國家儀器科技研究中心

2009 年 4 月出版

科儀新知第 169 期

同步光源與生命科學專題

圓二色光譜是一個快速且簡易研究具有圓二色性物質之結構變化的重要技術，常應用於鑑定蛋白質的結構與變化、判別藥物的鍵結性、探討醣類反應性和生物薄膜功能等生物化學和結構生物的研究。同步輻射圓二色光譜利用同步輻射在真空紫外光區的良好線偏振性、高光通量和連續調變波長的特性，具有樣品需求量低，且可提供短波長光區的重要資訊等優點，可開拓新的應用領域，特別是在結構和功能基因體的研究。國家同步輻射研究中心於 2008 年 8 月在 SEYA 光束線完成圓二色光譜實驗站的建造，並開放用戶使用，特撰文介紹實驗站與應用。

同步輻射在蛋白質結晶學上的應用 [ 下載 PDF ]

陳彥儒

蛋白質的立體結構是了解其功能及活性的重要依據，在各國的基因體計畫中扮演重要的角色。在解決蛋白質結構的數種技術之中，使同步輻射 X 光源的蛋白質結晶學則是最被廣泛使用且不可或缺的。本文介紹蛋白質結晶學在最近幾年的發展，包含使用硫原子解決相位角問題，使用無細胞技術表現蛋白質，以及使用脂質立方體培養蛋白質結晶。最後舉兩個最近解出之膜蛋白結構，分享其使用的技術。

同步輻射蛋白質結晶學之高通量暨高純度蛋白質純化設施應用 [ 下載 PDF ]

劉思恒, 黃詩芳, 王聖宏, 潘冠宇, 林易弘

同步輻射在蛋白質結構生物學上的應用與研究發展至今，已是一項非常成熟的技術。以 X 光繞射為工具，在原子解析度下，正確地鑑定並提供詳實的蛋白質晶體結構，以探討蛋白分子結構與功能的關係，有助於基礎生命科學的發展。研究結構基因體學過程中最大的挑戰在於大量 (high-throughput) 及同時並行 (parallel) 多種基因所相對應的蛋白質表現、純化及其結構的確定與分析。在蛋白質純化方面，主要的考量在於如何快速獲得大量高純度且溶解度高的蛋白質，以因應篩選高品質蛋白晶體時的大量需求與純度需要。因此，建立 AKTA explorer 3D 以及 AKTAxpress 之高效能蛋白質自動純化裝置工作站，將會是解決此一瓶頸的最佳利器。AKTAxpress 即專為純化大量且高純度重組蛋白所重新設計研發的自動化純化系統。

硬 X 光吸收光譜在生命科學之應用 [ 下載 PDF ]

李志甫, 許益瑞, 俞聖法, 羅鳳君, 李美儀, 許瑛珍

因得力於同步輻射高強度且能量連續可調的特性，X 光吸收光譜 (XAS) 現已成為探測各類物質電子及局部原子結構的常用技術。本文將概略描述 XAS 技術之相關原理與數據的處理步驟，並介紹目前國家同步輻射研究中心之 XAS 光束線及實驗站設施，最後以一些實例說明其在生命科學中之應用成效。

應用 X 光繞射／散射技術研究生物膜結構 [ 下載 PDF ]

李明道

生物膜是細胞重要的組成成分，其分子結構為生物領域的重要課題，尺度為 3–5 nm，故 X 光是量測生物膜結構的利器。X 光繞射可用來量測多片層生物膜樣品的電子密度，以研究生物膜的精細結構；而 X 光散射技術則用來測量生物單層膜微胞在溶液中的膜厚度，可以更接近細胞生存的環境。同步輻射 X 光具有高強度、高準直性及小光束尺寸的優點，應用在生物樣品的量測將會有很大的優勢。

從蛋白質結構資料庫看同步輻射光源在結構生物技術的發展與影響 [ 下載 PDF ]

