後粒子分佈較均勻，提高對光線之吸收效率，且孔洞體積增大(直徑由3.8 nm增至23 nm)利於電解質進出接觸二氧化鈦粒子之表面，能快速調適維持電荷平衡，因而使更多電子被激發跳上導帶，傳送至導線被接收偵測，而大大提升光電壓及光電流。

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發展適合C型肝炎病毒感染之細胞培養模式

目前最先進的C型肝炎病毒體外培養系統就屬HCV-JFH1病毒株或是JFH1嵌合體的病毒株感染肝癌細胞株Huh7。對於JFH1以外的病毒株包括一般病人血清的HCV，都較難在Huh7細胞中複製與增殖。因此發展適合所有基因型HCV感染的細胞培養系統是非常重要的。一般最適合提供HCV感染的宿主細胞還是以具有高度分化的人類初代肝細胞 (human primary hepatocyte) 最佳，但是此類細胞的培養與功能的維持相當困難。因此本研究試圖利用幹細胞分化技術，分化間質幹細胞成為具有高度分化程度的肝臟細胞，以期能替代人類初代肝細胞成為HCV的宿主細胞。為此我們設計以白蛋白 (albumin；ALB) 與甲胎蛋白 (α-fetoprotein；AFP) 之調控元件為基礎，驅動表現分泌性鹼性磷酸酶白蛋 (secreted alkaline phosphatase；SEAP)，發展高效率細胞模式篩選平台可以篩檢具有肝分化潛能之小分子化合物，分別有Huh7-ePALB-SEAP和Huh7-ePAFP-SEAP兩株細胞。透過新穎小分子化合物的添加，誘導間質幹細胞走向高分化程度的肝臟細胞。分析系統的統計學參數Z' factor其值都大於0.5，表示適合進行高效率篩選程序。接著，我們進行小規模的化合物 (2000個化合物) 篩選。我們發現harmine和許多類固醇分別可以誘導ALB和AFP調控元件增加SEAP活性，可是卻不能有效地改進間質幹細胞的肝分化程度以及對HCV-JFH1的感受性。雖然尚未發現可以具肝分化潛能之小分子化合物，但此系統提供作為一個高效率的篩選平台，因此也不排除再篩選大量化合物庫的可能性。 另外，我們也設計一套可以有效監測JFH1病毒於細胞內活動的報導系統 (reporter system)，透過化合物篩選方式搜尋影響病毒生命週期的小分子化合物，例如抑制病毒活動和活化病毒生命週期的化合物。報導系統的設計概念是以HCV NS3/4A蛋白酶的作用機制為基礎，建構綠螢光蛋白 (enhanced green fluorescent protein；EGFP) 基因連接NS4B/NS5A序列與SEAP基因的報導基因，EG(△4B5A)SEAP，並轉染於Huh7.5細胞株產生Huh7.5-EG(△4B5A)SEAP。NS4B/NS5A連接胜肽是NS3/4A蛋白酶切割的位置，經過JFH1感染後可以使SEAP分泌到細胞外並方便被我們偵測。我們最佳化了此系統的分析條件，發現JFH1病毒於感染後第六天有較顯著性的SEAP活性產生，同時也利用已知的抗病毒藥物，分別對於病毒的進入 (entry)、複製 (replication) 和分泌 (secretion) 進行測試，都呈現出很好的抑制效果。系統的統計學參數Z' factor亦大於0.5，可作為高效率篩選的平台。對於發展抗病毒藥物以及應用於改進HCV細胞培養的條件，提供了一個穩健的分析方法。本研究亦利用此分析方法，小量分析39個類固醇化合物，發現triamcinolone acetonide (TA) 可以有效的增加細胞中HCV的NS3蛋白酶表現量和病毒基因組的複製量。TA或許可以提供作為改進HCV細胞培養的小分子化合物之ㄧ。

