台湾化学研究现状初探(下)

【前言】台湾化学研究现状初探(下)由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。该所研究团队在2011年研发气哨音波感测泛用型技术，对于微量分析物进行检测时，利用气相层析分离设备内的哨型器，待测气体流经装置时，空气柱会发生振动而形成驻波产生声音，由高灵敏度麦克风并经傅立叶转换后根据分析物相对于声音信号出现的时间与频率的变化量，便可...

理论化学与先进分析方法

根据历年《台湾科技年鉴》、《“国科会”年报》、《中研院化学研究所年报》等资料介绍，在理论化学与先进分析方法领域，台湾科学家以往取得的成果包括：以理论计算探讨取代基对环糊精结构的影响；解析单分子层在表面结构重排现象，及混合单分子层在表面重排的相分离现象；利用“质子化诱导的分子内电荷转移”的概念来设计可远端调控的氢键系统，并研究如何设计共轭架桥结构，以增强调控能力；探讨氟取代对氟化并五苯分子半导体特性的影响；利用磷桥及硫桥异核双金属错合物研究异核金属键的化学性质；以六氮巨环配基合成新的三核铜混价含氧错化物；模拟嗜甲烷菌甲烷单氧化酶的反应中心，进行三价铜错合物的合成与光谱鉴定分析以及与受质反应机制之研究；用水热法合成无机固态化合物；研究金属错合物在二氧化碳固定化学上之作用；利用Suzuki耦合反应，成功地耦合带有氰基或不带氰基的苯硼酸与带有氰基或不带氰基之溴化或碘化苯来制备多种含氰基与不含氰基的三联苯；发展能有效用于合成α-芳香基及α-烯基-N，N-二甲基乙酰胺的耦合反应；设计具有功能性的有机分子，配合动力学的测量，探讨其内部的电子及能量转移的机制，以了解分子内予体与受体轨域间的交互作用，另一方面开发电子转移和能量转移反应的基础速率的理论预测方法；研发三维离子速度成像技术，并结合与交叉分子束实验技术，探测两个反应产物彼此的关联性；发现手性分子并不是等分布性，而是随着马达的移动及转动的动态所产生的力场而有所改变，达到辨识、分离手性分子的结果；成功发展出三维离子速度成像技术，其灵敏度与解析度在全世界首屈一指，并发现了“反应动态共振”的成因与性质等。

2006年，台湾中研院化学所的研究人员发明一种新质谱游离技术――电喷洒辅助激光脱附游离法，即将适合游离大分子的电喷洒游离法与基质辅助激光脱附游离法的游离源结合起来，可在常温和常压下操作，而且不需将样品和基质混合处理，即可速探测到样品中所含的各种化学物品的质谱信号，因此可适用于极微量的气体、液体和固体样品的快速分析，一举突破了上述两种方法在样品检测上的限制。

该所纳米生医研究团队2007年成功结合磁性纳米材料及基质辅助激光吸收脱附质谱仪的优势，发展功能化磁性纳米粒子探针亲和力质谱分析平台，将此分析平台应用于微量小分子药物的高通量检测，可快速纯化小分子化合物，如农药、违禁食品添加剂及，并利用基质辅助激光吸收脱附质谱仪进行精确分子量鉴定。

2009年，台湾中研院化学所的首次由实验结果观察到激发态在共轭高分子（或称导电高分子）的共轭系统中是二维的现象。此项结果乃结合异三并苯的对邻位键结与二维梯状平面结构达成，前者使得激子可以有效从对位共轭链进入到邻位共轭链，后者则使得整个共轭骨架保持共平面，而不会因结构扭曲而使激子定域化，其具体结构为一系列含不同苯环数目的星状结构的梯状苯聚合物，结果显示激子可扩及每一个苯环，且此线性也可与链形梯状聚对苯的性关系重叠，并进一步利用荧光方向性的测量来确立其分子属单一发光团。

该所研究团队在2011年研发气哨音波感测泛用型技术，对于微量分析物进行检测时，利用气相层析分离设备内的哨型器，待测气体流经装置时，空气柱会发生振动而形成驻波产生声音，由高灵敏度麦克风并经傅立叶转换后根据分析物相对于声音信号出现的时间与频率的变化量，便可同步观测单一谱峰，可用来确认分析物的成分与含量。对于检验或监测，仅需读取频率的改变量，不需要校正曲线的辅助，即可直接估算分析物浓度。此项装置为学术界及产业界提供新的气体快速检测及定量分析方法，对现行热导探测器、火焰离子化探测器、半导体感应器及质谱仪等各类仪器不足之处进行补强。