潘冠宇, 詹鎮熊

X 光晶體繞射是決定生物巨分子結構的主要技術，蛋白質結構資料庫中有 86% 的分子結構是透過這門技術而決定出來的。本文扼要地介紹蛋白質結構資料庫和新穎結構的重要性、資料量的變化趨勢與技術發展的關聯，以及同步輻射光源技術發展在結構生物領域的影響。

電子束技術在材料界面工程之應用 [ 下載 PDF ]

黎中立, 管傑雄

我們整合了以電子束技術為基礎的技術能量，並擷取「top down」及「bottom up」兩種研發趨勢的優點，將其應用於材料界面工程領域。從底材表面結構設計製作到界面的形成、觀察及分析等，皆充分地發揮電子束系統高解析度的共同優點，同時也提出新型態的材料界面及其工程研發的架構。應用實例中以鋁／矽界面之研究為例，驗證了電子束技術在半導體的關鍵領域－界面工程與科學的應用潛力，另外，也開闢對金屬／半導體界面機制作進一步認識的另一可能途徑。

毛細管電泳分離之運動現象 [ 下載 PDF ]

鄒穎, 楊瑞珍

電泳分離操控技術為加入電位勢後，待量測之樣品間藉由彼此遷移率速率的不同，而達到成分分離的效果。移動邊界電泳法是最早被發展出來的技術，此方法在當時分離了血清，使得人們在往後的研究中有很大的突破。區間電泳法以移動邊界電泳法作為基礎的技術，其在系統環境充滿均勻的緩衝液進行分離；等速電泳法則利用兩緩衝液進行不連續分離之技術；等電點聚焦電泳法則利用背景溶液建立出 pH 值梯度，雙性電解液樣品因其位於等電點所受庫倫力為零而聚焦於此。本文將介紹以數值方式呈現上述方式之電泳分離現象。

閃頻影像式橢圓偏光儀／偏光儀 [ 下載 PDF ]

趙于飛, 韓建遠, 蔡修銘

閃頻式影像橢圓偏光儀克服電荷耦合元件在傳輸及儲存緩慢的缺點。一般電荷耦合元件至少需要 0.03 秒方能取得一張照片，所以無法擷取光彈調變器 50 kHz 的信號。利用與光彈調變器同頻率的短脈衝光源，在某特定時間放射，即可凍結特定相位，進而取像再轉成橢圓偏光參數而成影像式橢圓偏光儀。本文乃運用此影像式橢圓偏光儀量測一個具有結構的二氧化矽薄膜，以及一油滴沿著矽晶片滑下的過程，藉其厚度的二維分布，以呈現橢圓偏光儀的影像功能。現以同樣的理念實施在偏光儀，稱之為穆勒矩陣影像偏光儀，利用 Lu-Chipman 極化矩陣的分解法，可以減少材料對入射光散射的影響，故用以量測生物介質。在此以偏光儀觀測九官皇冠葉的乾燥過程。

測試光束斜入射之長條狀平板面精度量測 [ 下載 PDF ]

郭慧君, 張勝聰, 蔡和霖

以干涉儀量測光學平板的面精度，必須提供與待測件尺寸相當的同調平行光束。目前在台灣，以國家實驗研究院儀器科技研究中心 Zygo 干涉儀光束口徑 12 吋為最大。近年來業界技術要求可量測 30 cm 以上長條型光學平板，以現有干涉儀平行光束正向入射到待測光學平板上，無法一次量測取得所有待測面的面精度。本文主要介紹針對測試光束斜入射之長條狀平板面精度量測的能量建立，說明光學原理、利用光學軟體 ZEMAX 模擬量測及實際測試結果。由斜向入射之干涉儀測量長條狀光學平板的面精度，量測誤差為 1/10 波長以下，且調整斜向入射角度可使待測平板長度為量測干涉儀量測光束口徑的兩倍以上。