利用原子力顯微鏡直接觀測蛋白質與配位基之間的作用力與結構轉變(I)

蛋白質與其大、小分子配位基(或受質)間辨識與交互作用機制的研究一直是結構生物學的中心課題，但截至今日為止，大部分的研究受限於儀器，只能做影像與化性的探討。隨著奈米科技的引進，利用SPM 的探測技術來測量這些極小分子的機械性質與交互作用力，甚至於探測分子層厚度或是鍵斷裂長度等區域性的化學和機械性質，或用來理解如DNA 複製、蛋白質合成、蛋白質與藥物間交互作用等許許多多由分子間作用力主導的生理現象，已確實可行。利用SPM 優異的性能使得原子力顯微鏡成為探索分子間交互作用的利器，並且可讓我們更進一步深入理解細胞成長甚至於蛋白質動力學。在本計畫中，我們將把焦點放在利用原子力顯微鏡來觀測配位基對蛋白質結構的影響以及蛋白質與配位基的交互作用力，而我們將選用以DNA 為配位基的第二型DNA 拓撲異構.和以汞離子為配位基的MerP 蛋白質作為研究用的生物樣品

利用原子力顯微鏡識別並量測細胞膜上蛋白質的特性

利用原子力顯微鏡識別並量測細胞膜上蛋白質的特性Recognition and Nanomeasurement of Proteins on Cell Membrane with Atomic Froce MicroscopyAbstract:In this project, the specific research objectives are to:(1) Recognize proteins on cell membrane using labeled nanoparticles and antibodies. Investigate and measure the characteristics of proteins with atomic forice microscopy to understand the fundamental mechanisms of biochemical reactions on cell membrane focusing on mechanical properties.(2) Design and fabricate the hole-patch-clamp device for measuring the current through ion channels on cell membranes. Evaluate the compatibility of this system for potential biological integration with Atomic Force Microscopy.(3) Fabricate patterned biomimetic materials and substrates for observing cell behaviors.(4) Measure the nanomechanical properties of testing cells with atomic force microscopyThe nanomechanical characterictics of the cell membrane and cytoskeleton of human erythrocytes will be studied using atomic force microscopy (AFM). The self assembly, fine structure, cell diameter, thickness and reticulate cytoskeleton of erythrocytes on biocompatiable surface would be investigated. Moreover, a comparison between methods of biochemical labeling proteins and biophysics recognition will be discussed in this work.We believe that this important approach and technology development will make significant contributions to the advancement of biomedical test. The proposed research should not only provide critical information for future studies of bio-engineering, more importantly, a biophysics training course will be set up at the NCHU to further assist students’ research at the university.利用原子力顯微鏡識別並量測細胞膜上蛋白質的特性Recognition and Nano-measurement of Proteins on Cell Membranes with Atomic Froce Microscopy進來由於奈米科技的進步，將其應用在生物醫學方面的研究也日益增多，尤其是再生醫學及生醫工程上，都有重大的突破。本計畫希望能透過生物物理的研究方式，利用原子力顯微鏡及奈米製程技術在奈米尺度下進行生物樣品觀測與物理化學特性的探討。進一步與傳統的生物醫學研究做比較，並希望能藉此發展奈米醫學檢測技術。本計畫研究的課題有四：(1)利用修飾後的奈米粒子及抗體(antibody)標定細胞膜上的特定蛋白或鍵結結構。利用原子力顯微鏡觀測這些蛋白的外貌、行為及隨時間變化對細胞膜表面應力的影響。(2)利用半導體製程技術，設計製備及量測細胞膜上離子通道開關之間的物理特性。並藉由導電-原子力顯微鏡(conductive-AFM)的探針，量測單一離子通道的電性。(3)利用原子力顯微鏡觀測仿生材料及生物相容基板，並藉此發展適合原子力顯微鏡量測的藥物傳輸系統。( 4) 利用原子力顯微鏡結合光學及螢光顯微鏡進行奈米機械應力量測藉此計畫，也將針對二項基本問題作探討：(1)奈米粒子應用在生醫工程上的探討(2)於台彎普遍存在的遺傳性地中海貧血患者，進行更深入的比較和分析。希望能透過本計畫的實行，提升奈米技術在生醫材料、仿生工程及組織工程的發展

製作生物樣品相容基座並利用原子力顯微鏡觀測生物樣品特性研究

新式材料之製備與其相關應用的發展是產業發展的原動力，也是整體產業之基礎。本計畫是以發展生物科技為前提，製作生物樣品相容基座並利用原子力顯微鏡觀測生物樣品特性，主要之研究課題有四(1)將透過跨國合作的方式，與美國卡內基美濃大學之研究人員(Dr. Philip LeDuc)合作，共同開發以奈米碳管為強化基材之生物相容性高分子材料，並針對其特性與相關成形製程進行研究、(2)利用奈米壓印技術製造圖案狀PDMS(聚二甲基矽甲烷)並進行成形後之表面特性與表面生物相容性之研究，及(3)學習細胞繁殖技術，並利用原子力顯微鏡觀測細胞樣品在生物相容基座上的仿生組織，及細胞細微結構。(4) 利用原子力顯微鏡測量細胞奈米機械特性並著手設計適合原子力顯微鏡實驗的細胞動態觀測系統。目前在此計畫之初步成果方面，美國卡內基美濃大學已成功合成光聚合型之高分子材料並針對此材料之特性發展出紫外光雷射加工術。另外，本實驗室也順利將奈米碳管均勻分散在此新型高分子材料當中。相信在跨國共同合作之下，主要之研究課題將順利達成。藉此計畫，也將針對二項基本問題作探討：(1)有機材料與無機材料之介面反應與相容性及(2)如何製作仿生組織並將瞭解如何測定此組織之生物相容性，例如動物試驗或單純的細胞相容性。希望能透過此跨國計畫，提升奈米技術在生醫材料、仿生工程及組織工程的發展

Investigation of Fullerene Embedded Silicon Surfaces with Scanning Probe Microscopy

This study examines the intramolecular structures of individual fullerene molecules on a Si(111)7 x 7 surface using an ultra-high vacuum scanning tunneling microscope. This study also discusses possible configurations of fullerene molecules with related orientations and electronic states of fullerene. A self-assembled layer of fullerene on a Si(111) surface is produced using special annealing treatments. The resulting electronic states and band gap energy can be estimated from I-V curves. Finally the field emission parameters, such as turn-on field and field enhancement factor beta, are determined using a traditional detecting system