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研究生： 周孟寬
Chou, Mong-Kuan
論文名稱： 光聚合高分子在蛋白質分析上的應用
Applications of Photopolymer for Protein Analysis
指導教授： 陳淑慧
Chen, Shu-Hui
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2003
畢業學年度： 91
語文別： 中文
論文頁數： 105
中文關鍵詞： 光聚合高分子應用 、蛋白質分析
外文關鍵詞： applications of photopolymer, protein analysis
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    • 本研究的目的是利用光聚合高分子材料分別應用於不同分析裝置上，如生物晶片、質譜等。由於光聚合高分子材料具有快速聚合、聚合位置與形狀選擇性高、高分子表面可依需要進行不同的衍生化、高分子為多孔性的材料具有相當大的表面積可增加與分析物接觸的面積等多種優點，所以可將光聚合高分子材料應用於分析工具上，提高分析工作效率。
    本研究中將光聚合高分子形成在玻璃基材的微流體晶片管道中，以製作成阻擋閥(frit)來阻擋填充於晶片管道中的靜相顆粒,使其可進行晶片上的固相翠取與濃縮。實驗結果證明以光聚合高分子所形成於晶片上的阻擋閥，在玻璃晶片上確實可以有效的阻擋5μm大小的C18顆粒，所形成之高分子的孔洞大小由電子顯微鏡觀察顯示約為1μm。
    光聚合高分子的另一項應用是製作可拋棄式的生化分子濃縮純化吸管尖，本研究利用光聚合高分子將不同種類的靜相材料，如C18顆粒及金屬離子親和層析靜相，固定於微量吸管尖中，取代目前被廣泛使用於樣品濃縮去鹽的Zip-TipsTM。由介質輔助雷射脫附離子源－飛行時間質譜儀對胜肽樣品的測試結果證明在濃縮去鹽方面最大可達到約五倍的濃縮效果。在金屬離子親和層析吸管尖的應用方面，實驗結果顯示所製成之金屬離子親和層析濃縮吸管尖可將磷酸化的胜肽由酪蛋白消化物中濃縮萃取出來，以增強磷酸化胜肽的質譜訊號強度。此外，所開發之濃縮吸管尖具備高效能、使用方便、成本低廉以及修飾胜肽之選擇性等，是目前市面上產品未具有的優勢。

    This study is focused on the fabrication of photopolymers and their applications for the fabrication of biochips and sample preparation to facilitate protein analysis using mass spectrometry. Owing to the inherent advantages of photopolymers, such as speedy polymerization, feasibility for fabrication on a defined area, large surface area and variable surface modifications, photopolymers have been widely investigated for many applications.
    In the first part of this study, the photopolymer was used to fabricate a frit for packing chromatographic C18 beads along the microchannel for chip-based solid phase extraction. Results show that the fabricated photopolymers had a pore size of around 1μm and was capable of holding 5μm of C18 beads.
    The second part of this study is to use photopolymer in fabricating disposable tips for concentration and purification of bimolecules prior to MS analysis. Based on the analysis of MALDI-TOF MS, the ion signals of tryptic digest of standard proteins could be enhanced by 5 times using the fabricated photopolymer tip with imbeded C18 beads. Moreover, the phosphopeptids of β-casein can be readily detected by the use of photopolymer tip with imbeded metal chelate beads, which had extracted and concentrated these phosphopeptides from a complicated digest mixture. This device appears to be promising since it exhibits several advantages over some commercial products, such as high performance, easy-to-use, cheap and versatile for the enrichment of post-translational modified peptides.

