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螢光奈米鑽石及近紅外光螢光染料之螢光能量共振轉移

具有NV0及NV-缺陷中心（defect center）的螢光奈米鑽石（fluorescent nanodiamond），是一種擁有許多獨特特性的新穎奈米材料，例如絕佳的生物相容性、容易進行表面修飾、具有較高組織穿透力的紅色螢光以及優異的光穩定性，很適合用來做為近紅外光螢光生物標記（biolabel）。近來，螢光能量共振轉移廣泛地被應用在研究生物分子結構、酵素動力學及蛋白質交互作用上，因此利用螢光奈米鑽石傑出的光穩定性，做為能量轉移之施子（donor），可提供一個以螢光奈米鑽石為主的生物螢光感測器應用。在本篇論文中，我們藉由測量19奈米直徑螢光奈米鑽石與近紅外光染料（IRDye 800 CW）在不同比例下螢光光譜，以及觀察在聚賴胺酸（poly-lysine）基質（matrix）上，23奈米直徑螢光奈米鑽石之螢光強度及螢光生命期（lifetime）在光漂白近紅外光染料前後之變化，可發現螢光能量轉移效率可達30％。同時，藉由蒙地卡羅模擬（Monte Carlo simulation）可估算平均每個螢光奈米鑽石微粒可與鄰近10個染料分子發生螢光能量共振轉移。這對於利用螢光奈米鑽石做為單分子螢光標記或具有奈米級解析度之分子尺（molecular ruler）提供了新的應用平台。

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4-氟間苯二酚及4-氯間苯二酚質量解析臨界游離光譜研究

本論文應用質量解析臨界游離光譜術研究4-氟間苯二酚與4-氯間苯二酚的結構異構物陽離子振動。我們發現4-氟間苯二酚三個結構異構物，異構物A、B、C的第一電子激發態躍遷能分別測得為35121 ± 2 cm-1、35430 ± 2 cm-1、35412 ± 2 cm-1，它們的絕熱游離能分別為66964 ± 5 cm-1、67348 ± 5 cm-1、67269 ± 5 cm-1。而4-氯間苯二酚有兩個異構物A與B的第一電子激發態躍遷能，分別為34906 ± 2 cm-1與35148 ± 2 cm-1，其絕熱游離能為66792 ± 5 cm-1與67140 ± 5 cm-1。比較不同異構物的陽離子態光譜，我們發現結構異構物間電子躍遷能、游離能差異較大。分析光譜的譜峰我們得知這類陽離子的顯性振動以苯環部分的平面振動為主，不同異構物間相同的振動模式的頻率極為相近。

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利用Friedel-Craft acylation及一鍋化的方式來合成thiochroman-4-ones衍生物; 利用微波催化合成3-(1-(thiol)ethyl)-1H-indoles衍生物

本論文主要分為兩個部分，第一部分介紹屬於一鍋化而簡易的合 成方式來合成thiochroman-4-one 衍生物，起始步驟為使用芳香類硫酚進行麥可加成至丙烯酸上形成β-arylthiopropanoic acids，接著加入路易士酸以催化分子內Friedel-Crafts 醯基化反應，此反應可以得到相當高產率的化合物thiochroman-4-one，應用上述產物可以進而合成出抗真菌藥劑(Z)-3-(4-methoxy benzylidene)-thiochroman-4-one。 　　第二部分是敘述合成3-(1-thio)ethyl-1H-indoles 吲哚類衍生物的方法，此反應是在使用二甲基甲醯胺為溶劑以及使用微波加熱至150°C 的條件下進行，反應步驟是先以芳香類硫酚進行麥可加成至3- 吲哚丙烯酸上，接著反應過程中會進行去羧基化反應進而產生高產率 的單一產物。

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利用微波輔助合成一系列具有特殊藥性色烯類化合物 ;利用簡單且高效率的方式藉由一鍋化合成3-羥基與3-胺基黃酮類衍生物

本論文主要分為兩部分，第一部分是在探討藉由微波反應器輔助且在不添加催化劑條件下，將硫醇類化合物、丙二腈與2-羥基苯甲醛合成屬於著名先驅藥物之一的Chromenopyridine為骨架之化合物，其具有多種生物活性及藥理作用。 第二部分利用微波反應器透過一鍋化合成具生物活性3-氫氧基及3-氨基-2-苯基-4H-色烯-4-酮類化合物，本實驗主要是由3-硝基-2H-色烯類衍生物經反應後獲得中間物diethyl-4-ethoxy-3-(hydroxyimino) -2-phenylchroman-4-ylphosphonatey在乙醇作為溶劑於迴流條件下獲得產物。中間物以及產物結構已由XRD被確認。

