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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    基於複數多維結構特徵提取的雌激素受體活性預測器-多維度學習
    (2021) 楊傑宇; Yang, Chieh-Yu
    隨著人類工業及科技發展,許多新興的化學物質隨著工業製程,或是其為產品本身被排放至自然環境中。其中某些新興化學物質將會干擾體內荷爾蒙運作,因此被稱作是內分泌干擾素。目前已有多項報告顯示人類所排放的化學物質將會對環境中的生物造成生理功能上的負面影響,另外,某些人類於工業製程中使用的化學物質也具有一定的腺體毒性。然而,此類新興物質具有大量類似異構物,實驗上鑑定大量化學物質需耗費大量時程,因此提出一個能預測化學物質與受體活性的模型將有助於人類鑑定及分析內分泌干擾素。本研究利用CERAPP所提供的資料集,建構出一種以化學物質之One-hot編碼與化學結構圖,兩種不同維度的結構資訊做為特徵提取對象,並嘗試預測其與雌激素受體的結合活性,稱作Multi-D learning。本研究報導了透過兩種複合數據訓練的深度學習網路比兩者個別訓練的網路表現得更好,並進行了案例研究,並且得出了幾例十分有利的結果。綜上所述,我們訓練了一個多輸入的類神經網路稱作Multi-D learning,並且可以用於其他研究人員篩選會與雌激素受體結合的化學物質。
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    新生期投與dexamethasone對母鼠的長期不良影響
    (2018) 邱惠芳; Chiu, Hui-Fang
    地塞米松 (dexamethasone, DEX) 是一種人工合成的醣皮質激素(synthetic glucocorticoid),目前廣泛做為消炎藥劑(anti-inflammatory),並用於治療早產兒之呼吸窘迫症 (respiratory distress syndrome),但多年來研究發現新生期投與DEX (neonatal DEX treatment; NDT) 會導致腦部發育與認知功能的不良影響。海馬迴 (hippocampus) 是空間記憶 (spatial memory) 和連結性學習記憶(associative learning and memory) 的主要腦區,而杏仁核 (amygdala)則是調控情緒的重要腦區,兩者均屬於邊緣系統 (limbic system) 的成員,其功能異常與精神疾病如憂鬱症 (major depression) 及焦慮症 (anxiety disorder) 有重要關聯。 前人研究顯示NDT會導致大鼠的類憂鬱行為 (depression-like behavior) 明顯增加,過去關於NDT的研究多著重於公鼠,較少著墨於母鼠,本研究利用新生期母鼠,模擬臨床上早產兒的投藥方式,以濃度遞減式 (tapering dosage) 於出生後第1~3天 (postnatal day-1 to 3) 連續3天依序投予DEX (0.5 mg/kg, 0.3 mg/kg 和 0.1 mg/kg),並利用細胞外電刺激紀錄 (in vitro extracellular recording)、西方墨點法 (western blot analysis)、抑制逃避學習實驗 (inhibitory avoidance task; IA) 與強迫游泳行為實驗 (forced swimming tests; FST),評估NDT對青春期 (6週齡) 與成年期 (10週齡) 的母鼠海馬迴與杏仁核之功能影響。 實驗結果發現在海馬迴和杏仁核,利用高頻電刺激 (high-frequency stimulation; HFS) 誘發的長期增益現象 (long term potentiation; LTP) 中,青春期NDT母鼠的LTP有抑制的情形,而在成年期母鼠的海馬迴和杏仁核以HFS誘發的LTP則有減弱的情形。西方墨點法的結果顯示青春期與成年期母鼠海馬迴與杏仁核的estrogen receptor alpha (ER) 表現量均低於控制組,而estrogen receptor beta (ER) 的表現量與控制組無顯著差異。在檢測海馬迴空間記憶功能的IA行為實驗發現,NDT阻斷了青春期NDT母鼠抑制逃避學習,青春期NDT母鼠滯留潛伏 (retention latencies) 時間低於控制組並有顯著差異,但這種阻斷效果不會持續到成年期。