    目錄 誌謝………………………………………………………………………I 中文摘要…………………………………………………………………II 英文摘要…………………………………………………………………IV 目錄………………………………………………………………………VI 表目錄……………………………………………………………………X 圖目錄……………………………………………………………………XI 第一章 序論 1.1 前言……………………………………………………………………1 1.2 高分子聚合物應用於分析科學之簡介………………………………2 1.3 溶膠凝膠(sol-gel) 1.3.1 溶膠凝膠的發展歷史………………………………………………3 1.3.2 溶膠凝膠的反應……………………………………………………4 1.4 有機高分子之苯乙烯(styrene-based)材質 1.4.1 苯乙烯材質的發展歷史……………………………………………5 1.4.2 苯乙烯材質的反應…………………………………………………5 1.5 有機高分子之丙烯醯胺(acrylamide-based)材質 1.5.1 丙烯醯胺材質的發展歷史…………………………………………6 1.5.2 丙烯醯胺材質的反應………………………………………………6 1.6 有機高分子之丙烯酸(acrylate-based)與甲基丙烯酸(methacrylate-based)材質 1.6.1 丙烯酸與甲基丙烯酸材質的發展歷史……………………………7 1.6.2 丙烯酸與甲基丙烯酸材質的反應…………………………………8 1.7 光聚合高分子的應用(Photopolymer Application)………………8 第二章 光聚合高分子於電泳晶片上之應用 2.1 微系統晶片簡介………………………………………………………10 2.2 研究背景………………………………………………………………11 2.3 研究動機………………………………………………………………11 2.4 實驗之架設 2.4.1 晶片的設計…………………………………………………………12 2.4.2 進樣模式……………………………………………………………13 2.4.3 微流體晶片電泳系統………………………………………………14 2.5 實驗藥品準備…………………………………………………………16 2.6 利用光聚合高分子於晶片上製作阻擋閥(frit)實驗 2.6.1 鈉玻璃材質晶片部分………………………………………………17 2.6.2 PDMS材質晶片部分…………………………………………………23 2.7 結果與討論……………………………………………………………26 第三章 利用光聚合高分子製作毛細管式去鹽濃縮裝置與拋棄式生化分子濃縮純化吸管尖 3.1 拋棄式生化分子濃縮純化吸管尖之簡介與研究背景………………30 3.2 研究動機………………………………………………………………31 3.3 實驗使用儀器與方法 3.3.1 元素分析儀…………………………………………………………32 3.3.2 介質輔助雷射脫附離子源-飛行時間（MALDI-TOF）質譜儀……………………………………………………………………………33 3.3.3 金屬離子親和層析（IMAC）………………………………………36 3.4 實驗藥品準備…………………………………………………………37 3.5 以元素分析儀分析複合單體共聚合高分子之成分…………………38 3.6 毛細管式去鹽濃縮裝置 3.6.1 毛細管式去鹽濃縮裝置之製作……………………………………39 3.6.2 毛細管式去鹽濃縮裝置之應用……………………………………41 3.7 拋棄式生化分子濃縮純化吸管尖 3.7.1 拋棄式生化分子濃縮純化吸管尖之製作…………………………44 3.7.2 拋棄式生化分子濃縮純化吸管尖之應用…………………………46 3.8 結果與討論……………………………………………………………47 第四章 結論與未來展望 4.1 結論……………………………………………………………………51 參考文獻……………………………………………………………………53 附錄I (Peptide Mass Table)……………………………………………98 附錄II(掃描式電子顯微鏡照片，SEM)…………………………………103 表目錄 表 3-1 複合單體共聚合高分子元素之成分分析比較…………………56 表 3-2 複合式靜相於三種蛋白質消化物的胜肽序列符合統計(Peptide sequence coverage) 表………………………………………………………………57 圖目錄 圖 1-1 矽基質粒子(silica-basee particles)以溶膠凝膠的方法使其黏附在管壁上之示意圖……………………………………………………………………………58 圖 1-2 溶膠凝膠 (sol-gel)的基本合成原理示意圖…………………59 圖 1-3 聚苯乙烯-二乙烯基苯[poly(styrene-divinylbenzene)] 的反應示意圖……………………………………………………………………………60 圖 1-4 丙烯醯胺(acrylamide)的聚合反應示意圖……………………61 圖 1-5 甲基丙烯酸(methacrylate)的聚合反應示意圖………………62 圖 1-6 