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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    大腸癌幹細胞新穎標記之研究
    (2017) 李丹玉; Lee, Tan-Yu
    摘要 大腸直腸癌是世界上最常見的癌症之一。雖現已研發出一些新治療方式及策略,但對大多數中晚期階段的患者而言,預後狀況仍不樂觀。近年來的研究發現有一小群具有類似幹細胞特性的腫瘤細胞,稱為癌幹細胞,與腫瘤的生成、復發、轉移及對化學放射治療產生抗性有主要關係。因此,能夠找出具專一辨識性的大腸癌幹細胞生物標記是非常切要的。CD133是目前相當普遍被用來辨識和分離癌幹細胞的一種生物標記,但對於其能否作為大腸癌幹細胞的辨識標記仍存有許多爭議,所以我們想要找出其它更專一的大腸癌幹細胞生物標記。目前我們收集了102個中晚期階段不同病人手術切下的腫瘤檢體進行初級細胞培養,包括培養出腫瘤球 (tumorspheres) 與貼盤細胞然後與原來的組織塊一起做mRNA分析,希望能藉此找出與大腸癌幹細胞密切相關的因子。我們篩選出最能以癌幹細胞球繼代培養的2811細胞株,抽取其懸浮培養的腫瘤球及貼盤細胞之RNA,和2901的新鮮腫瘤組織塊之RNA去進行 microarray分析比較。發現驅動蛋白12 (Kinesin Family Member 12, KIF12) 基因的mRNA表現量在懸浮培養的腫瘤球內比起貼盤培養的細胞與腫瘤組織塊要高。我們接著在其他臨床檢體的初級培養細胞中檢測KIF12的mRNA及蛋白質的表現量,結果顯示KIF12的mRNA含量在4株我們初級培養出的人類大腸癌類癌幹細胞中的表現量確實比較高。另外,利用人類大腸癌細胞株HCT-116及HT-29衍生出之類癌幹細胞球亦有同樣的結果。然而,利用Western blot分析其蛋白質表現的結果顯示,KIF12蛋白質在HT-29的類癌幹細胞球中比起貼附的癌細胞確實有明顯升高,但在HCT-116中卻相反。因HT-29與HCT-116細胞株主要差別為HT-29為p53突變之細胞,因此KIF12之表現量與p53之關聯尚須更多研究。根據以上結果,我們希望探討利用KIF12作為大腸癌幹細胞的生物標記之可能性,期望未來能夠提供臨床醫療應用。
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    功能化金奈米粒子於生物技術上的應用
    (2007) 楊正義; Yang Chan-Yi
    近幾年來,對於尋找新材料的科學家們,奈米科技的發展已經引起他們極大的研究興趣,例如半導體、金屬團簇及線狀等奈米層級的材料,由於其獨特的物理性質,使其可以應用至作為奈米感測器、催化載體或光電儀器。此外,為了方便觀察量測,金屬奈米粒子也可以隨著實驗的需要,組裝至我們所需要的結構。在多樣化的金屬半導體中,金奈米粒子的研究更是被科學家長久以來的青睞,由於金奈粒子其簡易的修飾性並且具有極高的穩定性,使得金奈米粒子的應用更加地廣泛。因此我們首次將金奈米粒子與醣分子結合,利用簡單地化學修飾將醣分子共價地鍵結至金奈米粒子上,由於金奈米粒子與硫基可以穩定鍵結,因此我們可以使用金奈米粒子為載體,使醣分子可以在金奈米粒子上呈現出多價效應。利用大腸桿菌鞭毛上特定的蛋白質受體與特定的醣分子鍵結,我們可以使用電子顯微鏡直接觀測蛋白質受體的位置,其結合對於高濃度鹽類溶液有相當高的耐受度。我們也利用流通式生物分子感測系統來測量醣分子與特定蛋白質的鍵結強度,金奈米粒子與醣分子的結合不僅可以提供單一醣分子所呈現的選擇性,並且其共價效應甚至強過單一分子的鍵結力。經由我們的研究,相信可以為奈米技術與生物技術的結合提供另一境界的便利性。利用奈米粒子特殊的物性及化性,在生物系統上的觀測甚至可以超越一般傳統的生物觀測模式。
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    不同氮含量螢光奈米鑽石製備及光譜特性研究與生物應用
    (2012) 蘇隆畯; Long-Jyun Su