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軟性電子之印刷式奈米材料與元件研究

本研究目的為製備可應用於軟性電子之功能性奈米材料，最後整合這些奈米材料以噴墨法製作全噴印電子元件，工作內容有奈米材料微粒合成、材料分析、奈米級分散、噴墨技術、材料電性測量等，內容分為四部分。 一、奈米銀粒徑控制與特性研究 本研究首先使用還原力強之硼氫化鈉作為還原劑，以PVP作為分散劑，成功製備出平均粒徑介於9nm - 100nm間之奈米銀。藉由分析此一系列不同平均粒徑奈米銀，吾人對奈米銀的粒徑與導電特性作了完整的解釋。由TGA分析計算出PVP在奈米銀表面之飽和吸附量約5mg/m2，厚約4.2nm，事實上奈米銀的燒結與導電特性皆受到PVP包覆層的影響。平均粒徑大於60nm之奈米銀因其中PVP所佔體積分率低於粒子堆積孔隙率，在常溫乾燥後有最佳導電率約1x10-4Ω-cm，平均粒徑小於15nm之奈米銀則因PVP體積分率過高，銀微粒呈現彼此無接觸之均勻分散而無法導電。加熱有助於改善導電率，在200℃以下是為PVP中水分移除與銀微粒中晶粒燒結，當加熱到200℃時銀催化部分PVP在較低溫分解，使銀顆粒得以接觸，熱處理溫度達250℃以上時因銀催化大部分PVP分解，故即使PVP含量很高之銀膠體亦可形成導電膜。 二、奈米銀佈線之無電電鍍銅電路製作研究 研究顯示銅成膜品質受銀微粒之單位面積分佈量影響，每平方公分109個粒子以上較佳。當所使用之奈米銀粒徑為50nm時，噴墨塗佈催化層之銀墨水銀含量需高於1wt%，而當使用之奈米銀平均粒徑為20nm時銀含量僅需0.1wt%效果即十分良好。此奈米銀催化之銅鍍層可與物理方法粗糙化之PET表面形成很好的附著，而基材粗糙度Ra在0.4μm以下銅鍍層表面較平整，銅膜電阻率約為2μΩ-cm與純銅接近。使用電腦控制繪圖機在預處理之PET表面塗佈奈米銀塗佈線路，經無電電鍍銅可獲得與原圖案相同且附著良好之銅導線。 三、奈米InGaZnO製備與其溶液法薄膜電晶體特性研究 本實驗藉由控制共沈澱程序獲得勻相之In-Ga-Zn氫氧化物，再分別以鍛燒法獲得平均20nm 之非結晶及平均60nm之結晶相InGaZnO粒子 以水熱法獲得平均60nm之含結晶水之In-Ga-Zn化合物微粒。後續以CMC及PAA-NH4將奈米粒子穩定分散於水溶液中，以PVB將奈米粒子穩定分散於醇類溶液中，達到了能夠塗佈成膜的目的。而此IGZO膠體溶液所製備薄膜電晶體顯示出具有因電場大小而開關電流的特性，其載子遷移率為1.3~2.3cmV-1s-1，遠優於使用純氧化鋅製作之TFT，極具實用價值。 四、全噴墨式電子元件技術研究 最後本研究則整合了奈米銀噴墨、奈米太酸鋇噴墨、奈米IGZO噴墨，利用商用印表機製作出全噴墨之電子元件，包含導線、薄膜電容器、薄膜電晶體等，而如整合薄膜電容器與薄膜電晶體則可形成一個記憶體單元。

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全基因組序列定序技術與反向工程方法應用於研究異丁醇高耐受度大腸桿菌