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苯環三取代化合物之第一電子激發態暨離子態振動光譜~3,4-二氟苯胺

我們利用高解析度共振雙光子游離光譜術與質量解析臨界游離光譜術來探討3,4-二氟苯胺之第一電子躍遷能和絕熱游離能及其在第一電子激發態和離子基態之振動模式。 　　其中質量解析臨界游離光譜是藉由中間態S1000、S117a10、S16a10、S1110掃描所得，所測得之絕熱游離能為64195  5 cm-1，光譜分析結果顯示大部分明顯之譜峰都與苯環之平面運動有關。 　　藉由此次實驗所得之數據與本實驗室所發表之其他苯胺衍生物數據進行比較，可得知苯胺之氟取代物在間位及對位之取代效應對於各類振動模式、躍遷能及絕熱游離能造成之影響。理論計算結果以及實驗結果也具有良好之一致性可幫助我們更準確的進行光譜譜線之標定。

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以表面修飾之鑽石粉末做為離子交換材質分析蛋白質及胜肽樣本

近年來，離子交換層析技術已經在生物分析和分離領域占有一席之地。 蛋白質或是胜肽都能夠以他們本身不同的等電點被分離。 目前最被廣泛使用的管柱材質是玻璃或塑膠微粒。 不過這兩種材質都有一定的缺點，以玻璃材質為基底的管柱無法在鹼性高的環境運作而塑膠則是無法耐受過高的壓力。 在本篇論文中，經由高濃度氧化酸洗修飾表面的鑽石粉末被證實具有離子交換的功能，而鑽石本身的耐酸鹼特性則成了填充在管柱時最大的優勢。 經過實驗證實，填充表面修飾鑽石的管柱（100*2.1mm 使用約0.6公克的鑽石粉末）蛋白質的乘載量為110～120μg。 可分離的樣本包括蛋白質標準品、尿蛋白以及293T細胞的膜蛋白，還可以搭配SPEED以及SDS-PAGE組成一系列完整分析方法。 相較之下，表面無修飾的鑽石粉末管柱雖然能夠進行相近的分析，但是其缺點是較高的背景值以及清洗還原時需要較多的時間，導致在實驗中的表現較差。 表面修飾鑽石管柱有潛力可以應用在二維層析系統，其能忍受髒污樣本以及純化樣本的能力即可應用在第一維管柱或者是前置管柱。

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硼酸酯修飾電極-製備與探討

硼酸衍生物，如3-aminophenylboronic acid (簡稱APBA)，因可與醇類化合物進行反應而形成硼酸酯，本論文因而以之製備具生化應用潛力的蒽醌修飾電極。我們首先利用偶氮修飾法將APBA修飾於電極如導電ITO玻璃或石墨片(HOPG)，再將醌類化合物還原成為羥基化合物，使之與硼酸鍵結形成硼酸酯而穩定吸附於電極表面，其中所修飾的醌類化合物有pyrroquinoline quinone (簡稱PQQ )、9,10-phenanthrenequinone（簡稱CCQ）以及1,10-phenanthroline-5,6-dione（簡稱NNQ）。對於這些電極，我們分別以電化學技巧與光譜分析法探討其性質與應用潛力，如對銅離子的偵測。實驗結果顯示PQQ修飾電極對Cu2+離子具有特殊親合力，因此可藉以偵測Cu2+離子，偵測極限約為500*10-6 M。

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合成鐵鉑-半導體(II-VI)奈米複合材料及利用陽離子交換反應形成Type-II半導體之性質鑑定

在本篇論文中我們合成CdS與CdSe奈米棍，且控制 FePt 奈米粒子選擇性的在半導體的末端生長，合成出CdS-FePt 、CdSe-FePt 半導體奈米棒末端接磁性粒子的奈米複合材料，並且具有光學和磁性性質。在光學部分我們利用光激發光螢光光譜儀（PL）可得知當CdS、CdSe接上FePt奈米粒子後，由於Schottky barrier的關係會使電子產生轉移且無法再結合，導致其放光強度降低。而在磁性部分我們利用超導量子干涉儀（SQUID）得知材料為超順磁性且其飽和磁化率有下降的趨勢。之後還可加入Au奈米粒子合成CdS-FePt-Au、CdSe-FePt-Au這種具有多成分的奈米異質結構。利用穿透式電子顯微鏡（TEM）、能量分散光譜儀（EDS）、粉末X-ray繞射儀（XRD）、紫外光可見光光譜儀（UV-Visible）鑑定其尺寸、結構、元素組成。 　　此外，我們還利用合成出的CdS-FePt奈米複合材料，在室溫下進行離子交換反應，利用hard-soft acid-base (HSAB) 原理，使其在形狀不變的情況下經由置換反應形成具有不同結構的type-II半導體奈米複合材料，而且藉由控制加入Cu+離子的濃度，使得奈米複合棍狀材料中Cd元素被置換的程度不同，之後我們再利用能量分散光譜儀（EDS）、粉末X-ray繞射儀（XRD）和紫外光可見光光譜儀（UV-Visible）去証實不同Cu/Cd比例的type-II CdS-Cu2S-FePt形成。