先进材料化学

在先进材料化学领域，台湾科学家以往取得的成果包括：开发多种高效率有机发光分子，包括多种四苯硅烷或四苯甲烷分子玻璃材料及二吡咯吡啶骨架的蓝光、绿光材料及含铱金属的红光材料；利用开发的蓝光材料搭配红光材料，制成高亮度的电激发光材料及白光元件；以三芳香基胺顺丁烯亚酰胺所制备的非掺入型发红光有机发光二极管，能够发出有效率的红光；开发有高荧光量子产率的共轭三吡啶衍生物及其金属错合物发光材料；开发出具有荧光特性的长方形及笼状超分子化合物；开发得到自发性组合环形的三次非线性光学化合物、高分子型二次非线性光学化合物；合成供双光子吸收或双光子荧光的三次非线性光学材料；制备新颖特殊的有机金属化学气相蒸镀陶瓷薄膜材料；合成含甲硫醇功能基且具有17个苯环及16个碳-碳双键的纳米级有机分子；发现含有呋喃的多苯化合物是有效的空穴传递材料，及利用芴（fluorine）分子及星形化合物，创造一个形态稳定（高Tg）的空穴传导材料；研究碳纳米管的生长机制，可将碳管选区生长在各种材料表面，并达到高密度、低温成长、垂直排列等功效；开发场发射显示器；利用推拉电子基取代的制作出高效率与亮度的非掺入型红色有机发光二极管；合成各种形状、不同大小的金、银纳米量子点，研发出一种可以在硅、蓝宝石、氮化镓、磷化镓、铝、铜、玻璃等材料上制造纳米针尖的技术，并证明其在催化、场发射、抗光反射、表面共振光学上有特殊的功效；利用一氧化碳和镉制成自组装一维超分子材料，并观察到新的光学及结构现象。

2008年，台湾中研院化学所陈锦地等人通过成功的精心的分子设计，开发出一系列咔唑-共轭-双三甲基苯硼烷双极性荧光物质，制作高效率非掺入型蓝色有机发光二极管，突破目前双极性的蓝色发光物质所面临到的难题。电激发光的效率很高，最大外部量子效率达到6.9%。该研究团队正进一步探讨研究利用此处的分子设计，用在白光有机发光二极体固态照明上。

近年来，台湾大学彭旭明领导的实验室专注于分子电子学的研究，2009年采用扫描式隧道显微镜测量金属串分子（以4个多吡啶胺与金属离子错合，并在分子的两端各有轴向配基，具有良好电子传导性质，可作为分子导线）的导电性，得到电流与探针移动距离的关系，计算出镍、钴以及铬核金属串分子的键序，即金属核之间的键结程度；以导电原子力显微镜观察，发现铬核金属分子的导电能力有着强弱变化，分别代表开与关两种性质，显示其具备分子开关的特性。

台湾中研院化学所团队利用适当的有机自组装分子层修饰金的表面，成功地改变五环素（pentacene）分子与表面作用力，提高五环素分子层的结晶性，得到高效能场效应晶体管元件，再将金纳米粒子安置于其中，藉由纳米粒子用来当作储存电荷的浮置阀，使晶体管元件同时具有记忆性质，因而成为具有记忆功能的三端点存储元件。根据这一结果，该研究团队正在进一步使用其他金属纳米粒子或有机纳米颗粒，制作出更多性能可以调控的有机场场效应晶体管/存储器元件。

二硫化钼是继石墨烯之后备受关注的层状材料之一。台湾科学家2012年首先利用化学气相沉积法研发出制备大尺寸高品质二硫化钼均匀薄层的方法，为二硫化钼及相关的无机二维材料电子学研究及应用奠定了材料基础。此外，利用离子凝胶作为介电层，⒍硫化钼制作为软性晶体管，发现二硫化钼薄层并不像一般无机材料容易碎裂，反而具有惊人的高度柔软性，使其有机会取代共轭高分子，成为软性电子的主动材料。

