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以TDS及FTIR方法探討鋁合金樣品之水氣吸附

本論文利用FTIR系統，測量紅外光吸收峰值轉換為水分子層數之校正因子，以得到水分子吸附量。並且也在該系統上建立熱脫附系統，進行熱脫附分析，定量熱脫附過程中水分子脫附量，比較二者差異。 在FTIR系統進行偏振調變紅外光反射吸收光譜之量測中，利用殘餘氣體分析儀以及游離式真空計，得到殘餘氣體分析儀水氣信號之電流強度轉換水氣分壓因子為1.1x10^6Pa/A。在冰膜實驗中，利用液態氮冷卻樣品，使凝結係數近似為1，帶入氣體動力公式計算吸附層數，得到轉換光譜吸收峰值對水分子層數校正因子約為7.5±54%。 在熱脫附實驗中，建立了紅外光加熱系統，並且重新設計載具與樣品，使樣品溫度能夠等速率上升至550℃，以便可以同時進行FTIR以及熱脫附分析，當固定升溫速率為0.25˚K/s，可以得到在溫度約342℃與413℃時，存在脫附尖峰，其脫附能為(39.9±5%) kcal/mol以及(46.9±1.5%) kcal/mol。而在溫度377℃時雖有脫附峰值，但此峰值來自載具的脫附影響，無法計算脫附能。由熱脫附譜圖分析，得知0℃以下和0℃以上之熱脫附量，分別為2.9x10^13和8.6x10^17個水分子。然而FTIR分析樣品表面水分子吸附量約為1.3x10^16個水分子。其中加熱之紅外光會影響FTIR之偵檢器的訊號的程度，以及樣品載具熱脫附釋氣的干擾可能是差異的主因。

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具增強腫瘤組織滲透與細胞吞噬之智慧型表面電荷轉換奈米給藥傳輸系統應用於影像導引之光熱及化學複合式腫瘤治療

因申請專利緣故，資料延後公開

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極低頻電磁場對於不同人類角質細胞之生物效應研究

在現代生活中，由於家用電器地使用越來越普及，人類已不知不覺暴露於家用電器產生的極低頻電磁場(extremely low-frequency electromagnetic fields；ELF-EMFs) 中。因此，近三十年來，極低頻電磁場是否會危害人類的健康也受到大眾媒體與科學家廣泛關注與討論。對於極低頻電磁場所造成的生物效應研究常有不同的結論，然而這些不一致的結果可能由於不同的實驗條件，例如：實驗對象、照射條件(連續或間歇性)、照射時間及沒有嚴謹的電磁波磁場照射系統(例如：溫度控制及照射環境控制)所導致。在本研究中，我們透過基因表現、蛋白質表現及細胞層級等不同實驗方法，探討極低頻電磁場對於人類角質細胞之生物效應，證實人類皮膚角質細胞Immortalized nontumorigenic human keratinocytes (HaCaT; p53-mutated type)在1.5 mT，60 Hz 極低頻電磁場照射144 小時，會觸發ATM-Chk2-p21 pathway抑制細胞生長，引起細胞G1 phase arrest而降低細胞增生能力。透過西方墨點法，得知極低頻電磁場引發ATM/Chk2 signaling cascades，增加p21蛋白質表現量。相對地，利用siRNA將CHK2 基因 knockdown後，HaCaT 細胞之G1 phase arrest現象即消失。因此，本研究認為極低頻電磁場影響ATM-Chk2-p21 pathway造成HaCaT 細胞發生G1 phase arrest。 進一步，利用相同的照射系統與實驗設計，評估極低頻電磁場是否會在不同的人類皮膚角質細胞primary normal human epidermal keratinocytes (NHEK; primary type)造成相似於HaCaT 細胞之效應。實驗結果證實，極低頻電磁場不會影響NHEK 細胞之細胞生長、細胞增生、細胞週期分布及ATM signaling pathway。本研究發現兩種不同的人類皮膚角質細胞對於極低頻電磁場有不同的反應。進一步以極低頻電磁場同時照射HaCaT細胞與 NHEK細胞168 小時，觀察細胞之生長曲線，其結果呈現相同結論。 因此，本研究經嚴謹測試之磁場照射控制系統，以基因表現、蛋白質表現及細胞層級等方法證實不同的細胞株對於極低頻電磁場有不同的反應(cell type specific response)，這可能是目前極低頻電磁場呈現出不一致生物效應現象的原因之一。