高分子材質製作整體性管柱的簡易流程示意圖………………63 圖 1-7 管壁利用MPTMS (methacryloxypropyl trimethoxysilane) 進行修飾示意圖……………………………………………………………………………64 圖 2-1 晶片之幾何圖形示意圖…………………………………………65 圖 2-2 連續進樣電泳式晶片操作模式示意圖…………………………66 圖 2-3 微流體晶片操作系統示意圖……………………………………68 圖 2-4 利用光聚合高分子製作阻擋閥(frit)流程示意圖……………69 圖 2-5 微流體晶片製作阻擋閥(frit)與填充碳十八小珠靜相完成之晶片示意圖……………………………………………………………………………70 圖 2-6 Cy5-BSA之進樣(Loading)、清洗(Wash)、沖堤(Elution)之示意圖……………………………………………………………………………71 圖 2-7 實驗晶片裝置比較示意圖………………………………………72 圖 2-8 Free-Cy5與Cy5-BSA通過卡匣(cartridge)線上(On-line)偵測之電泳圖……………………………………………………………………………73 圖 2-9 微流體晶片上填充碳十八小珠之顯微鏡照相及通入Cy5-BSA之照片圖……………………………………………………………………………74 圖 2-10 Free-Cy5與Cy5-BSA通過填充有碳十八小珠於微流體管道晶片之線上(On-line)偵測之電泳圖……………………………………………………………………75 圖 2-11 PDMS [poly(dimethyl siloxane)]晶片製作示意圖…………76 圖 2-12 PDMS晶片上光聚合高分子形成阻擋閥(frit)的顯微鏡照相圖……………………………………………………………………………77 圖 2-13 PDMS晶片填充碳十八小珠完成後於分流管道的位置照片示意圖……………………………………………………………………………78 圖 3-1 介質輔助雷射脫附離子源 (MALDI)原理示意圖………………79 圖 3-2 介質輔助雷射脫附離子源-飛行時間（MALDI-TOF０質譜儀簡示圖……………………………………………………………………………80 圖 3-3 金屬離子親和層析（IMAC）原理示意圖………………………81 圖 3-4 毛細管式去鹽濃縮裝置結構圖…………………………………82 圖 3-5 具碳十八官能基高分子的毛細管式去鹽濃縮裝置之質譜分析圖(m/z 1000-3000)………………………………………………………………………………83 圖 3-6 具碳十八官能基高分子之毛細管式去鹽濃縮裝置之質譜分析圖(m/z 1500-3000)………………………………………………………………………………84 圖 3-7 具碳十八小珠與EDMA混合的毛細管式去鹽濃縮裝置之質譜分析圖(m/z 1000-3000)………………………………………………………………………………85 圖 3-8 具碳十八小珠與EDMA混合的毛細管式去鹽濃縮裝置之質譜分析圖(m/z 1500-3000)………………………………………………………………………………86 圖 3-9 不同靜相材質於毛細管式去鹽濃縮裝置中的質譜分析比較圖(m/z 1000-3000)………………………………………………………………………………87 圖 3-10 不同靜相材質於毛細管式去鹽濃縮裝置中的質譜分析比較圖(m/z 1500-3000)………………………………………………………………………………88 圖 3-11 利用具碳十八小珠與EDMA混合之毛細管式去鹽濃縮裝置比較實驗過程有無酸化步驟之質譜分析比較圖…………………………………………………………89 圖 3-12 複合式靜相應用之效果比較圖(m/z 800-3000)………………90 圖 3-13 複合式靜相應用之效果比較圖 (m/z 1700-2550)……………91 圖 3-14 光聚合高分子之拋棄式生化分子濃縮純化吸管尖製作流程示意圖……………………………………………………………………………92 圖 3-15 光聚合高分子之拋棄式生化分子濃縮純化吸管尖結構示意圖……………………………………………………………………………93 圖 3-16 500 femtomole的血紅素消化物與2M氯化鈉混合的樣品於吸管尖處理前後的質譜分析圖…………………………………………………………………………94 圖 3-17 200 femtomole的血紅素消化物與2M氯化鈉混合的樣品於吸管尖處理前後的質譜分析圖…………………………………………………………………………95 圖 3-18 100 femtomole的血紅素消化物與2M氯化鈉混合的樣品於吸管尖處理前後的質譜分析圖…………………………………………………………………………96 圖 3-19 以金屬離子親和層析（IMAC）吸管尖處理前後進行之質譜分析圖……………………………………………………………………………97

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    下載圖示
    2006-09-04公開
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