2004 年 4 月出版
科儀新知 第 139 期
單分子量測專題
「單分子量測專題」引言－單分子量測在生命科學的應用研究 [ 下載 PDF ]
張大釗
單分子光譜與螢光影像的介紹與應用 [ 下載 PDF ]
張大釗, 徐瑞鴻, 楊屹沛, 張健忠
傳統的光譜方法是基於量測群體分子的表現，所得到的平均值。而單分子光譜則提供吾人單一分子的光譜特質，經由量測單一狀態值的分布曲線，完全不同於群體平均值，特別是將一些模糊、甚至極微小的重要現象分辨顯明出。單分子光學實驗可針對在空間和時間的非均質系統，提供更深入的觀察與研究。本文中，僅簡略介紹本實驗室的單分子量測之裝置、時間解析單分子量測與螢光影像的初期結果。希望能經由單分子光學技術提供 DNA 四股結構的結構變化與機制的資訊。將進行單分子光譜顯微技術追蹤藥物進入細胞的途徑，與監視藥物與目標物的作用。
觀察群體裡的個體行為－單一粒子追蹤技術和應用 [ 下載 PDF ]
邱長儒, 楊子萱
單一粒子追蹤技術獨特的地方在它能使我們親眼目睹個別分子在空間上運動的方式、行進的快慢及移動的區域範圍等，這個技術已使我們了解許多有趣的生物過程，例如分子馬達運動的方式、病毒穿透細胞膜的過程、蛋白質接收器及磷脂分子在細胞膜上運動的情形。為了能加以利用這個技術，在本文中筆者介紹這個技術的細節，包括了儀器架設、偵測上的考量及標定物的選擇，並比較不同方法的優缺點。同時以偵測磷脂質在細胞膜上擴散運動的實驗為例，介紹實驗的影像及數據處理的方法。
單一細胞之單光子與雙光子自發螢光顯微光譜：阿拉伯芥的原生質體與 PC12 細胞 [ 下載 PDF ]
郭合哲, 高甫仁
螢光分析為生命科學領域中極為重要的工具。而雷射與顯微鏡的結合，已將螢光的激發與分析帶至一新的境界。本文介紹如何利用超快雷射的聚焦形成光阱，並同時以雙光子激發產生螢光，進而以光譜儀分析。因細胞之自發螢光往往可反映其內部之狀態，本文亦將介紹如何利用上述方法對阿拉伯芥 (Arabidopsis thaliana) 之原生質體與 PC12 系列之單一細胞的雙光子自發螢光進行顯微光譜分析，提供細胞研究之重要資訊。
原子力顯微鏡在單分子力量測的應用 [ 下載 PDF ]
黃偉瀚, 莊矅瑛, 吳丞偉, 章為皓
掃瞄式顯微鏡是上個世紀最重要的發明之一，其中的原子力顯微鏡能夠在室溫和水相的條件下測量物件的形貌，因而成為生物學家和化學家手中的利器。近年來，原子力顯微鏡更被直接用來操縱和量測單分子，與光學鑷子有異曲同工之妙。單分子量測能幫助研究者看見傳統巨觀量測看不見的細節，解開一些迷團或發現新現象，將帶給複雜生物系統研究革命性的突破。筆者於本文中縱覽原子力顯微鏡在單分子方面的應用，文中將不詳述原子力顯微鏡的物理原理和樣品製備的化學手段，而將焦點集中於生物單分子力量測方面的發展。出於個人偏好，選擇詳述以下三方面：原子力顯微鏡測量肌蛋白質舒展力的經典範例，新一代螢光輔助原子力顯微鏡的發展，以及結合螢光量測與原子力顯微鏡而成的力感測器。
蛋白質摺疊與去摺疊反應的原子力顯微鏡實驗與理論分析 [ 下載 PDF ]
葉玉玲, 張仲宏, 錢佳琳, 林聖賢
在本篇文章中，將針對原子力顯微鏡的蛋白質摺疊與去摺疊實驗，提出理論模型。利用此模型可以探討原子力顯微鏡與蛋白質作用間的機械能，與蛋白質去摺疊之化學能間的關聯。這樣的模型也可以說明溫度、酸鹼度與變性劑對原子力顯微鏡實驗的影響。我們將會以 ubiquitin 四合體的實驗結果，實際分析說明如何應用此模型。同時將文獻上的其他結果，加以分析討論置於本文中。此外，我們發現吸附在金箔表面的蛋白質之去摺疊化程度，大於常態溶液狀態下的蛋白質。
