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類核黃素修飾電極製備及其與蛋白質間的交互作用探討

有鑒於類核黃素可資以模擬生物體內的電子傳遞反應，本論文以氧化聚合、偶氮還原以及自然物理吸附三種方法將其固定於導電玻璃（ITO）上，再藉由原子力顯微技術（AFM）探討其表面性質。實驗結果顯示：類核黃素多可經由此三種方式吸附於ITO表面。此外，我們也發現：當含胺基的類核黃素經物理吸附於ITO電極表面後，若再以AFM探針施以負偏壓，可令其於電極表面進行氧化聚合，極具奈米蝕刻或製備微流管道之應用潛力。 以偶氮修飾法修飾之類核黃素是具潛力的分子膠，可藉以固定蛋白質或去氧核醣核酸，其間之作用力相當於103個C-C單鍵之鍵能。若再以導電式原子力顯微鏡分析蛋白質修飾電極表面之電子穿隧效應，發現其符合Simmons理論所提出之金屬-絕緣層-金屬電子傳遞模型。據此，我們得以估計其能量障礙以及電子在蛋白質層中之有效電子傳遞質量。

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醌修飾電極之製備與應用

摘要 有鑒於超過氧陰離子自由基與氫氧根自由基是生物體內重要電子傳遞與能量轉換媒介，本論文於是對O2-.與OH．之製備與轉換進行探討。首先我們藉由氧化聚合法製備胺基苯硼酸修飾電極，再藉由所得之硼酸與羥基醌進行脂化反應，以達到製備醌修飾電極之目的，其中所修飾的醌類化合物有蒽醌、苯醌以及方形酸。對於這些電極，我們藉由CV、EIS、EQCM 以及C-AFM探討其製備與應用。 實驗結果顯示：苯醌修飾電極具有加速amplex red與過氧化氫反應之潛力，而蒽醌修飾電極則可催化發光胺與過氧化氫間的電致發光反應。根據這些結果，我們得以推論：前者可催化resorufin之生成，而後者則對O2-.轉化具有應用潛力。

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陰離子鍵結之氮異環碳烯合成與結構分析及鋯金屬錯合物之研究

[HC{(R)N(CHCH)N(CH2CH2NHtBu}]Br•HBr, R= MES (1-MES) 或 tBu (1-tBu) 加入過剩的氫氧化鈉得到化合物咪唑鹽類2， [HC{(R)N (CHCH)N(CH2CH2NHtBu}]Br.我們也用了立體障礙較大的2,6-diisopropylaniline去改變側邊臂上胺類基團，得到[2,6-(CH3)2(C6H3)]NHCH2CH2[HC{MESN(CHCH)N}]Br, (2-MES-Anil ian)。 由NaN(SiMe3)2可將咪唑鹽類2去氫化，而得到咪唑化合物3,由單晶X-Ray繞射分析得知咪唑化合物3-MES透過胺基以及咪唑上的碳(NCN)呈現出分子內彼此相互接觸的結果。 咪唑化合物3-tBu加入強鹼n-BuLi可得到穩定的金屬鋰咪唑化合物3-tBu.Li,此金屬鋰咪唑化合物為有效穩定高氧化態過渡金屬的轉移試劑，在加入ZrCl4即可得到產率不錯的ZrCl3-NHC, 7. 由X-Ray繞射得知咪唑化合物7為扭曲平面四面體的結構。 另外，3-MES與3-tBu分別與Zr(Bz)4反應，得到非常特別，具有aza-allyl及η2-N,C咪唑基團的金屬鋯化合物，6-MES和6-tBu。經由中間體5-MES 的結構分析以及動力學的研究，推斷出反應是經由C-H activation導致咪唑側邊臂上碳氮鍵斷裂，而此類型牽涉C-N鍵的斷裂以及在結構上文獻中是前所未有的。

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高中生氣體概念的發展

本研究主要探討在現今高中化學教材以螺蜁式教材為主的主軸下的教學方式，對台灣高中學生氣體概念的發展情況為何。而探討氣體概念的主題有理想氣體方程式、氣體在空間中的分佈情形、分子間的距離、理想氣體與真實氣體的差異、氣體的特性與氣體動力論。研究所使用的問卷，乃研究者以現今所發行的各版本教科書內容為主，改良修正用以適合施測台灣的高中學生，並遵循兩階段式評量診斷工具的發展要點來修正問卷，使每一題含有選擇與理由解釋兩部分。 取樣方面，樣本對象選定為台北市、苗栗縣、台南市、台南縣各一所公立高級中學，每間學校各年級抽取1～2個班級施測，共22個班級，樣本數為877人。各校皆於十一月到十二月進行施測，施測時間為20分鐘。之後，將所施測的問卷收集起來，在選擇部分以人數比例表示學生選擇各選項的比例;而理由解釋部分則經由改編自Perry(1970)基模的尺度進行評量。 研究結果： 一. 學生整體氣體概念的發展隨著年級增加而增長。 二. 學生對於氣體巨觀方面的學習表現優於氣體微觀方面的學習表現。 三. 學生年級的差別對於理想氣體方程式的學習表現差異不大。 四. 氣體動力論的概念對高中學生而言太過抽象，學習效果較差。 五. 學生學習表現與入學時之PR值關係隨著年級增加，相關性遞減。

