環境分析監測技術

        不論是在環境、藥學或生物醫學領域上，發展一種同時具備操作簡單、分析快速且結果準確，可自動連續進行多物種、多樣品的分析監測方法，一直是科學家長久努力的目標，這個從前看似遙不可及的技術，隨著生物感測器的發展而漸漸地實現。自然界中有許多特殊的分子，包括微生物、酵素、抗體等，由於他們對於特定物質具有反應性高，應答時間短、靈敏度佳及專一性高的特性，使得他們的在生物感測的應用愈來愈受重視，而生物感測器就是結合此類生物辨識分子與適當電子傳遞元件 ( 如電學，光學，聲學 ) 的一種裝置，使能專一、精確快速地分析待測物濃度。

a. 製藥及個人保健產品型 分子拓印高分子

分子拓印技術 (molecularly imprinted technology ， MIT) 是一種利用非生物性人工材料所製成具有辨識特定物質能力的技術。其採用量身訂做的觀念，像「鎖 - 鑰匙」的關係，如將鑰匙分子和鎖一同混合建造，接著再由建造的基座中將鑰匙分子取出，則此鎖對取出的鑰匙將具有良好辨識能力，其中鑰匙分子就好比是要分析的目標物，鎖就是製作用來辨識目標物的材料，因此也稱為分子拓印高分子 (molecularly imprinted polymer ， MIP) 。 本實驗室使用沉澱聚合法，成功開發出分子拓印高分子材料，可針對不同應用上的需求製備不同大小的顆粒，小至奈米等級大至微米等級 ( 圖 1) ，並實際開發 雌黃激素 (estradiol) 型分子拓印高分子材料， 當使 用甲醇或氰甲烷作為移除溶劑搭配索氏萃取方式移除模板後，經 BET 分析可發現移除模板前後表面積為 188 - 230 m 2 /g 。 SEM 分析結果發現製備出來的分子為多孔洞材料，而等溫吸附曲線也發現 MIPs 對雌黃激素吸附最大量為 1.212 m g/g ( 圖 2) ，此已足夠吸附大量水體中的新興污染物。將製備好的分子拓印高分子做熱穩定測試，發現即使在加熱 80 ° C 數小時後，分子拓印高分仍保留對雌黃激素的活性，將製備的分子拓印高分子填入高效能液相層析儀管柱中，打入睪固酮 (testosterone) 、黃體素 (progesterone) 、酚 (phenol) 、黃激素 (estradiol) ，其為相似結構的化合物，發現其滯留時間 (retention time) 皆不相同，且模板分子滯留時間為最長，證明本研究團隊製備的分子拓印高分子對於目標物具有高選擇性及專一性。

圖 1. 利用沈澱聚合法進行分子拓印高分子材料之配製

圖 2. 利用 (a) 氯仿、 (b) 氰甲烷移除模後之 MIPs 對雌黃激素的等溫吸附曲線

b. 應用核殼複合粒子進行重金屬檢測

核殼複合粒子是利用二種或二種以上不同的材料以逐層包覆方式形成具有內核與外殼結構的奈米顆粒，應用性不僅較單一成份的奈米顆粒廣泛，調控性及材料選擇也相 當多樣性。本實驗室目前在核殼複合粒子的研究方面，已可利用多種核殼複合材料，如 SiO 2 /Au 、 SiO 2 /MIP 及 Fe 3 O 4 /SiO 2 /Au 來配製感測系統，並將之用於尿素及 重金屬的量測，所配製的核殼複合粒子粒徑約為 201 ± 29 nm ( 圖 3 ) 。當在金奈米顆粒表面添加有機酸物質作為錯合劑，如 mercaptoacetic aicd 或 mercaptopropionic acid 時，可藉由金奈米顆粒表面 SPR 特性進行重金屬量測 ( 圖 4) 。另也可利用自組裝單子分薄膜 ( SAM) 技術將 urease 固定於核殼複合顆粒上，對尿素 ( urea) 及重金屬 Cu 、 Ni 、 Cd 均有相當好的線性範圍及偵測極限，其方法偵測極限 ( LOD) 值分別可達 11 nM 、 84 nM 、 0.6 m M 、及 13.72 m M ，大幅改善傳統生物感測器的靈敏度 ( 圖 5 ) 。

圖 3. SiO 2 /Au 核殼複合粒子之 SEM 與 TEM 圖

圖 4. 在金奈米顆粒表面添加有機酸錯合劑時，造成吸收波長的紅位移，配合 UV-Vis-NIR 的使用，即可開發出重金屬奈米感測系統。

圖 5. 利用 SiO 2 /Au 核殼複合粒子進行尿素及重金屬 (Cu 、 Ni 、 Cd) 的檢測

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