新世代穿透式電子顯微鏡試片製備技術於磁、光電及半導體元件實務應用 [ 下載 PDF ]
黃榮潭, 江正誠, 殷開明, 開執中, 陳福榮
近年來由於磁、光電及半導體產業於微小化製程技術的進步，使得穿透式電子顯微鏡 (transmissionelectron microscope, TEM) 因其高解析能力，而對這期間之製程控制、微結構失效分析等，扮演一舉足輕重的角色。然而，沒有高品質的 TEM 試片，也只是徒增巧婦難為無米之炊的欷噓。本文中，我們將引述一新世代 TEM 試片樣品製備技術－ T 型研磨載具，細述 TEM 試片樣品製備上的訣竅。然後再從實務上，針對磁、光電及半導體元件，提出 TEM 試片樣品製備上的難題與解決之道，從而利用相應的 TEM 分析技術，攝取所需之結果。
摩擦旋轉攪拌製程之新近發展與應用 [ 下載 PDF ]
張志溢, 黃志青
摩擦旋轉攪拌這套新技術可以分成兩大主軸，第一是著眼於金屬材料接合之摩擦旋轉攪拌銲接，第二是致力於材料晶粒細化或添加微細顆粒之摩擦旋轉攪拌製程。本文介紹兩種技術之最新發展，包括摩擦旋轉攪拌銲接之原理與機構，固定式、可調式及自動反應式凸梢工具頭之特性，洋蔥環的形成原因，銲道區之微觀組織，操作之各種參數，異質材料間的接合，其在有效細化晶粒、製造表面硬質與金屬基複合材料之潛力，以及在航太飛行器、交通運輸工具、和建築工業方面的廣泛應用。
原子力顯微術及其在微生物學上之應用 [ 下載 PDF ]
陳吉良, 林世明, 林良平
繼掃描電子顯微鏡之後，又一可用以觀測奈米等級的利器以及表面量測分析技術－原子力顯微鏡，其由 Binning 等人於 1986 年所發明，已廣泛應用於各項科學之研究。在生物學應用方面，樣品不需前處理，在生理狀況下可即時觀察，非常適合觀察生物性樣品，除此之外，亦可量測生物分子的吸附力、彈力、黏滯力等作用力。由於微生物的大小及表面形態具多樣性，非常適合使用原子力顯微鏡觀察。
濕蝕刻矽薄膜厚度即時監控之新穎方法 [ 下載 PDF ]
李其源, 吳政忠, 陳永裕, 陳文中, 鄭英周, 鮑世勇, 張培仁, 陳炳煇
本文提出利用表面聲波感測器即時監控濕蝕刻中矽晶片薄膜厚度之新穎方法。例如壓力感測器與加速度計及一些微機電系統元件常需要精確地控制矽晶片薄膜厚度，故濕蝕刻中能夠精確地控制矽晶片薄膜厚度是很重要的，因為控制地精準與否，會嚴重地影響其後製程進行及元件性能之好壞。因此，本文提出利用表面聲波感測器來即時監控濕蝕刻中矽晶片薄膜厚度可從幾十微米到八十微米，由實驗結果顯示，其實驗值與理論值誤差小於 3 微米，且量測架設簡單，未來更有潛力達到大量生產之目地。
光學校準儀器：精密五軸台的介紹 [ 下載 PDF ]
何傑
精密五軸台又稱光學旋轉與平移台，是一般光學校準時必須用到的重要儀器。在實際校準時，不論是光纖、光學鏡片或是雷射光源在進行精密的姿態調整時，均必須用到精密五軸台。五軸台的結構是由三個互相垂直的平移軸與兩個相互垂直的旋轉軸構成。由於各軸在單獨運動時不能影響到其他軸的穩定性，因此在光學校準時都會要求其精密度，例如各軸平移時，檯面不能產生旋轉，而且檯面必須在行程中的任一位置保持穩定。為了驗證五軸台的精密程度，特別撰寫本文並將其校正過程提供讀者參考。
