研究成果

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1、研究成果9新型觸媒在醇類氧化反應中之高效選擇性本中心用戶中興大學化學系曾志明教授的研究團 隊，利用簡單的含浸法(wetness impregnation)製備出 新型釕-氫氧化鎳觸媒(Ru/Ni(OH)2 composite)，並運 用延伸X光吸收精細結構(EXAFS)光譜技術，清楚解開 在此新型觸媒結構中Ru-Ru與Ru-OH之鍵結形式。研 究結果顯示，每一個Ru原子周圍約鍵結四個O原子以 構成第一配位層，而相鄰兩個RuO4單元則共用其中兩 個O原子做為架橋，如此相鄰的一個Ru原子即構成第 二配位層。整體而言，近似於單層的Ru(OH)x陣列嵌入 Ru/Ni(OH)x的層狀結構中，且Ru與Ni

2、兩者間並無直接 鍵結發生。此新型觸媒應用於催化醇類氧化反應中， 可以得到醛類或酮類產物的高反應選擇性( 99%)與轉 化頻率(TOF 132 h1)。此研究是利用本中心光束線 01C1和17C1進行。參考文獻： S. Venkatesan, A. S. Kumar, J. F. Lee, T. S. Chan, and J. M. Zen,“Ruthenium-functionalized Nickel Hydroxide Catalyst for Highly Efficient Alcohol Oxidations in the Presence of Molecular Oxygen“,

3、 Chemical Communications 1912 (2009).探索過渡金屬氧化物的材料特性本中心用戶德國科隆大學物理所Hao Tjeng教授 的研究團隊，利用Co-L2,3及O-K的X光吸收能譜技術發 現，La1.5Sr0.5CoO4中的電荷有序(charge ordering)包 含了高自旋態的二價鈷離子(Co2+；S=3/2)及低自旋態 的三價鈷離子(Co3+；S=0)。研究結果不僅證實過渡金 屬氧化物中存在自旋阻障(spin blockade)的現象，也 說明了La2-xSrxCoO4這系列材料極端絕緣的特性，且對 應的eg2及eg0軌道佔據態導致Co-O鍵長之極大差別，這

4、也進而說明了電荷有序的高溫度，及非磁性三價鈷離子 (Co3+；S=0)的存在，同時也自然地解釋了磁性有序的 低溫度。另一方面，從能帶的觀點來看，研究團隊推論 La1.5Sr0.5CoO4是一種窄帶材料。此研究是利用本中心 光束線11A1進行。參考文獻： C. F. Chang, Z. Hu, H. Wu, T. Burnus, N. Hollmann, M. Benomar, T. Lorenz, A. Tanaka, H. J. Lin, H. H. Hsieh, C. T. Chen, and L. H. Tjeng, “Spin Blockade, Orbital Occupation,

5、 and Charge Ordering in La1.5Sr0.5CoO4“, Physical Review Letters 102, 116401 (2009).DNA解旋酶功能與其複合晶體結構DNA解旋酶(Helicase)是所有生物體維持生命所必 需的一類酵素，屬於一種馬達蛋白(motor protein)，利 用核苷酸(ATP)水解所產生的化學能量，使轉化為自身 的運動，在移動過程中將相連的雙股核酸長鏈(dsDNA) 解開，因此對於DNA的複製、修補和重組都扮演了很 重要的角色，但由於蛋白結構資訊的缺乏，以致對功能 的了解仍有許多不明確處。所以，本中心用戶中研院分 子生物研究所蕭傳

6、鐙博士的研究團隊，以一株格蘭氏陽 性嗜高溫細菌Geobacillus kaustophilus HTA426為材 料，利用X光繞射方法解出屬於類DnaB家族(DnaB-like family)的DnaC解旋酶六聚體晶體結構，以及含有單股 DNA的複合體晶體結構。依據此生物結構資訊，發現環 狀排列的解旋酶中央孔洞內側，含有三個對稱的鹼性溝 槽環繞著單股DNA，此單股DNA的結合溝槽(binding- groove)穩固地牽引單股DNA，從蛋白質N端區域 (N-terminal domain)到DnaG蛋白(DNA primase)，以 利其合成小片斷的RNA引子。這個發現能進一步了解 DNA和解

7、旋酶結合的機制，且藉此提出了在複製交叉位 置(replication fork) DNA易位機制(translocation)的進 動模型。此研究是利用本中心光束線13B1進行。參考文獻： Y. H. Lo, K. L. Tsai, Y. J. Sun, W. T. Chen, C. Y. Huang, and C. D. Hsiao, “The Crystal Structure of a Replicative Hexameric Helicase DnaC and Its Complex with Single-stranded DNA“, Nucleic Acids Research

8、37, 804 (2009).陰離子交換控制介態相轉變之關鍵利用十六烷基三乙基銨(cetyltriethylammonium, CTEA)離子的模版效應做為孔洞指引劑，在接近攝氏 零度的低溫酸性環境下，可以合成出介孔洞二氧化矽材 料，CTEA所構成的微胞與氧化矽骨架的界面所含之陰 離子，在室溫下極容易進行離子交換。本中心用戶台灣 大學化學系鄭淑芬教授的研究團隊，利用小角度X光散 射與光學顯微鏡等原位偵測技術，來研究不同陰離子交 換時所產生的結構與形貌之變化。此外，利用溶解在微 胞疏水中心之芘(pyrene)分子的螢光實驗，以偵測離子 交換過程界面環境的變化，結果得知界面中約有半數的 陰離子會被