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以經驗模態分解改善時序基因晶片數據的週期訊號偵測與一個迴圈式實驗設計的基因晶片數據分析平台

隨著微陣列基因晶片的科技進步，我們可以同時量測多達數萬個基因的表現。藉由在時序基因晶片實驗中尋找與探討具有週期表現的基因，可以幫助我們進一步了解，基因在轉譯體內所扮演的重要角色、以及其調控的機制。但是，時序基因晶片數據充滿著大量的雜訊。我們目前並沒有深入的了解，時序數據的結構是如何影響週期性訊號偵測方法的效能表現。 本論文針對在時序基因晶片數據分析中，所面對的主要問題，並提出以經驗模態分解為基礎的新計算方法來探討這些難題。這些方法包括了：(1) 一個量化時序數據中震動複雜度的量測指標、(2) 一個在時序數據中搜尋週期性結構模式的演算方法，以及 (3) 建構週期性表現基因的蛋白質共同表現網路。 我們將這些新方法應用一組已發表、探討酵母菌代謝週期的實驗數據上。我們解析每個基因時序數據中的本徵模式函數，並評估週期性訊號偵測方法的效能表現。我們的結果顯示，在原始發表的數據分析結果中，可能遺漏了多達1,469個週期表現的基因。而造成無法辨識這些週期表現基因的原因是：從時序數據中解析得出的本徵模式函數之間的干擾。這些無法被辨識的週期表現基因的功能以核醣體新生、核醣核酸加工為主。另外，藉由進一步分析部分基因的蛋白質共同表現網路，我們驗證了其中56個週期表現基因。我們的結論顯示，經驗模態分解可以應用於時序基因晶片數據分析，改善既有的週期性訊號偵測方法。在未來，還可以應用於其他的時序基因晶片數據。 另外，在過去的文獻中曾指出，相較於基準參考式設計，迴圈式設計是更有效率、更可行的基因晶片實驗設計方法。但是，目前應用於迴圈設計基因晶片實驗的網站式數據分析工具是有限的。因此，我們依據迴圈設計基因晶片實驗所需求的統計與演算方法，建構了一個數據分析網站, THEME。它提了完整的工具，用來評估與視覺化基因晶片實驗數據的品質控管。透過直覺化的操作介面與流程，讓以生物學家為主的使用者，從上傳原始數據、到藉由複雜的統計分析來篩選具有顯著差異表現的基因，都可以輕鬆地完成。

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具光熱應答性乳鐵蛋白修飾奈米豌豆應用於雷射刺激藥物釋放、腫瘤標靶與光熱/化學協同治療

因申請專利緣故，資料延後公開

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台灣及泰國山區的大氣中真菌之化學特性研究

因申請專利緣故，資料延後公開

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發展放射性氟標幟之fenbufen boron pinacol與celecoxib藥物應用於正子斷層掃描造影與硼中子捕獲治療

因申請專利緣故，資料延後公開

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以TDS及PMIRRAS方法探討鋁合金樣品表面水氣吸附機制

