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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Item 以邏輯閘建構全細胞生物感測器檢測銅離子(2023) 林秉衡; Lin, Ping-Heng全細胞生物感測器是利用細菌作為感測器主體,透過基因工程技術,藉由賦予它不同調控基因組,使之具有檢測特定待測物的能力,其具有操作方便、價格低廉,對環境污染低等優點,使全細胞生物感測器越來越蓬勃發展。本論文是利用耐金屬貪銅菌 (Cupriavidus metallidurans, C. metallidurans) 作為宿主細菌,並且融入邏輯閘中的AND gate概念設計質體,希望利用兩個啟動子PCopA (Cu2+、Zn2+、Cd2+) 與PCopZ (Cu2+、Au3+、Ag+) 之間的交集,提高對銅離子的專一性,並且使用了Spy Tag/Catcher黏合標籤,提高重組sfCherry3C(1-10)、sfCherry3C(11)的效率以及重組T7 RNA聚合酶 (拆成C-T7和N-T7兩片段) 並作為訊號放大器,提高檢測銅離子的表現。在以上兩個系統,皆已成功建構出對銅離子專一的菌株,在兩系統中: sfCherry3C (2.5-250 μM) 、T7 RNAP (0.1-5 μM) 都有良好的線性,以及低偵測極限,但目前對於背景值以及檢測倍率的方面還需做進一步的優化。結論來說,我成功了開發了一個對銅離子專一的全細胞生物感測器,雖然目前的檢測表現還有進步空間,但可以利用此兩系統作為基礎,優化並發展出更完善的檢測器。Item 以邏輯閘建構全細胞生物感測器檢測重金屬離子(2022) 蔡思慈; Tsai, Ssu-Tzu全細胞生物傳感器是一種將活細胞作為生物識別元件的生物傳感器,可用於檢測特定有毒物質或代謝物等,具有對環境友善、低成本和可攜帶性等優點。本論文主要基於邏輯閘概念去設計出不同的全細胞生物感測器:(1)在大腸桿菌中比較不同合成基因的汞離子感測器;(2)在耐金屬貪銅菌中開發銅金離子感測器。第一部分,根據邏輯閘概念,我們分別設計四種經過重組基因修飾的全細胞生物傳感器。在汞離子(Hg2+)和異丙基β-d-1-硫代半乳糖苷(IPTG)分子的控制下,分別比較了四對基因,包括LuxRI、HrpRS、Spy Tag/Catcher和E4/K4捲曲螺旋。此外,我們還研究了這些全細胞生物傳感器在各種pH水平下及其金屬干擾。第二部分,根據第一部份結果我們選擇成功表達的三個系統(LuxRI、HrpRS、Spy Tag/Catcher),移到耐金屬貪銅菌(Cupriavidus metallidurans)中建立基於邏輯閘概念之銅及金離子感測器。Item 以基因工程優化全細胞生物感測器(2021) 鄭文睿; Cheng, Wen-Jui全細胞生物感測器是基於基因調控方式達成對特定重金屬、小分子達成感測,而又具有高靈敏、成本較低、生長需求較低等優點。本篇研究著重於使用基因工程優化全細胞生物感測器,並開發了金離子生物感測器,另一方面,則以邏輯閘概念初步開發了銅離子感測器與苯乙胺感測器。在金離子感測器方面,我們使用Cupriavidus metallidurans的轉錄蛋白CupR作為感測元件,利用CupR同源二聚體與金結合後,蛋白誘導啟動子DNA產生構型改變引起螢光蛋白表達,進而實現金離子感測,我們針對CupR蛋白結合序列、啟動子、核糖體結合位點、報導訊號等進行一系列優化。導入邏輯閘概念設計的兩種感測器,分別為:銅離子感測器、苯乙胺感測器,在銅離子感測器中,我們比較了leucine zipper與spy catcher/tag對於重組分裂的紅或綠色螢光的能力,另一方面,我們也使用了HrpR/S系統感測銅離子;在苯乙胺感測器方面,我們成功找出重組分裂紅色螢光蛋白的最佳化配對。Item 微生物金離子感測器與利用生物素酵素與其受體胜肽成像微生物中的蛋白質(2014) 曾學瑋; Tseng, Hsueh-Wei第一部分,我們運用基因工程技術設計出一組針對金離子有專一性且 選擇性良好的微生物感測器。本實驗是採用耐金屬貪銅菌 (Cupriavidus metallidurans)對金的調節基因組cup 系列的基因作為感測器的元件,並透 過基因工程技術以紅色螢光蛋白 (RFP)當作輸出訊號,用來檢測金屬。我 們將其應用於耐金屬貪銅菌 (Cupriavidus metallidurans) 和青枯桿菌 (Ralstonia eutropha)這兩種對環境適應力較強的土壤菌,一起探討這兩種微 生物感測器的專一性、耐受性和選擇性。由於傳統的儀器檢驗需要高成本、 高人力又耗時,可利用微生物感測器做簡單的操作,而且低成本又省時的 特性,在簡單的檢測及定量時,可以提供另一種替代的分析工具。 第二部分,我們運用生物素化作用 (biotinylation)標記法來觀察微生物 的蛋白質。