評估杏仁核功能的FST行為實驗發現,青春期與成年期母鼠在FST模式中,不游動時間百分比 (percent time of immobility) 明顯高於控制組,表現出類憂鬱行為的反應增加。為避免NDT所引起的可能的毒性效果 (toxic effect) 對行為實驗數據判讀的干擾,故合併測量其自發性活動行為 (locomotor activity),結果顯示NDT母鼠在青春期和成年期的總水平移動距離 (total horizontal distance movement) 與控制組相比,並無顯著差異。在青春期和成年期母鼠在細胞外電生理紀錄時投予雌二醇 (estradiol) 可部分恢復杏仁核的HFS誘發之LTP;青春期動物於6週齡時連續四天皮下注射雌二醇 (0.25 mg/kg/day),成年期動物於10週齡時連續四天皮下注射雌二醇,分別在第四天給藥結束30分鐘後立即進行FST行為實驗,結果發現給予雌二醇的NDT母鼠,其類憂鬱行為降低。青春期母鼠在細胞外電生理紀錄給予雌二醇可部分恢復海馬迴的LTP。在染色質免疫沉澱實驗 (chromatin immunoprecipitation assay; ChIP) 中發現幼年期NDT母鼠 (2週齡) 的海馬迴中H3K9乙醯化 (acetylation) 與控制組相比,NDT母鼠的H3K9乙醯化百分比顯著低於控制組。在NDT組於出生後第一天 同時投與histone deacetylases (HDAC) 抑制劑trichostatin A (TSA),可使幼年期母鼠海馬迴ER的表現量恢復至與控制組相近,並可使青春期母鼠海馬迴以HFS誘發的LTP恢復,與控制組相比無顯著差異,以及在IA行為實驗發現海馬迴空間性記憶功能恢復,與控制組相比無顯著差異。總結本篇實驗結果,NDT母鼠在青春期與成年期的海馬迴與杏仁核之LTP、ER表現量、空間記憶及情緒功能均產生不良的影響,然而這樣不利的影響會一直持續到成年期,並且這樣的影響可能與H3K9乙醯化下降有關,而於幼年期投予HDAC抑制劑,或於青春期與成年期給予雌二醇,則可有效地降低NDT的長期不良影響。根據本論文的結果發現,NDT對母鼠產生的長期不良影響並直至成年期,這樣的結果可提供給日後相關研究及臨床投藥做為參考。
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    無機砷對乳腺腫瘤細胞增生及其動情素受體表現量的影響
    (國立臺灣師範大學生命科學學系, 2006-12-??) 許玉青; 莊仁華; 王昱捷; 黃慧滇; 童麗珠
    無機砷是一種環境中常見的污染物及人類的致癌物質。近年來,有報導認為無機砷是藉由動情素的模式引起生理變化。本研究目的是在證明亞砷酸鈉(sodium arsenite, 三價砷,As(3))及砷酸鈉(sodium arsenate, 五價砷,As(5))是否具有干擾動情素對MCF-7人類乳腺腺腫瘤細胞的作用。由細胞增生實驗結果顯示:當藥物處理濃度小於1μM As(3)或小於10μM As(5)時,可促進細胞增生;高於此二濃度的處理則抑制細胞增生。低劑量的0.1~1 μM As(3)或1~10 μM As(5)/24小時處理,在6天的觀察中,細胞有持續增生的趨勢。外加500nM動情素拮抗劑(ICI182, 780)協同處理時,可將單獨處理As(3)、As(5)及17β-estradiol(雌二醇,E2)所誘發的細胞增生抑制。以西方轉法漬法(Western blotting)分析動情素受體α(estrogen receptor α, ER α)蛋白質的表現量,發現低劑量的0.1~1μM As(3)及1~40 μM As(5)處理均會使細胞的ERα蛋白質的表現量下降。細胞以ERα抗體免疫螢光染色,可發現0.5μM As(3)及1nM E2處理組的細胞整體ERα亮度較控制組弱;單一細胞的ERα螢光呈現擴散狀分布,E2與控制組二者細胞核與細胞質都有ERα分布,然而在As(3)處理組,ERα主要分部於細胞質中,在細胞核則無。在進行As(3)與動情素競爭結合動情素受體之實驗,發現0.1、0.5、1μM As(3)與ERα的結合比為28%、35%、48%,顯示As(3)能與動情素受體結合,且呈劑量效應。上述實驗結果得知低劑量的As(3)及As(5)處理MCF-7細胞會造成細胞增生、降低ERα的表現及能與ERα結合,顯示無機砷可能透過動情素的模式引起細胞生理作用。