本論文利用PMIRRAS以及TDS系統測量鋁樣品表面吸附的水氣訊號，以澄清兩種方法在測量水氣訊號上有差異的原因。在TDS實驗樣品升溫中，利用遮蔽PMIRRAS光路的方式避開加熱紅外光對PMIRRAS光譜的干擾，以確認PMIRRAS光譜測量的可信度。 從高曝水量實驗結果及低曝水量情況之TDS和PMIRRAS實驗中， PMIRRAS無法測量到高溫才從表面脫附的水氣存在，依PMIRRAS實驗原理推測，此時樣品表面吸附的水氣電偶極可能以水平方向平躺於樣品表面，實際原因值得進一步澄清。本實驗的另一結果顯示，在高與低曝水量下的TDS水氣總脫附量皆遠小於依氣體動力論(假設等向分布)所計算的水氣吸附層數，推測原因為大型載台將TDS初期樣品脫附的大量水氣吸回，或是等向氣體動力模型有修正的必要，亦或凝結係數和表面吸附量有關而導致誤差。 本論文中發現，TDS過程中的實驗數據精確度可再加改善，依實驗結果估計，若將樣品載台面積減小至約2 cm2，且載台溫度合理的控制在172~177 K 之間，來自載台的干擾比例應可降至樣品水氣訊號的10 %以下。

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開發新式磁性奈米材料進行人類幹細胞工程及其於癌症治療與軟骨分化之應用

基因轉染技術可透過調控細胞內基因表現而改變細胞生長、遷移或凋亡以應用於疾病治療。過去十年來，人類間質幹細胞 (hMSCs)在腫瘤治療與再生醫學領域的應用極受矚目，結合基因轉染技術將可進一步地調控幹細胞基因表達而獲取更佳的醫學應用效果。其中開發可針對hMSCs進行安全且高效率的基因轉染工具是一項重要課題。 本研究開發高分子-氧化鐵奈米粒子之複合材料作(PNT)作為hMSCs之基因磁轉染系統，此材料組成包括γ-polyglutamic acid (γ-PGA)修飾之氧化鐵奈米粒子(γ-PGA-SPIONs)、poly (β-amino esters) (PAE)以及質體DNA (pDNA)。SPIONs透過熱裂解法合成，而γPGA-SPIONs則以配基交換方法製備。以SQUID分析其飽和磁化率可達39.8 emμ/g，且於MRI T2影像中具備良好之對比效果(r2 = 334.7 mM-1s-1)。本研究中所合成之PAE於高分子/核酸重量比(polymer/pDNA weight ratio) 20以上時可有效攜載pDNA，透過靜電作用力與γPGA-SPIONs形成PNT複合基因載體可對hMSCs進行基因轉染。實驗中針對影響基因轉染效率的重要參數進行探討，包括：PAE/pDNA重量比、載體PNT稀釋倍數，以及 γPGA-SPIONs用量。於強力磁鐵吸引下，PNT載體可大幅增進hMSCs細胞的轉染效率。在無血清的環境下，PNT其磁轉染效率較PAE高分子基因載體高出三倍以上。經流式細胞儀偵測PNT於hMSCs之磁轉染效率可達70%以上，遠高於市售之轉染試劑，且於此條件下細胞存活率可維持90%以上。在含血清(10% FBS)的環境下，PNT其磁轉染效率相較於PAE或PNT無外加磁場吸引組別具有更佳的基因轉染效率。此外，hMSCs細胞經由PNT磁轉染後不影響其硬骨分化表潛力或腫瘤趨向遷移能力。 本研究針對所開發的PNT磁轉染系統，探討兩種重要的生醫應用，包括：1. 腫瘤治療與2. 幹細胞定向分化誘導。 1. 腫瘤治療應用：利用所開發之PNT磁轉染技術促使hMSCs細胞大量表達腫瘤壞死相關之誘導凋亡因子(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)。本研究使用ELISA assay分析TRAIL protein的表現，PNT磁轉染相較於市售Lipofectamine 2000可提高hMSCs的TRAIL蛋白質表約五倍 (18.0 ng/mg → 86.3 ng/mL)。細胞共培養實驗結果指出表達TRAIL的hMSCs可有效誘導HeLa癌細胞凋亡。 2. 誘導幹細胞定向分化：將可促進hMSCs進行軟骨分化之TGF-β或Sox9基因以PNT磁轉染系統傳輸至hMSCs。相較於使用Lipofectamine 2k進行基因轉染，PNT磁轉染可提高TGF-β與Sox9表達量相較分別約五倍與四倍。經TGF-β或Sox9之磁轉染四週後，hMSCs細胞團塊切片染色上可觀察到明顯Alcian blue呈色反應，其collagen II專一性免疫螢光染色也具顯著表達。生化定量結果顯示TGF-β或Sox9磁轉染可提高hMSCs的葡萄糖胺(Glycosaminoglycans, GAGs)表達量約兩倍以上；而Collagen的表現量也提高了約四倍。 綜合以上結果，本研究所開發之PNT複合式基因載體搭配磁轉染技術可成功應用於hMSCs細胞的基因傳輸應用。其具有低細胞毒性，高效率以及可大量生產等優點，我們預期以PNT改造之hMSCs未來在腫瘤治療與再生醫學上均具有高度應用潛力。