螢光蛋白標記雖然是現在最普遍且高專一性的方法,但螢光蛋 白普遍都較大,會影響或干擾目標蛋白質的運動;生物素化作用標記則是 運用一段可結合生物素的胜肽 (biotin acceptor peptide, BAP)經過生物素的 酵素 (biotin ligase, BirA)催化,就可以與生物素 (biotin)結合,專一性高且 都是小分子,接下來就是比較兩個方法的效果。此系統原本應用於哺乳類 動物細胞的蛋白質研究,而本實驗將其技術應用於微生物的蛋白質標記, 不只是觀察單一的蛋白質,也可以觀察蛋白質與蛋白質之間的交互作用 (protein-protein interactions, PPIs),拓展對於微生物的顯像技術和應用方法 的選擇。Item 開發以轉錄因子調控的全細胞生物感測器: 主題一、利用耐金屬貪銅菌偵測銅離子 主題二、藉由雙重訊號輸出同時偵測並定量苯乙胺與苯乙酸(2018) 郭凱弘; Guo, Kai-Hong銅離子在人體內扮演著重要的角色,例如參與呼吸作用電子傳遞鏈以及一些神經訊息的傳遞。然而銅離子濃度過高也會導致一些疾病,例如威爾森氏症、帕金森氏症。苯乙胺是神經傳導物質,苯乙酸是其代謝產物,一些疾病如苯丙酮尿症和精神分裂症患者的尿液中可偵測到過量的苯乙胺和苯乙酸。本研究期望能提供以微生物系統作為感測的新方法。偵測銅離子方面我們表達耐金屬貪銅菌金離子調控組CueR的啟動子PcopZ和銅離子調控組CopSR的啟動子PcopA,偵測苯乙胺和苯乙酸方面同時表達大腸桿菌的單胺類調控組Mao、苯乙酸代謝調控組Paa,兩者分別接上紅色螢光蛋白與綠色螢光蛋白作為雙重訊號輸出。藉由檢測紅色螢光與綠色螢光之訊號,我們設計的感測器對銅離子、苯乙胺、苯乙酸的偵測具有高度專一性和靈敏性。Item 利用微生物 MerR 家族與二元調節系統設計銅離子生物感測器(2016) 陳姵璇; Chen, Pei-Hsuan本研究使用微生物抵抗銅離子的調控系統,利用基因重組技術設計量測銅離子的全細胞生物感測器。本研究分別使用青枯桿菌 (Ralstonia eutropha) 中屬於 MerR 家族的 cue 基因調控組,以及耐金屬貪銅菌 (Cupriavidus metallidurans) 中屬於二元調節系統的 cop 基因調控組,以紅色螢光蛋白作為訊號輸出的報導基因來建構質體,設計出不同的銅離子生物感測器。其中,cueR 生物感測器除了能夠量測銅離子之外,在適當的前處理下還能分別量測銀離子與金離子。根據世界衛生組織所公布的飲用水水質準則,飲用水中銅離子的含量不得超過 2 mg/L (31 μM),本研究所設計的 cueR 生物感測器以耐金屬貪銅菌作為質體之宿主時,量測銅離子的最低偵測極限為 25.54 μM,能夠量測飲用水中銅離子是否超標。而在 copSR 生物感測器的實驗中,嘗試使用不同的 cop 啟動子,建構出多種 copSR 生物感測器。也嘗試表現紫茉莉的 4,5-多巴雙加氧酶 (DOPA 4,5-Dioxygenase of Mirabilis jalapa, MjDOD),透過添加 L-多巴 (L-3,4-dihydroxyphenylalanine, L-DOPA) 催化產生出甜菜黃色素 (betaxanthin),以色素的生成作為輸出訊號,進而縮短檢測時間。此外,我們嘗試在不同來源的水樣品中額外添加銅離子進行量測,證明本研究設計的 copSR 生物感測器不會受到水中其他雜質干擾而影響銅離子量測。本研究設計出多種銅離子生物感測器,隨著每種生物感測器偵測範圍不同,可望運用在不同的需求上。Item 開發新的蛋白質分泌攜帶者以合成金屬奈米粒子(2015) 歐陽淳宇; Ou-Yang, Chun-Yu利用微生物表現異源蛋白質往往遭遇到純化上的困難,意即:費時的細胞裂解及伴隨可能的內源毒素、蛋白質裂解酶的汙染。為了解決這個問題,蛋白質分泌是目前仍在研究的課題。利用重組蛋白,在目標基因的上游置入「蛋白質分泌攜帶者」,伴隨其本身能被攜帶至膜間質或細胞體外的特性,成功將目標蛋白質於細胞外表現,即可免於上述缺點。至今,仍沒有準則來提升分泌的效率。本研究旨於開發新的分泌攜帶者並利用此技術來合成多樣的金屬奈米粒子以彰顯其應用性。除了常用的高滲透壓誘發蛋白 (OsmY),我們也透過資料庫在耐金屬貪銅菌 (Cupriavidus metallidurans) 上發現另外兩個相似的蛋白質。其中,Rmet_3428是有活性的。經由紅色螢光蛋白的分泌以及西方墨點法,我們確認了目標蛋白質可以被表現在培養液當中。接著,我們利用被分泌的金屬硫蛋白 (Metallothioneins) 及重金屬運輸蛋白 (CupC) 在細胞體外合成金屬奈米粒子。透過不同的光譜及顯微術,材料鑑定則強化了合成的證據。為了和化學合成 (檸檬酸還原法) 的金奈米粒子比較,我們進行之前報導過的酵素免疫分析法。由於奈米材料的高表面積/體積比,每顆金奈米粒子可容納許多抗體。相較於傳統的方法,訊號可大幅提升。我們在g/mL的數量級觀察到奈米粒子對訊號的增強,甚至在0.16至4.33 g/mL的範圍呈現線性相關。本研究跨足材料合成及生醫分析,為蛋白質分泌領域開創一個新的可能。