Recently, interest in the production of isobutanol as a potential substitute for gasoline has risen. Previously, Escherichia coli has been metabolically engineered to produce isobutanol, which reached more than 20g/L in the optimized pathways. Here we aim to identify genotype-phenotype relationships in a strain of E. coli tolerant to high concentrations of isobutanol. In this study, we combined cell evolution with whole genome sequencing technology to identify genotypes potentially conferring isobutanol tolerance phenotype from isolated mutant and the experimental verification confirms gene acrA, gatY, tnaA, marC-marRAB, yhbJ are responsible for isobutanol tolerance phenotype. Further investigation showed inactivation of the AcrAB/TolC multidrug efflux transport and MarC-MarRAB multiple antibiotic resistance systems increase isobutanol tolerance. Additionally, the inactivation of YhbJ, which regulates the synthesis of glucosamine-6-phosphate, leads to increased isobutanol tolerance. Two additional gene knockouts, gatY and tnaA, were also identified as key elements for isobutanol tolerance. We successfully reconstructed E. coli strains with increased tolerance to isobutanol by combining these five deletions. In addition, the comparison of isobutanol response and other solvent stress is discussed. Lastly, our isobutanol production data showed no elevated productivity in isobutanol tolerant mutant, which suggests the productivity may not correlate to the tolerance at the growth phase but in stationary phase. The approach described here could apply to comprehensive chemical tolerances of microorganisms and provide a general framework to design and construct tolerant mutants.

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全寡分子聚合物電解質於染料敏化太陽能電池之研究

本論文研究一系列含氧烷基(ethylene oxide)官能基之聚合物作為染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cells, DSSC)之非揮發性、高穩定性電解液。此高分子以氧烷基作為電子提供者，藉由和帶正電金屬離子例如鋰離子產生凡得瓦力吸引，幫助碘負離子解離出來。此高分子不僅有助於離子傳遞及氧化還原進行，並且扮以一¨溶劑¨之角色，電解質中毋須再加入其他溶劑來幫助解離，同時保留聚合物之高機械性質、高穩定性、低揮發性且利於加工之諸多優點，別於其他固態(不含溶劑)電解質，其優勢在於原物料便宜且合成容易。因此，此乃極具潛力作為DSSCs中之非揮發性固態電解質。 本研究首先開發出兩種新型固態高分子電解質，主要以聚矽氧烷(poly(methyl hydrosiloxane), PMHS) 為主鏈與含氧烷基之壓克力型寡聚物(Poly(ethyl glycol) methyl ether methacrylate, PEGMEMA)所構成之共聚物(PSEO)，利用聚矽氧烷之低玻璃轉移溫度特性來修飾並改善聚氧烷聚合物高結晶度問題，幫助離子可以在不含溶劑時順利傳遞。合成之固態共聚物其黏度為10.48 Pa-S(為水之三百萬倍)，黏度太高嚴重造成離子傳遞困難，使得導電度在常溫下只有10-5 S/cm，遠低於傳統有機溶劑(~10-2 S/cm)。為了改善此情況，於是藉重複單位(repeating unit)較少之PMHS合成出較小黏度之新共聚物(NPSEO)，其黏度大幅降低至115.94 Pa-S，將其與氧化還原對混合成電解質並實際組成DSSC以測試其光電轉換效能，發現仍然成效不佳，室溫效率僅為0.3%，仍然無法擺脫固態高分子文獻中低轉換效率的困境。 為了擺脫高分子固化造成黏度過高的缺點，改以僅用PEGMEMA混以氧化還原對及PMII(3-propyl-methylimidazolium chloride)成二元電解質。其實驗結果顯示：目前電池效能最高可達Jsc=9.89 mAcm-2, Voc=0.62 mV, ff=0.57,η= 3.51 %，其室溫下導電度約為1.16 mS/cm，I3-之擴散係數高達4.98*10-7cm2/S，其兩項指標可比擬文獻中以EMIBCN/PMII混合之二元離子液體電解質以及其他以純聚合物加上PMII混參之類似系統。在經過室溫下的長效測試後，電池性能也具有一定穩定性。除此之外，論文中並將這一系列聚氧烷聚合物電解質做研究，包含黏度、導電度以及I3-之擴散係數等。綜合以上成果，本研究最後成功開發出一種新型無任何溶劑添加之聚合物電解質，其高導電度以及高穩定性以及物料便宜之特性，實為一極具潛力之電解質。