9、交換出來。當界面陰離子被較強鹽析能力之 陰離子交換時，氧化矽的骨架會轉變成孔洞彎曲面轉低 的結構。研究團隊從這些變化也可以辨別不同陰離子的 鹽析能力，並發現其變化趨勢遵循在高分子及生物系統研究成果研究成果10透視急性呼吸道症候群之冠狀病毒核鞘蛋白對於急性呼吸道症候群冠狀病毒的生存是 不可或缺的重要成分之，研究此核鞘蛋白之三維立體 結構，對於了解病毒致病機轉，至為重要。本中心用戶 中研院生醫所黃太煌特聘研究員的研究團隊，利用核磁 共振技術解析出，該蛋白結構主要可分成兩個三維結構 完整的區塊，分別是氮端結構團(N-terminal domain, NTD)及炭端結構團(C-terminal dim

10、erization domain, CTD)，藉由三段無結構的連接片段，將上述二結構團 連接而形成核鞘蛋白。研究團隊更進一步利用本中心 X光小角度散射技術來進行實驗，發現在核鞘蛋白的溶 液中，兩個結構團在空間上相距甚遠，且蛋白結構處於 一種延展的構形。另外研究中亦發現，不僅結構團具有 結合核酸的能力，即使是無結構的連接鍊段亦同樣具有 相同的能力，如果將無結構連接鍊與結構團連接起來， 可以使得蛋白與核酸的結合產生協同作用，而此現象亦 可用偶聯別構調節機制(coupled allostery model)來解 釋。此研究結果顯示，多結合位置的特性以及無結構連 接鍊段具有結合核酸的能力，對核鞘蛋白的

11、功能表現、 及核酸蛋白複合物之形成，皆佔有舉足輕重的地位。此 研究是利用本中心光束線17B3進行。參考文獻： C. K. Chang, Y. L. Hsu, Y. H. Chang, F. A. Chao, M. C. Wu, Y. S. Huang, C. K. Hu, and T. H. Huang, “Multiple Nucleic Acid Binding Sites and Intrinsic Disorder of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus Nucleocapsid Protein： Implications fo

12、r Ribonucleocapsid Protein Packaging“, Journal of Virology 83, 2255 (2009).探究二價鐵錯合物在光激發介穩態之世界自旋交叉錯合物可藉由外界溫度、壓力或光等誘 導因子，來進行高自旋至低自旋的轉變，此特性未來 將可使用於分子記憶體、分子開關、分子探測、資料中常見的霍夫邁斯特序(Hofmeister series)。這項藉由 界面的陰離子交換來控制介態相轉變，並用來印證霍夫 邁斯特序，是首次被開發出來的技術。此研究是利用本 中心光束線17A1進行。參考文獻： M. C. Liu, H. S. Sheu, and S. Cheng

13、, “Anion- exchange Induced Phase Transformation of Mesostructured Silica“, Journal of the American Chemical Society 131, 3998 (2009).探討DNA在奈米微粒中之變化幾丁聚醣與DNA所形成的奈米微粒常作為基因傳遞 之載體，而此奈米微粒雖然有利於DNA的包覆及保護， 但卻也阻礙了DNA的釋放。因此本中心用戶清華大學 化工系宋信文教授的研究團隊，於此奈米微粒中併入帶 有負電性的聚麩胺酸，藉以修飾其內部的微結構，形成 複合性的奈米微粒(此結構可藉由小角度X光散射 技術(SA

14、XS)分析證明)，來增加DNA的釋放。利用細胞 轉染實驗之結果顯示：以聚麩胺酸併入奈米微粒後，不 但可以改善奈米微粒藉由胞飲(pinocytosis)機制所進入 細胞的量，亦可以增加細胞轉染的效率。同時研究結 果進一步證實，有一種特殊的胰蛋白分解酵素(trypsin- cleavable protein)參與此奈米微粒之胞飲作用，利用 細胞膜向內凹陷，將外界奈米微粒包入形成小囊泡而進 入細胞。因此，聚麩胺酸在此奈米微粒中扮演著多重的 角色。此研究是利用本中心光束線17A1進行。參考文獻： S. F. Peng, M. J. Yang, C. J. Su, H. L. Chen, P. W. L

15、ee, M. C. Wei, and H. W. Sung, “Effects of Incorporation of Poly(-glutamic Acid) in Chitosan/ DNA Complex Nanoparticles on Cellular Uptake and Transfection Efficiency“, Biomaterials 30, 1797 (2009).科學小常識：何謂胞飲作用?定義：細胞外的物質不是經由細胞膜進入胞內，而是利用細胞膜內凹來包住胞外的液體，在形成小囊後再攝 入細胞內。 說明：細胞內外物質的傳遞通常是藉著穿透細胞膜來進行，由於大分子物質無法

16、穿透細胞膜，因此是利用 細胞膜內凹來包住胞外的液體，在形成小囊後再攝入胞內。這類大分子物質包含微生物、有機物質片 段、胰島素、膽固醇、水溶性大分子養分等，胞飲作用的過程看似細胞將液狀物質捲入而吞進細胞 內，此類現象在組織培養的細胞中很容易可以觀察到。 研究成果11儲存或顯示器等。本中心用戶台灣大學化學系王瑜教 授研究團隊，以單核六配位自旋交叉錯合物(trans- Fe(tzpy)2(NCS)2)為範例，除了以變溫磁性測量其隨溫 度由高自旋順磁相至低自旋逆磁相之轉變外，並研究光 誘導激發自旋態捕獲效應(Light-induced excited spin state trapping)。研究結果發現在低溫下，使用532奈 米(nm)綠光之雷射光源照射樣品，可形成介穩定高自旋 激發態。 另外，與日本兵庫大學Toriumi教授的研究團隊合 作，在日本SPring-8的BL02B1光束線運用激發-探測 (pump and probe)的方法，進行光激發高自旋介穩態 分子及晶體結構之量測。同