清華大學生醫工程與環境科學系學位論文
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本論文研究分成兩個部份，第一部份為利用不鏽鋼瓶/自動化去分析環境中的揮發性氣體及量測不同的污染來源，所設計的自動化氣相層析質譜分析系統可同時準確分析廣泛的物種(C2-C10 HCs、CFCs、TO-14A及TO-15)約百餘種之非極性物種及部分的極性物種，且因系統高度自動化，在提高分析品質及節省人力、時間方面較現今相關分析方法(TO-14A、TO-15、NIEA A715.11B)優越，大部份目標化合物再現性在3% 以內，而實際方法偵測極限約為1pptv~0.1ppbv，在實測部分，包含應用於瞭解都會區、高科技園區、廢水處理廠及加油站周圍環境中污染物濃度的空間分布趨勢。量測所得之數據配合氣象及地形等相關資料進一步深入探討，用以建立各污染源指紋圖譜、各項評估及特殊指標的應用。 第二部份為利用超臨界流體及高壓水萃取技術去萃取傳統中草藥(大黃及蛇苺)中的有效成分，為純化其有效成分及建立指紋圖譜，本研究利用液相層析技術來分離純化，在蛇苺萃取研究方面，顯示不同季節的蛇苺其有效成分含量分佈比例不同，夏季蛇苺成份具有抗癌的效果，而冬季蛇苺則具有良好的抗氧化能力，在大黃的萃取研究方面，本研究建立一快速分離大黃中有效成分大黃酚的萃取純化方法，乃利用超臨界流體萃取搭配製備級的液相層析技術可以快速且大量的分離出大黃中有效成分大黃酚。
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Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) has been applied to elemental determination in blood samples. Determination of the elemental concentrations in human body fluid is important recently, since the unusual concentrations of elements imply the information in health. It is well known that children are especially sensitive to the toxic effects of lead (especially under the age of 5), since compared with adults, a greater proportion of systemically circulating lead reaches the brain, and results in damage of the vulnerably developing nervous system. In this study, we try to determine elements in blood using LA-ICP-MS. Several parameters including sample preparation (spot size and dilution method) and laser system (laser energy, defocus distance, dwell time and intersite pause) were studied. Solution nebulization is the usual sample introduction method for elemental analysis by ICP-MS, but the use of the direct laser ablation of solids has grown very rapidly. LA-ICP-MS is a novel method for the determination of elements in blood. 0.5 μL of blood samples were deposited onto a hydrophobic PTFE filter, which was then placed under atmosphere and dried. Little pretreatment is needed, so that an introduction of contamination through sample pretreatment can be avoided. In order to ablate the blood spots completely with the PTFE filter intact, a parameter of 2 mm defocus distance was selected to maximize the width of the laser beam and produce a relatively large stable signal. Although the LA-ICP-MS has many advantages, quantitative analysis remains problematic due to the lack of matrix-matched solid standards for calibration. In addition to the development of micro-droplet standard solution calibration, dilution of high concentration blood standard reference material and multi-element standard solution were used.