环境化学与能源化学

在环境化学与能源化学领域，开发新型催化剂是保护环境、治理污染和发展绿色能源必不可缺的内容。台湾科学家以往取得的成果包括：利用X光光电子能谱、傅立叶转换红外光谱及程温脱附研究小分子在催化剂表面的吸附与反应，检测其反应活性并推导反应机理；研发出可大量产生高纯度甲烷单氧化酶的发酵法，除光谱分析及生化方法鉴定外，并针对此酶活性，测定基质氢与碳的同位素效应，归纳出催化中心的反应型态；研究钯催化聚烯反应，证明中性的钯-醛酰配位错合物具催化聚合烯类化合物的效果，其活性与配位基的电子组态、立体障碍有关；制备出在甲苯的对位上带有甲氧基的钯环催化剂衍生物，促使芳香烃卤化物进行同耦合反应；用二氧化钛涂布中孔洞材料的表面，制备多孔洞二氧化钛材料以研究其作为异相催化剂载体的性质，发现不错的活性；以氘丁烷测量其同位素效应，并测量其疏水性中心反应空间的大小，显示甲烷的催化需要一定的疏水作用及适当的位向方可进行，另外以密度方程式的方法计算反应的发生路径，甲烷的活化以三个铜原子协调一致的作用方式最为有利；发现纳米级催化系统常可提供其他尺度材料截然不同的催化活性，带来崭新的应用；开发纳米尺度的硅倍半氧多聚体复合材料，并探索硝化、聚合等催化反应效率，重点研究以多孔性材料为载体的金属催化剂以及纳米级二氧化钛催化剂等。

结构内部具有纳米大小孔洞的介孔物质可以作为分子筛，用作催化反应或用来储存氢气与二氧化碳，以及应用于新型无镧荧光粉材料。新竹清华大学的研究人员在2010年突破前人的瓶颈，利用不同长度直碳链的单胺作为聚集式模板，掌控纳米孔洞大小，导引出由3种相同构建单元组装而成的无机纳米孔洞骨架，进而达到系统性合成，成功开发出理性合成无机骨架的方法，设计出一系列新颖的晶型纳米孔洞结构，不仅第一次超越了自然界36R的纳米孔，更重要的是孔径超越以往晶型孔洞物质2纳米的上限，使科学家第一次认知到结晶性介孔无机物质是存在的。

台湾中研院化学所研究团队致力于选择性材料的开发，即在纳米空间中将功能基或客体嫁接或沉积在特定位置上，藉以形成多功能纳米复合材料，并在纳米生物医学、绿色催化以及气体吸附与传感测量应用中展现出优越与特殊的性质与表现。

另外，台湾科技人员还通过实验证实，碳纳米管在锂电池的应用上比石墨电极的效率高，利用碳纳米管发射脉冲电子束，其电子束强度较其他材料高出千倍以上；

目前已知的化学反应无法解释臭氧洞的形成。为此，台湾科学家决定跳脱传统光谱学的思维，2009年提出创新的解决方案，结合分子束、激光与质谱等技术，精密地测量过氧化氯分子在代表性波长下的光分解速率，以明确的证据平息全球科学界对于臭氧层被破坏方式的重大争议。该团队精确测量了过氧化氯分子光分解产物的产率，并清楚确立了其光分解动态。这些结果不但增进人类的基础知识，也为大气化学家提供了精确的参考数据，对于臭氧层中发生的化学反应能依此做更深入的研究。

染料敏化太阳能电池相较于传统硅基太阳电池，具有色彩多样化、元件效能不随温度增加而降低、可制作半透明、可挠曲元件和弱光下即可发电等优点，因此极具商业化价值，但钌系错合物染料的最佳光电转换效率在过去二十几年中一直无法突破12%。有鉴于此，台湾中研院化学所林建村等人2011年针对各类的紫质染料来进行测试，发现其中以YD2-o-C8元件性能最为优异，由此制成的高效能染敏型太阳能电池，在模拟太阳光一半强度照射下，其光电转换效率可达13.1%的世界纪录，这是以钌金属作为光敏染料的DSSC元件自2005年达到11%以来至今最大突破。