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噴灑沉積/基質輔助雷射脫附游離-飛行時間質譜法的發展及應用在氮芥子氣之水解產物的快速偵測

本研究使用基質輔助雷射脫附游離-飛行時間質譜儀結合新穎的樣品配製方法。以α-cyano-4-hydroxycinnamic acid (CHCA) 為基質，分析氮芥子氣之水解產物。使用毛細管噴霧器對樣品及基質進行真空噴灑沉積，使得分析物覆蓋且聚積一層膜在基質輔助雷射脫附游離的承載上。相較於基質輔助雷射脫附游離的傳統樣品配製法，此法減少表面的粗糙，使樣品被均勻摻雜於基質內，聚積在樣品承載上。此方法使偵測極限增加 1~2 個數量級。為了比較傳統方式及真空噴灑沉積方式在樣品承載上的構形，以掃描電子顯微鏡加以觀察，且詳細描述毛細管噴霧的儀器裝置及實驗條件。此方式成功應用於偵測土壤中七種芥子氣的水解產物，此裝置具有很大的潛力可以成為一種常規的偵測工具。 本研究也比較不同游離方式如：電子撞擊游離法、電噴灑游離法及基質輔助雷射脫附游離法對氮芥子氣之水解產物的質譜差異。發現電子撞擊游離法主要以 β-cleavage 斷裂模式為主。電噴灑游離法主要以 [MH+] 斷裂模式為主。而基質輔助雷射脫附游離法，在不同的基質或有無添加三氟醋酸幫助游離下有不同斷裂模式：只有基質CHCA時，離子模式為 [MH+]；7-(Diethylamino)coumarin-3-carboxylic acid (DCCA) 為基質時，斷裂模式為 β-cleavage；若以 CHCA 為基質並添加三氟醋酸幫助游離，則同時擁有各種不同的斷裂模式。

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液相層析/紫外光吸收法及液相層析/質譜法對十八種苯乙胺及色胺類衍生化合物的分離與分析

本實驗以液相層析/紫外光吸收法及液相層析/電灑游離質譜法對十八種苯乙胺類及色胺類濫用藥物進行分離及偵測。整體的分析時間約 25 分鐘，液相層析所使用的沖提液為 0.1 % 甲酸水溶液 (pH=2.5) 和乙腈。液相層析/紫外光吸收法 (波長為 280 nm) 的偵測極限 (S/N = 3) 為 0.3~3 μg/mL。液相層析/電灑游離質譜法對十八種濫用藥物中一級胺、二級胺及三級胺分析樣品的偵測極限分別為 0.1 ~3.0、0.1~0.2 及 0.05~1.8 μg/mL。三級胺結構的分析物由於在電灑的過程中離子化效果較佳，故偵測極限較低。為了提升一級胺及二級胺分析物在液相層析質譜儀中的偵測極限，我們以醋酸酐作為衍生試劑將分析物進行衍生。在本研究中建立了十八種濫用藥物及經衍生後產物在電灑游離下的特徵斷裂譜峰。真實樣品的部分，取一健康者的尿液加入十八種混合的濫用藥物，以液液萃取及衍生作樣品前處理，並以液相層析/紫外光吸收法及液相層析/電灑游離質譜法進行分析，而實驗中的分離條件及偵測方法已最佳化。

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高三學生「元素的性質與分子的結構」概念之精熟學習研究

元素的性質與分子的結構概念在高中化學的課程中，都是相當重要的部分，也會影響到將來相關概念的學習。鑑於高三學生普遍對化學科的學習成就低落，故本研究採用Bloom的精熟學習理念，發展元素的性質與分子的結構概念學習模式，並依據認知學習與發展理論將元素的性質與分子的結構概念作學習階層分析。 本研究的目的在設計元素的性質與分子的結構概念的精熟學習，研究流程包括分析學習目標、編製元素的性質與分子的結構概念的教學資料、編製元素的性質與分子的結構概念各階層形成性評量試題、設計校正活動與充實活動及編製總結性評量試題。探討此教學模式在高三化學課程中的實施成效，研究對象為彰化縣某公立高級中學共38名的高三學生為實驗組。 本研究得到結果如下： 1.以高中化學課程為主，參考相關文獻統整其中的元素的性質與分子的結構概念，完成元素的性質與分子的結構概念內容分析，包括元素的性質與分子的結構概念圖、元素的性質與分子的結構概念鑑別性屬性與可變性屬性分析。 2.進行精熟學習，並以S-P表分析教學的成效，在校正活動前後進行前測與後測之評量，後測的S曲線和P曲線皆向右下偏移，結果顯示此種教學方法是有效的，顯示全班超過百分之八十的學生，可以在各階層的學習中達到其精熟標準，即通過率大於80％。另外，總結性評量的結果，以精熟學習教學之班級的精熟比率為87％，而以傳統教學的精熟比率為23％，證明精熟學習教學策略優於傳統教學。

