理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    合成奈米材料及其在生醫上之應用
    (2011) 郭聰榮
    近年來,奈米材料應用在生物醫學中的影像分析、藥物傳送和治療是持續被發展的課題。在本研究中,我們結合了二氧化鋅奈米粒子的二倍頻訊號和皮膚角質細胞的螢光訊號來觀察二氧化鋅奈米粒子在化學促進劑如:油酸、乙醇和油酸-乙醇的影響下,在皮膚的穿透行為。除了分析本質上的影像結構,二氧化鋅穿透的特性也同樣的被定量分析,而得到載體對皮膚的分佈係數、二倍頻訊號的強度梯度和有效碰撞路徑長度。這些結果顯示油酸、乙醇和油酸-乙醇能夠有效的增加二氧化鋅奈米粒子在皮膚的穿透深度,是因為增加了皮膚皮酯的流動性或是改變了皮膚角質層的皮酯排列緊密性。 更進一步的,不需要額外的染色步驟,當眼角膜上表皮保護層受到損害後,利用雙光子顯微術也可以觀察到螢光奈米粒子穿透眼角膜和滯留在眼角膜細胞間。在細胞毒性實驗中,我們使用牛眼角膜基質細胞和奈米粒子做細胞培養,可以發現細胞的存活率會隨著奈米粒子的濃度增加和培養時間的增長而有明顯的減少。並且,在老鼠動物實驗中,雙光子顯微術影像顯示出奈米粒子可以滯留在眼角膜中達到26天以上。根據在細胞跟動物實驗所得到的實驗結果,我們推測,當眼角膜的上表皮保護層受到損壞後,奈米粒子可以穿透並長時間滯留在眼角膜中,而對細胞造成毒性。 奈米材料應用在藥物傳遞方面,我們也合成金奈米棒的藥物複合體。金奈棒藥物複合體是將金奈米棒、目標藥物和螢光分子,用電解質聚合物包覆起來。合成好的金奈米棒藥物複合體,在飛秒紅外光雷射照射下,我們也詳細的研究了被釋放螢光分子的藥物動力學。螢光分子會因為吸收了由金奈米棒將紅外光雷射轉換而來的熱,而從金奈米棒的藥物複合體中釋放出去。釋放出去的螢光分子則在紅外光雷射連續性照射和周期性照射兩種不同模式下測量。在照射紅外光雷射時間為五分鐘時,螢光分子的釋放速率在雷射連續性照射和周期性照射下,分別呈現零級和一級的動力學機制。更進一步,我們也設計了金奈米棒藥物複合載體,用電解質聚合物包埋了金奈米棒和抗癌藥物太平洋紫杉醇而形成藥物載體。抗癌藥物太平洋紫杉醇可以用雷射誘導而從金奈米棒複合體中釋放出去。而釋出的抗癌藥物太平洋紫杉醇對乳癌細胞的細胞抑制率則和紅外光雷射的照射方式及照射時間有關。
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    具可調控空腔尺寸和表面電漿激發波長的搖鈴形金屬電漿子材料的合成
    (2019) 劉祐丞; Liu, You-Cheng
    搖鈴形奈米材料是金屬核-殼顆粒,其核和殼之間由導電的金銀合金相連。由於它們在空腔內具有非常高的電場增強,因此這些奈米粒子被認為是一類有前途的奈米粒子。以往的困境為實驗再現性和當中心金屬芯移動時造成軸對稱性的損失,進而導致奈米空腔尺寸和電場增強位置無法定義。我們的合成方法使中心金奈米棒牢固地固定在長方體框架中,形成軸對稱的奈米結構。我們經由穿透式電子顯微鏡(TEM)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、場發射掃描穿透式球差修正電子顯微鏡的元素分析(STEM& EDS)和多功能原子力顯微鏡(AFM)定義搖鈴形奈米材料的結構。本文研究了具有不完全的金屬置換反應的穩定中間產物的消光光譜演化。透過添加不同量的Au3+離子,製備一系列從金/銀-核/殼奈米長方體到金奈米棒-金銀合金框架的搖鈴形奈米結構。可以觀察到樣品的懸浮液有明顯的顏色變化。縱向表面電漿共振波長涵蓋的位置從660到1000 nm。我們透過電磁模擬研究了光譜的變化,發現尺寸增大和空腔的形成對於光譜變化有著重要作用。