生物及医药化学

在生物及医药化学，台湾科学家以往取得的成果包括：将固相萃取及微透析膜分别整合在电泳芯片上，增加浓缩、即时取样等分析功能，应用于连接聚合链锁反应产物的临床分析及蛋白质分析；发展醣类金纳米粒子，应用到细菌的检测及分析标定；尝试用纳米粒子在老鼠身上产生新抗体；发展出不同颜色的功能化Ⅱ-Ⅵ族半导体粒子，再将其与生物检测上使用的抗体或DNA结合，用于细胞器标定和DNA序列鉴定，提供一种快速且精准的生物检测技术；由核磁共振频谱及圆二色偏光光谱分析，得到牛痘病毒蛋白质分子模型，可推断造成此病毒蛋白质分子集结原因及负责的氨基酸；开发新合成方法，制备一系列与细胞表面醣体硫酸乙酰肝素有关的寡醣，找出结合最强的寡醣，作为复合体结构分析及电脑分子模拟设计抑制物；完成核酸突状结构的探测及其反应机制的推导；利用光谱法定出艾滋病毒过膜蛋白核心结构形成的氨基酸残基，并发展出引发多株抗体的抗原；研究感冒病毒与胞膜作用对pH 的变异性；发现回纹式核酸三螺旋在水溶液中有前所未有的新结构，其功用可能有助于核酸链在染色体紧密排列，证明核酸在水溶液中是一种机动平衡；完成人类抗体蛋白质工程研究，以大肠菌培养法大量生抗体并使之活化；研发具有抗肿瘤潜力的药物胞核-单磷酸N-乙酰神经胺糖酸直链状类似物；证明以醣类分子包裹的金纳米粒子为良好的多重价载体；开发新方法用于合成海藻醣脂醇；以肽形成淀粉状蛋白纤维的现象为研究对象，了解其纤维化的过程藉由动力学的控制效应；率先报导一锅化保护-醣链结反应，有效合成α12链结的双醣体；利用光不稳定化合物，合成一系列包覆后的肽，根据其包覆前及包覆后的光谱资料，建立其确实的结构信息；成功合成出半乳醣脂质及其衍生物，并发现其免疫调节活性；成功开发出以三氟甲磺酸铜盐催化六碳醣与醋酸酐的无溶剂且高产率的全乙酰化反应；成功开发出以自然界存量最多的D式葡萄糖为起始物，合成多种具潜在生物活性的L式六碳醣衍生物的合成途径等。

2006年，台湾中研院化学所研究人员利用金属纳米材料进行蛋白质、DNA与重金属离子的探测，并进行纳米药物的开发以调控凝血作用。所开发的高感度纳米光学传感器可用于乳癌标志物的定测量试，也可进行单一碱基对基因突变的检测。另外开发的分子适合体纳米药物除具有快速和极佳调控凝血效果外，其高稳定性和低副作用适合于抗凝血药剂应用，不仅可提高与凝血酶结合能力，也可调控凝血时间。

近几年，该研究团队还将纳米薄膜应用在光学、电化学与质谱探测器，通过制备金属纳米粒子、微纳米粒子、纳米团簇，并进行小分子、DNA、蛋白质和酶等功能化修饰与薄膜化，所形成的功能性复合纳米薄膜可应用于汞、铅、铜等重金属、肿瘤蛋白、酶、DNA和癌细胞探测器的_发与控制药物释放。相关纳米薄膜材料也可应用于表面辅助激光脱附游离化质谱仪，用以探测环境污染物，如重金属铅离子、大肠杆菌等。

荧光共振能量转移方法因可以测量纳米尺度的生物分子构型改变，因此近年来成为了解各种生物现象中分子层面的动态变化的一大利器。在利用荧光共振能量转移方法于观察蛋白质时，研究人员需将欲研究的蛋白作多色的荧光定点标定。然而，此步骤常异常繁琐困难。2009年，中研院生化所杨维元等人开发出运用天然的酵素intein来大幅简化蛋白多色荧光定点标定之步骤，使荧光共振能量转移方法在蛋白质研究能更简易地被运用。

传统药物动力学的区室分析方法是将生物体组织分为一至多个区室，每一个区室内部的特定物质均视为均匀分布，探讨生物体内不同区室里，特定物质动态吸收、分布、代谢和排泄的定量变化趋势，并藉以达成其药物试验的剂量设计、解释造成药效的研究。然而，对于特定区室的物质动态变化而言，常常会因缺乏适当的实验数据而无法进行。为克服此难题，台湾研究人员在2010年陆续成功开发出多种可用以进行细胞外液区室内各种原生性（如脑内金属）及外源性物质（如金属离子、纳米粒子）动态浓度变化趋势监测的活体动物体内自动化连线分析技术。

大蛋白质复合体往往有容易裂解的问题，因此提高了用X光结晶学作为解析结构方法的困难度。为了了解相位显微镜在提高衬度（即图像的信号噪音比）后所带来的具体影响，中研院化学所研究人员定量比较了相位片电子显微镜和传统电子显微镜在单粒子重建程序中每一步的效能，结果发现相位片电子显微镜能够帮助分离相似构形的蛋白质图像；而对于分子量介于10万和50万道尔顿的蛋白质，重建三维结构所需的图像数目大约减为传统电子显微镜所需图像数目的1%至10%，因此许多不易获得的蛋白质也有机会纳入结构解析的行列。