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雷射剝蝕技術常應用於固體樣品分析，雷射剝蝕結合感應耦合電漿質譜儀 (LA-ICP-MS)為一具有強而有力的分析技術。LA-ICP-MS 的優點包括：可以直接分析固體樣品、具有高靈敏度、樣品分析速度快、可進行微區分析和縱深分析。本研究將液體樣品預先與甲基藍 (Methylene blue) 混合，定體積的樣品滴於鐵氟龍濾紙上，並將其乾燥後，以LA-ICP-MS進行定量分析。本研究所提出之分析技術，可同時分析多種元素含量，且幾乎不需要額外的樣品前處理程序，因此，可避免因為形成揮發性物質而使待測物遺失，同時也降低污染導入的風險；此外，在五分鐘內，可以同時完成濾紙樣品上15個元素的分析。研究結果發現，在雷射波長213 nm 的狀態下，將雷射系統參數做以下的設定：100%雷射能量，2 mm 離焦距離(defocus distance)，20 Hz 重複速率(repetition rate) 和8秒停留時間(dwell time)，可以將乾掉的液滴樣品完全剝蝕。本研究利用外標法和標準添加法進行LA-ICP-MS定量分析的研究，研究結果顯示，可得到很好的精密度(RSD<10%)和高回收率(95-105 %)，另外檢量線線性的相關係數皆很高(0.9922-0.9998)，偵測極限可低至0.04-0.81 ng mL-1，因此本研究所提出之分析技術在未來可以應用於任何液體樣品的定量分析。本研究亦針對真實環境樣品進行採樣分析，包括瓶裝水、自來水、游泳池水、湖水和模擬廢水；實驗結果顯示，儘管是在高濃度的有機物和無機物的基質中，待測物的訊號並不太會受到影響。
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摘要 正子斷層掃描提供核醫藥物在活體內的活度分佈，除了可獲得功能性的影像，還可進而利用其資訊進行藥物動力學與癌症治療等相關研究，所以廣泛的為前臨床實驗與臨床診斷所使用。然而對於小動物正子斷層掃描，由於光子數的限制造成較大的影像雜訊。因此如何選擇快速兼具穩定的影像重建方法，仍是一個很重要的議題。 本研究的目的為探討序列子集疉代式影像重建法的效能。臨床上最常使用的演算法為序列子集均值與最佳化演算法(OSEM)，由於此演算法將收斂速度大幅提升；列運算最大相似度演算法(RAMLA)利用鬆弛係數於每一次疊代中控制運算，使重建影像可穩定收斂至真實值；收斂序列子集均值最大化演算法(COSEM)則是利用完整資料的觀念重新推導相似度函數而來，可達到穩定收斂且避免鬆弛係數選擇的問題。實驗中除了利用假體影像進行驗證，也使用Siemens Inveon MicroPET小動物的正子斷層掃描儀進行大鼠實驗得到的正弦圖來研究這三種演算法的收斂特性與可行性。 從結果中可發現列運算最大相似度演算法重建的影像與其他三種演算法相比，兼具著高速率與穩定性，在相同的資料運算量及耗時下，列運算演算法更適用在小動物正子斷層掃描。
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正子斷層造影掃描是在核子醫學上一項非侵襲性的檢查技術，提供臨床上功能性生理資訊。目前常用三維擷取模式來提高造影的靈敏度，但隨機與散射同符事件因此提高。一般隨機事件修正是利用即時的延遲時間窗修正法；散射事件修正是利用單次散射光子模擬法，然而以上修正法皆有缺失影響修正後的準確性。為有效矯正正子造影非真實事件，在此提出利用蒙地卡羅模擬旋繞式射束阻擋裝置修正法。 本研究使用GATE蒙地卡羅軟體模擬microPET R4系統以及射束阻擋修正法。利用射束阻擋裝置在不同角度下兩組正旋圖受檔塊遮蔽下的資訊，交叉計算出其非真實事件的貢獻量，因非真實事件分布是緩慢變化函數，所以可根據擋塊遮蔽部份的取樣點利用cubic-spline內插法得到整張正弦圖中非真實事件分布情形，再進行矯正。 本實驗研究優點在提出能窗範圍較大靈敏度提升的同時，掃描時間保持固定，射束修正法矯正的非真實事件分率31.55%與蒙地卡羅非真實事件分率29.62%的結果相近。旋繞式射束阻擋法是個方便、有效的修正方式，相信本研究所提出的矯正法是更適合於正子斷層造影臨床上應用。
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Recently, the temporal clustering analysis (TCA) method is introduced to analyze functional MRI (fMRI) data without any priori information about the activation patterns or the experimental paradigms. It has been successfully applied to situation where the timing of events of interesting is not known. However, the useful information regarding the spatial correlation of the activation pixels with its neighbors is not taken into account in the original TCA method. In this study, we propose a new method called “STCA” which incorporates the spatial information with TCA method to improve the sensitivity in detecting the time window. The spatial information is defined as the correlation coefficient of the time activity curve between each pixel and its neighbors. The inclusion of spatial information can effectively reduce the contribution from noisy pixel and enhance the sensitivity. Both simulated data and in vivo fMRI experiments are tested to verify the method. Preliminary results show that the proposed method has increased the sensitivity by 24% for in vivo fMRI data in detecting the activation response time