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磁性合金粒子的合成及應用

本篇論文中，可調控的鐵鉑合金奈米結構生長被系統地研究。鐵鉑的octapod, cuboctahedron, 以及 nanocube都成功地經由cuboctahedral seed生長而成，同時也藉由高解析電子顯微鏡來瞭解其構造。在溶液反應中，成長晶種上的特殊surfactant-facet bindings可藉由調控反應條件而產生同時也造成了晶種上晶面生長速度的差異。因此我們認為這些鐵鉑奈米結構的生長機制主要是由於cuboctahedral seed上 {111} 及 {100} 晶面生長速率的不同所造成的。特別的是，鐵鉑octapod的奈米結構具有最高的coercivity 及 blocking temperature。主要的因素是octapod本身擁有相當高的體積表面積比及較複雜的表面晶面。另一方面，我們藉由控制反應時間而成功合成不同尺寸的鐵鈷奈米粒子。生長機制主要是由於具有低晶格能的FexCo1-x在反應中產生了Ostwald ripening。同時由XRD的結果可以觀察到鐵鈷奈米粒子結構相的轉變和磁無效層的生成。這樣結構上的變化明顯的影響鐵鈷奈米粒子飽和磁化率的數值。 最後，我們製備3, 6 和12 nm的水溶性鐵鉑奈米粒子，同時這些粒子擁有相當高的生物相容性及低溶血性。特別的是，在生物器官分佈分析中，3 nm 水溶性鐵鉑奈米粒子在腦中表現出很高的濃度。另外12 nm的水溶性鐵鉑奈米粒子則是有最高的循環半生期及體外CT/MRI顯影效果。我們進一步驗證修飾Anti-Her2抗體的鐵鉑奈米粒子在MBT2和被剔除Her2/neu 基因的MBT2細胞上可進行標定顯影。而12 nm鐵鉑奈米粒子在CT及MRI的MBT2細胞標定顯影效果優於3 nm鐵鉑奈米粒子。另外也將修飾Anti-Her2抗體的12 nm鐵鉑奈米粒子藉由靜脈注射至癌化動物體內，結果證明以鐵鉑奈米粒子為顯影劑可以增強CT/MRI顯影效果並且辨識出癌症位置。這些成果指出鐵鉑奈米粒子有潛力成為臨床檢驗上新穎且多工的分子顯影劑。

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製備功能性磁性奈米材料及其在DNA與RNA分離純化上的應用

本文實驗利用製備具有功能性磁性奈米材料，以及分離純化所使用分解溶液、洗滌溶液以及析出溶液，利用磁性材料與溶液的搭配使用，發展出一套高效率自動化核酸純化試劑，應用於人類血液、組織以及細胞中，從中萃取純化DNA與RNA。首先我們先合出具有超順磁性的水相四氧化三鐵，並且利用十八烯酸(Oleic Acid)修飾，讓奈米粒子能夠均勻分散在溶液中，提升純化效率；接著再製備純化試劑，首先配置具有分解細胞效果的分解溶液，讓DNA與RNA可以裸露出來，由於磁性奈米粒子的表面是帶有負電荷，因此利用分解溶液中的Guanidine thiocyante 作為架橋，幫助DNA和RNA與磁珠結合，之後配置洗滌溶液，目的是為了將吸附在磁珠上的蛋白質及不純物質，藉由洗滌的步驟，將不純物質去除，最後利用析出溶液的配製，以pH值調控的方式將吸附於磁珠上的DNA或RNA脫附下來。這套自動化的設備，在施以外加磁場的情況下，不需要離心的動作即可在數十分鐘內完成多組血液樣品、組織以及細胞中DNA與RNA的純化過程，除了能夠在醫療的診斷上節省時間，也能夠節省人力資源，最後希望這套自動化純化核酸試劑，廣泛應用於疾病的檢測、親子鑑定、標靶治療上。