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    雙界面活性劑系統之金奈米棒的合成與金奈米棒之表面修飾以及再生長銀
    (2018) 林士堯; Lin, Shih-Yao
    使用雙界面活性劑系統合成出不同大小以及長寬比的金奈米棒,探討每個條件對於尺寸的影響,尺寸對於金奈米棒的表面電漿共振現象有何種影響及表面修飾過後的奈米金棒在光譜及電子顯微鏡下會如何改變,並對其表面做官能基修飾或者在表面上沉積銀原子形成金-銀雙金屬結構。由於金奈米棒的各向異性導致其具有不均勻的電磁場強度分佈,金奈米棒的兩端對於訊號(如螢光、拉曼散射光)有明顯增強的效果,因此在兩端接上具有螢光放光的金奈米團簇預期會使螢光強度增強。實驗中,表面的官能基修飾選擇使用含有硫醇基的聚合物,方便之後修飾在金奈米棒的表面,聚合反應則是以N-羧酸酐聚合法,合成出直鏈聚合物。聚合物之末端帶有氨基,能透過EDC/NHS與帶有羧酸的分子進行交聯反應,使其固定在聚合物的末端,達到固定在金奈米棒表面的目的。表面修飾後的金奈米棒可選擇性的在兩端接上物質,探討兩端強電磁場對於物質的螢光訊號影響。此外,在金奈米棒上沉積銀原子形成金-銀雙金屬結構(Au/Ag-Core/Shell) (Au@Ag nanocuboids),探討其在光譜上的變化,之後透過Galvanic Replacement reaction使用CTAC-Au(III)溶液將銀殼表面部分置換成金殼,形成具有空腔之金棒-金殼結構(gold nanorattles),這樣的結構在空腔內也具有很強的電磁場分佈,期望能在空腔的部分載入螢光物質,預測會有更高的訊號增強。
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    選擇性二氧化矽包覆金奈米棒之製備與螢光增強效應研究
    (2017) 林孟儒; Lin, Meng-Ju
    本研究利用不同長寬比3.5以及4.6之金奈米棒(其吸收波長分別是750nm和890nm),包覆一層二氧化矽於側邊上,並露出兩端點,形成一種類似“熱狗”的構型,探討其應用於螢光增強之效應。由於侷域化表面電漿共振的現象,金奈米棒可以增強螢光分子的螢光放光強度,尤其是金奈米棒的端點,可以提供較高的電場環境,因此端點上的螢光分子能有較高的螢光增強倍率。 在不同長寬比之金奈米棒的螢光增強測試中,以較長之金奈米棒的螢光增強倍率最佳。相較於長寬比為3.5的金奈米棒的螢光增強倍率(最高倍率為2.81倍),長寬比4.6的金奈米棒可以有效增強螢光訊號至6.81倍。長度較長之金奈米棒之所以能有較高的增強倍率,是因為較長的金奈米棒端點能提供更強的電場環境,使得螢光分子與金奈米棒產生較強的電磁耦合現象,得到強度較強的螢光放光。然而利用二氧化矽選擇性包覆在金奈米棒上的特性,使得螢光分子能集中在金奈米棒的端點上,得到最大的螢光增強效果。
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    利用近紅外雷射光來區域性遙控金奈米棒作為載體的基因表現
    (2005) 林燕萍
    將材料特性與奈米技術結合,發展出新的生物傳輸系統之奈米載體,預期在未來不僅只是攜帶生物分子,而且若是能夠區域性控制生物分子的釋放,將是未來藥物傳輸之一大進展。在本實驗中我們選用金奈米棒作為生物傳輸系統上之載體,由於金奈米棒具有表面易修飾硫基與對細胞低毒性的特性,再加上它吸收了足夠的雷射光能量時,會產生表面原子重排進而形成較穩定的球狀結構。在實驗中我們利用金奈米棒來傳送一端有修飾硫基的DNA進入細胞中,當近紅外雷射光給了金奈米棒足夠能量時,預期在金奈米棒形變成較穩定的球狀結構時,會在只有近紅外雷射光照射區域才會釋放DNA,而未來更能應用於生物體內目標組織的釋放。