2011年，台湾中研院生化所吴世雄领导的研究团队历经4年时间，自台湾出产的释迦及番荔枝科植物的种子中纯化出8种不同呋喃键结型态的番荔枝科乙酰生合成物，藉由核磁共振光谱与恒温滴定测焓仪，证实乙酰生合成物与钙离子螯合，结合成不同形式的钙离子类冠状醚错合物。在生物细胞的实验中，他们进一步证实乙酰生合成物――钙错合物能协助钙离子穿透细胞膜，增加细胞体内的钙离子浓度，扰乱细胞体内钙离子的均一性，进而引起粒线体的去极化，启动细胞死亡，而提供此类天然产物之所以具有强烈的细胞毒杀能力的原因。此研究成果结合化学及生物学的实验方法，厘清乙酰生合成物对细胞内离子均一性的影响，为活性天然物应用于新药开发上提供更直接、可能的作用机制。

肌萎缩性脊髓侧索硬化症（也称运动神经元病或“渐冻人病”）是常见的神经退化性疾病之一。藉由分析TDP-43C端片段的基因序列，可进一步了解其在该病患中所扮演的作用。2012年，中研院化学所研究人员利用生物信息软件PONDR，对TDP-43蛋白的序列进行结构分析，结果显示约80%的C端序列天生没有结构。为了更详尽了解C端片段的特征和物理性质，该团队分别合成4条胜肽片段（D1-D4），结果显示只有D1呈现出纤维的结构，宽度约11纳米且有互相缠绕的现象，同时发现该病患者中可以找到由TDP-43所形成纤维结构的聚集物，因此推测D1具有促进纤维结构形成的能力，帮助了解此疾病所产生的聚集体结构上的特性，有助于找到治疗该疾病的方法。

p53诱导癌细胞凋亡的抗药性是医学界上一直悬而未解的难题。2012年，台湾中研院化学所李文山及王朝谚所等人成功地发展出新型的含钯、金及银金属抗癌剂。此类金属抗癌剂不仅稳定存在似生理状态的缓冲溶液中达3天，且有效的抑制乳癌及脑瘤细胞的生长，尤其对脑瘤细胞具较好的毒杀疗效，并避开p53诱导癌细胞凋亡的抗药性。更进一步的研究发现，这类金属抗癌剂可导致p53-诱发的细胞凋亡（p53蛋白、磷酸化蛋白及bak表现增加）而p21蛋白表现减少。此发现可应用于解决p53诱导癌细胞凋亡的抗药性问题，是治疗脑瘤的一个重要突破。

许多膜蛋白质的异常表现与癌症进展息息相关，成为癌症检测或药物治疗的靶标蛋白质，因此，全面性地定量膜蛋白质体可增进对膜蛋白质调控癌症的机制及其信息传递路径的了解。台湾中研院化学所陈玉如等长期致力于开发癌症中蛋白质异常表现及转译后修饰的高效能分析平台，为了寻找癌症标识蛋白质，开发一套简单的资讯辅助免标定定量策略，结合新开发的胶体辅助蛋白质水解法、高效能液相层析串联质谱法以及生物资讯等技术，并成功应用于大肠直肠癌的个人化癌症与正常组织的膜蛋白体分析。该研究针对组织膜蛋白体提出一套灵敏的定量分析策略，并且在2012年成功建立第一个人类大肠直肠癌膜蛋白体数据库。预期此策略能有效地应用于其他癌症组织的分析，并找出具有潜力的生物标记分子。

细胞的基因每天都遭受不同形式的损害，但同时，细胞也具有修复双股DNA断裂的反应机制。Pif1解旋酶是一种蛋白质，具有将双股螺旋DNA解开的能力。2013年，台湾大学生化研究所冀宏源等人利用酵母菌和细菌的蛋白质表达系统，以及各种蛋白质的纯化技术，最终得到至少13种高纯度的重组蛋白质，以建立同源重组修复基因的反应系统，来研究Pif1解旋酶的作用机制。研究发现，Pif1解旋酶利用本身水解高能化合物ATP作为能量的来源，来解开DNA双股螺旋的结构，以利于DNA聚合酶能顺利的进行DNA复制，可完成修复受损的基因。此重要发现有助于未来的药物开发与癌症治疗。