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抗腫瘤新生血管標靶微氣泡搭配超音波之基因治療於腦瘤研究

多形性膠質母細胞瘤(Glioblastoma multiforme, GBM）是種即使傳統化療還是難以治療且高復發率的惡性腦瘤，目前超音波標靶微氣泡擊破(Ultrasound-targeted microbubbles destruction, UTMD)應用於血腦障蔽已被證實，並可以遞送治療基因至腦部，此外UTMD也可以應用於遞送殺腫瘤基因於癌症治療。GBM中的腫瘤血管的表皮細胞富含許多VEGF-A，可以與VEGFR2做結合，這也廣泛應用在標靶治療中。在本研究中，我們合成乘載基因並結合anti-VEGFR2抗體的正電微氣(Cationic microbubbles with anti-VEGFR2 antibody, VCMBs)進行血腦障蔽開啟和腦瘤治療，並使用VCMBs增加微氣泡表面的基因乘載量和癌細胞表面的吸附效率。 我們使用冷光基因(pLUC, 6.5 kb)進行基因轉染模擬並超音波參數最佳化，每隻大鼠(Male Sprague-Dawley rats)在左腦被種入5x105 C6大鼠膠質瘤癌細胞，種腫瘤後第7天，每隻大鼠頸靜脈注射2x109乘載基因的VCMBs後進行超音波照射，根據不同時間使用非侵入式活體分子影像系統(IVIS)偵測，使用有標靶VCMBs的腦瘤組別冷光表達量([5.5±1.5] to [11.6±4.4] x 103 photons/sec/cm2/sr,)高於使用無標靶的CMBs組別冷光表達量([4.4±1.4] to [7.3±1.1] x 103 photons/sec/cm2/sr, p*<0.5) 接著，我們使用自殺基因(Herpes simplex virus type 1 thymidine kinase, pHsv-TK, 7.2 kb)結合Ganciclovir藥物(GCV)已經被證實為最有高度療效於腦瘤治療。細胞實驗中，在細胞超音波轉染pHsv-TK基因24小時後，細胞培養於不同濃度的GCV藥物，細胞轉染後第4天，隨著GCV藥物濃度增加(0, 0.1, 1 and 50 μg/ml)而細胞存活率降低(100.0±10.5%, 90.2±21.4%, 63.6±8.9% and 57.6±4.9%)，而無轉染pHsv-TK基因的細胞，無論GCV濃度多寡皆不會影響細胞存活率(p*<0.5)。動物實驗中，大鼠在種腫瘤後第6天使用VCMBs結合超音波轉染pHsv-TK基因，接著連續8天腹腔注射0.2 ml (100 mg/kg/day) GCV藥物，種腫瘤後第18天MRI偵測結果顯示，有使用超音波結合VCMBs轉染pHsv-TK基因的組別的腦瘤體積(3.8 mm3)明顯小於無治療的組別的腦瘤體積(19.75 ± 8.3 mm3)，而且有治療的組別生存天數較長。總而言之，本研究建立一個承載基因的VCMBs結合超音波的方法應用於血腦障蔽開啟，並成為一個非病毒、非侵入式和標靶基因遞送的工具於腦瘤治療。