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建立以直線加速器為基礎可廣泛使用之小動物照射系統是臨床動物實驗的一個重要的過程，本文為電子照射系統發展之初步研究，主要探討6 MeV與18 MeV電子射束於小照野下之劑量分佈與特性。本研究提出以電子射束來取代先前研究者使用的光子射束來發展此一系統。在Varian 2100 C/D直線加速器上建立小動物照射系統，並以6×6 cm2電子照射筒下方放置不同大小的鉛合金擋塊限制出小照野（直徑30 mm、14 mm、6 mm、4 mm圓形照野），之後以蒙地卡羅BEAMnrc06模擬程式模擬6 MeV與18 MeV電子射束於小照野下之劑量分佈，使用diamond detector與XV film分別測量直徑30 mm與4 mm小照野下之劑量分佈與輸出因子，以驗證模擬系統的準確性。研究結果顯示，diamond detector測量直徑30 mm圓形照野之百分深度劑量曲線與模擬結果差異為±2.2%，劑量剖面之FWHM差異小於0.5 mm，然而因偵檢器解析度限制，使直徑4 mm照野下百分深度劑量曲線與模擬不盡相符，劑量剖面差異有1.2 mm；此外，模擬6 MeV與18 MeV電子射束在直徑4 mm圓形照野下，R90深度之半高全寬分別為8.1 mm與4.7 mm，輸出因子分別為0.13與0.61，說明了使用電子射束照射小動物的可行性。
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光學同調斷層掃描儀(optical coherence tomography, OCT)是一種新發展的技術，且能夠產生高解析度的影像。系統的縱向解析度常常是決定於參考端與樣本端兩臂干涉波包訊號的半高全寬值(full width half maximum, FWHM)，但波包內有干涉強度的條紋變化，如果利用這些條紋的變化來做量測，那將會得到更好的縱向解析度。為了同時得到能夠測量較長範圍的光程變化測量以及高解析度的優點，我們利用低同調干涉波包的移動來測量折射率隨濃度的變化，以及用波包內的干涉條紋變化來測量折射率隨溫度的改變。實驗結果得到折射率與濃度呈現一個線性正比的關係，而折射率與溫度則呈現一個線性反比的關係。除了以上的測量外，我們還讓此儀器做更進一步的應用，來測量不同地區湖水中的折射率，藉著所測量到的折射率高低來評斷水質中的污染程度，提供一個新穎的檢測方式。
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摘要 利用1H(19F,αγ)16O核反應分析技術研究絕熱膨脹效應水氣吸附現象。實驗中遭逢的問題有二次電子影響離子電流量測與氣體阻擋本領造成能量損失而未達共振能量。本文設計離子束引出管和改變入射離子能量方法，研究測試改善的效果並進行分析比較。 離子電流量測時因二次電子干擾量測準確性，使用離子束引出管於實驗腔氣壓為10-6mbar環境下，藉由A段加-100V偏壓以避免管路上的二次電子撞擊樣品而被量測；B段加-120V即可有效抑制離子束撞擊樣品表面產生之二次電子，本實驗結果得到一個氟離子撞擊樣品表面約會產生16個二次電子。能量損失估計實驗，結果顯示實驗腔曝入氦氣0.26mbar和0.52mbar時，離子束能量損失分別為59.4keV與133keV，並藉由能量損失與氣壓模擬計算得到等效長度之比較，證實能量損失來自於氣體的阻擋本領。 本文最後使用氬氣直流輝光放電清洗藉以降低樣品背景值，結果顯示放電離子劑量累積至3.3×1019ion/cm2時，可降低樣品背景訊號達85%。絕熱膨脹效應實驗結果方面，證明曝入氣體(氦氣或氮氣)與水氣混合後，抽氣造成的絕熱膨脹效應會增加水氣吸附於樣品表面。
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中文摘要 本研究論文是針對於發展氨基核苷類似物(4',4'-α/β-bis-aminomethyl uridine)為核心藥物，更進一步的將核心化合物與各式各樣的羧酸(carboxylic acids)進行耦合而得到多種醯氨基核苷類似物，並且用來提供在生物活性測試上的藥物篩選。 首先，先在尿苷(uridine)的5'端上的氫氧基和2'、3'的氫氧基上分別以TBDMSCl和BnBr各作上了保護基，接下來再使用三氟醋酸將5'端上的矽保護基除去，並且使用了ethyldimethylaminopropylcarbodiimine (EDC)將5'端上的氫氧基進行氧化成醛基化合物，卻失敗了，可觀察出由於兩個大基團Benzyl的立體阻擋而造成親核性的降低。所以我們選用了Dess-Martin reagent氧化試劑，其可成功地將主要的氫氧基氧化成醛基，其產率為46%。再來利用aldol condensation的反應合成出4',4'-hydroxymethyl uridine，產率為66%。 此外，成功地在5'端作上了OTs(tosyl)離去基，再以LiN3(Lithium azide)進行對OTs的取代反應，卻未如預期進行。推測6'端上裸露出來的OH基團上的氫原子與LiN3進行了酸鹼反應而降低了LiN3對OTs離去基的親核效益。那未來或許可以採用先將6'端上裸露出來的OH基團進行OAc(acetyl)的保護措施，來提高LiN3對OTs離去基的親核效益。 III 依照王仁聰碩士論文的合成步驟成功地將5',6'-di-azido合成出來，並且有良好的產率為85%。接下來，使用了還原催化劑(Pd/C)進行除去保護基的反應，卻發現到此還原催化劑(Pd/C)的催化效果較為緩和以致於不能將2',3'-dibenzyl的保護基除去，所以，就使用了效果較為強烈的還原催化劑[Pd(OH)2/C]，如此將5',6'-di-azido的官能基還原成NH2 (amino group)也順利將2',3'-dibenzyl的保護基除去，此外也發現到鹼基上5,6位置的碳碳雙鍵被還原成單鍵而形成了化合物4',4'-α/β-aminomethyl dihydrouridine，其產率為41%。 從商購到的尿苷(uridine)到意外得到的產物4',4'-α/β-aminomethyl dihydrouridine其總產率為5%。其後將繼續提供作為與羧酸系列進行耦合的化合物。
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