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2,6-二甲基苯胺及氘取代物之離子特性研究

我們應用高解析度共振雙光子游離與質量解析臨界游離光譜術(MATI)來探討2,6二甲基苯胺與2,6二甲基苯胺之氘取代物的分子特性，精準地量測游離能，並記錄這些分子的D0離子基態的振動光譜。 由實驗得知2,6-二甲基苯胺與2,6-二甲基苯胺-NHD、2,6-二甲基苯胺-ND2的游離能分別為59816 5 cm-1、 59796 5 cm-1 和59780  5 cm-1。 從光譜的分析中，可以證明在2,6-二甲基苯胺的共振二光子游離程序中，當分子由激態躍遷至第一電子激發態時，電子躍遷較傾向於電子雲附近，而由第一電子激發態躍遷至離子態時，主要是二甲基苯胺上氮原子未共用電子對，其中的一個電子被游離，形成了離子。並且與先前實驗室發表之數據作比較，提供最新的取代基特性與氘取代物對分子的游離能以及振動模式造成之影響，而量子化學ab initio及密度泛函數的理論計算亦支持實驗所觀察到的結果。

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現行高中化學實驗之減量研究

實驗教學是科學教育的特色，也是科學教學的核心部份。化學是一門實驗科學，藉由實驗活動可以讓學生更了解化學原理，培養科學實驗技能及對科學的興趣與態度，加深學生的學習印象。化學實驗備受爭議的一點是對環境的汙染問題，近年來永續化學興起，對於課程實驗的設計更應該朝向低污染、廢棄物減量來著手。 本研究蒐集市面上常見的五種高中化學實驗活動手冊，分析其實驗設計內容，找出需要修正與改進的地方。並將規定的必作實驗實地操作過數次，把實驗過程中遭遇的問題與現象，提出來討論與設法解決，再針對理論上可藥品減量的部分，進行減量減廢設計，直到實驗結果可符合原來實驗目的。 本研究總共進行了21個高中化學實驗，其中藥品用量可以減量操作的實驗，一共十二個實驗，約佔了五成。可以減量操作的實驗有「氮的製備與性質」、「電解碘化鉀水溶液」、「化學電池」、「耐綸的合成」、「烴的製備與性質」、「反應速率的探討－秒錶反應」、「酸鹼滴定」、「氧化還原滴定」、「碘的製備與性質以及鹵素離子的檢驗」、「溶液凝固點下降的測定」、「阿司匹靈的製備」與「氧的製備」，表示實驗課程的設計還有改善的空間。研究結果與建議如下： 一、 將永續化學融入化學教材中 二、 加強學生對實驗廢棄物的處理與分類 三、 設置實驗室專門管理員與加強老師的實驗管理知識 四、 鼓勵研究單位與教師從事減量實驗的設計 五、 落實實驗教學 六、 建議課本某些實驗的步驟再精簡化 七、 可將微型實驗列為教學『示範實驗』 八、 加強處理廢棄物並作好回收工作

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螢光奈米鑽石在生物顯影上的應用

藉由typeIb奈米鑽石粉末照射高能量離子束使其產生可在~700nm放出紅色的螢光的NV– 及NVO缺陷中心(defect center)，我們稱此鑽石為螢光奈米鑽石（fluorescent nanodiamond）。因為鑽石對生物沒有毒性、生物相容性高、且可輕易在表面做修飾反應，又經過雷射激發後鑽石內的缺陷中心所放出近紅外波段的螢光有比較好的組織穿透度，所以很適合運用於生物顯像上的研究。 　　所以本篇論文中，我們使用螢光奈米鑽石來做HeLa細胞的標記(cell label)，並且藉由流式細胞儀(flow cytometer)來對在Hela細胞體內的螢光奈米鑽石作定量分析並探討螢光奈米鑽石進入細胞之機制，然後透過細胞活性的測試，以證實製造出的螢光奈米鑽石對細胞有無毒性。此外再透過修飾螢光奈米鑽石的表面來攜帶運送DNA至細胞體內並觀察分布狀態。為了要達成對多細胞的生物有機體活體顯像之目的，我們採取餵食線蟲的方式來標記其消化系統及注射至線蟲之生殖腺(gonad)再經由生殖的過程(oogenesis)來標記其胚胎。