    螢光奈米鑽石(fluorescent nanodiamond) 是一種擁有許多獨特性質的新穎奈米材料,螢光奈米鑽石具有極佳的光穩定性並具有非常好的生物相容性,而且其表面容易修飾一些特定的官能基團,如果我們能增加螢光奈米鑽石的螢光強度,將更有助於我們在生物標記(bio-label)上的應用。 具有 N-V0 及 N-V- 缺陷中心(defect center)的螢光奈米鑽石是最常使用的紅色螢光奈米鑽石(red-FND),我們推估,如果增加奈米鑽石中的氮含量,有助於更多N-V0 及 N-V- 缺陷中心(defect center)產生,將使得螢光奈米鑽石放出的螢光強度更高,有利於我們在生物顯影上的應用。因此,我們利用擴散反射紅外線傅立葉轉換光譜法 Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform (DRIFT) Spectroscopy,偵測不同鑽石材料,並且依據單聲子區域 (1000-1400cm-1) 有獨自的特徵吸收峰來推算不同鑽石材料所含的氮含量,由於起初量測的鑽石粒徑均為10~40微米,因此我們再利用3維高能量球磨機 (3D-Ball mill machine)將這些不同氮含量的鑽石材料研磨並分離出粒徑約100奈米的不同氮含量奈米鑽石,接續再利用我們實驗室自行架設的離子佈植設備(40KeV Helium beam)將這些不同氮含量的奈米鑽石製作成不同氮含量的100奈米螢光鑽石,以利我們進行探討與應用。 經由本篇論文研究後,得知並非氮含量越高的螢光奈米鑽石其螢光強度就越強,根據研究指出,氮含量約為 ~157 ppm時 (Yellow RVD sample),會有最高的螢光強度表現,其螢光強度為我們實驗室原本所生產的Ele6_100奈米螢光鑽石的兩倍;另外,我們直接將Ele6_100奈米螢光鑽石利用3維高能量球磨機研磨,經過處理後,可以得到30奈米螢光鑽石,其螢光強度為原始我們實驗室自行生產的35奈米螢光鑽石的3~4倍,因此我們不僅僅找尋到螢光強度更高的螢光鑽米鑽石,也成功地製備粒徑小、螢光強度高的30奈米螢光鑽石,以利我們接續的生物顯影以及光學上的研究及應用。
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    以奈米探針親和質譜法分析單一醣蛋白質體學於肝疾病中之差異
    (2015) 陳威君; Chen, Wei-Chun
    現今診斷肝癌最常見的方法,如超音波掃描影像檢查或血清檢驗甲型胎兒蛋白(alpha-fetoprotein, AFP)濃度,都仍無法正確分辨癌症腫瘤特性或對甲型胎兒蛋白偵測的靈敏度及特異度不足。為了找尋出高靈敏度以及特異性的理想腫瘤標記分子,許多研究開始朝向分析肝疾病中標記蛋白的醣基化修飾與其變化。由許多文獻指出,血紅素結合蛋白(Haptoglobin, Hp)上的醣基化修飾的變化跟發展成肝癌的過程中有很大的關係,因此在本篇論文中,我們發展出兩種不同的親合性奈米探針結合質譜分析技術,對於單一生物標記血紅素結合蛋白上醣基化修飾在肝疾病中的改變研究,以找出早期診斷肝癌的腫瘤標記分子。 第一個策略是用磁性奈米粒子修飾上跟目標蛋白血紅素結合蛋白有親和性的血紅蛋白(Hemoglobin, Hb),純化出血液中的血紅素結合蛋白,再利用親水性作用層析法(Hydrophilic interaction chromatography,HILIC)萃取其醣胜肽,並結合質譜分析以鑑定特定位點之醣型。此研究分析了33例肝疾病病患,包括11例肝癌、11例肝硬化以及11例B型肝炎病人。我們成功地在肝癌、肝硬化以及B型肝炎病人分別鑑定到183、169、164條醣胜肽,醣基化的位置是位於天冬醯胺(Asparagine, Asn) Asn184, Asn207, Asn211以及Asn241。由比對醣胜肽的結果得知,約有2種雙角分支之唾液酸醣結構可在每一肝疾病族群中大於10個病人以上鑑定而得。此外,我們鑑定到28個獨特的醣胜肽在肝癌中出現,其中包括了5個雙角分支及三角分支的核心岩藻醣型,推測這些特定位點的獨特醣型可能有助於區分肝癌、肝硬化與B型肝炎病人。因此,這些常見或獨特的岩藻醣基化或是帶有不同分支的醣結構在不同醣基化位置的變化,將可提供肝癌在早期診斷的新方向。 在第二部分,我們發展出一鍋化(One Pot)策略對於蛋白質以及醣胜肽純化以及生物標記分子醣基化修飾的鑑定。同時利用兩種奈米探針:修飾上血紅蛋白的二氧化矽奈米粒子(Hb@SiO2)純化目標蛋白; 修飾上配位體的磁性奈米粒子(ligand@MNP)純化出醣胜肽。經過條件最佳化以及方法評估後,此一鍋化方法可以減少兩倍以上的醣胜肽含量和醣胜肽鑑定數目的流失。我們將此策略也應用在肝病病患的分析上(三例肝癌,三例肝硬化及三例B型肝炎病人),亦有效鑑定到雙角分支之岩藻醣基化結構只會在肝癌中出現,且不存在於肝硬化病人以及B型肝炎病人中。此一鍋化方法不僅可以增加醣胜肽的鑑定,對於特定醣結構(岩藻醣基化以及唾液酸苷化)的研究也有更好的偵測靈敏度。