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腸病毒71型疫苗的開發：類病毒顆粒穩定性之探討

先前本實驗室已經證實利用桿狀病毒/昆蟲細胞表現系統所生產出的類病毒顆粒(virus-like particles，VLP)能有效誘發體內的免疫反應，且對於多種不同株的腸病毒71型皆有良好的中和效果，顯示類病毒顆粒確實有作為腸病毒71型疫苗的潛力。在本研究中，首先我們建立類病毒顆粒穩定性檢驗分析平台，同時進行類病毒顆粒的穩定性分析，並探討能增加其穩定性的最適化條件。在第一階段的研究中，我們利用粒徑分析儀及穿透式電子顯微鏡測量與觀察類病毒顆粒的動態特性（hydrodynamic properties）。首先，我們探討不同濃度的NaCl溶液、不同種類的緩衝溶液及穩定劑對於類病毒顆粒在4C環境下穩定性之影響，以粒徑分析儀分析類病毒顆粒的粒徑大小是否會隨著保存時間增加而變化，做為穩定性的判斷依據。而在第二階段的研究，我們採用酵素連結免疫吸附分析法分析類病毒顆粒的in-vitro antigenicity變化，評估在不同的保存條件下，類病毒顆粒隨著時間增加是否仍保持其活性，具有誘發免疫反應的能力。實驗結果顯示，類病毒顆粒的保存濃度會影響其穩定性，類病毒顆粒濃度越高，其穩定性越好，而類病毒顆粒在4C的保存環境中，保存後第5個月後仍具有極大的穩定性，添加穩定劑對於增加類病毒顆粒穩定性並無顯著效果。此外，類病毒顆粒保存於不同的緩衝溶液中也仍具有高度的穩定性，因此在生產、純化及最後保存類病毒顆粒的製程中，我們所使用的緩衝溶液並不會影響類病毒顆粒的穩定性，進而造成生產產率上的損失以及影響純化結果。因此，保存於4C及sodium phosphate (pH 6.5)溶液中是一個相當適合類病毒顆粒的環境，使得類病毒顆粒能維持高度的穩定性。綜合上述結果，本研究證實了在類病毒顆粒各個不同階段的的製程中，類病毒顆粒仍呈現穩定的狀態，也證實類病毒顆粒在4C之保存環境下非常穩定，不需額外添加穩定劑以增加其穩定性。

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以分子動力學模擬奈米噴流技術

微奈米元件隨著奈米製造技術而蓬勃發展。然而，開發過程中 將遭遇到實驗和傳統連續力學方法不可分析或預測的問題。本研究 推廣流變學分析技術之應用範圍至奈米等級，選擇分子動力學模擬 作為基本理論架構，以奈米噴墨加工系統作為載具進行奈米製程的 探討。初步，對高分子材料的黏彈及流變材料性質做驗證，包含: 模擬高分子模擬玻璃轉化現象，分析奈米高分子剪切系統的流變性 質及黏彈特性。並應用平行化技術以加速程式運算的效率。之後將 研究方法推廣至奈米噴流系統，並討論不同推擠速度、推擠週期及 表面作用力對噴流過程的影響。本研究將對奈米尺度的加工提供進 一步的了解。未來可以藉此深入了解奈米流場下流動的特性，以期 將對分子動力學理論分析模擬的經驗擴展到其他奈米流變學行為， 掌握奈米精密加工製程關鍵技術。

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殘氣之多變量分析在濺鍍製程監控的應用

LCD has been the most developing industry in Taiwan in the latest decades and is facing not only quality and cost problem when production increase and enlargement of panel size but also the fierce competitions come from other countries. Array process in LCD manufacturing is similar to semiconductor manufacturing process, where multivariable analysis has been applied on the monitoring and fault detection and has numbers of successful cases regarding process diagnosis and control. Splash is fine melt particles formed in the sputtering process which reduce quality of products. And more than one factor lead to this defect. Analysis of residual gas is used to attribute the root factor of splash. First, it is necessary to decrease the dimensions of such a considerable dataset in batch process. Variables are chosen based on operation recipe or the physical meaning and separated to mean part, time scaling and residual. Obvious decay trends are discovered in time scaling, which is also regards as an important factor causing splash. A key residual gas V13 largely increases after preventive maintenance (PM) of equipment and lead to splash. Moreover, when V13 is back to a stable state, other two residual gases with high value are found leading to a high probability of splash. Besides, a multivariable analysis is applied on the residuals to examine that no incorrect operation causes splash.