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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    聚苯乙烯奈米塑膠對斑馬魚 (Danio rerio) 胚胎的影響
    (2022) 甘富信; Kantha, Phunsin
    塑料是日常生活中使用最廣泛的材料,疏忽的垃圾管理導致環境中的數量不斷增加。值得注意的是,納米塑料(NPs; 直徑從 5 到 100 納米的微小塑料碎片)難以追踪,並已成為 21 世紀的主要污染源。聚苯乙烯 (PS) 是環境中最普遍的納米塑料之一。在實驗室中,PS-NPs 已被證明可以穿透皮膚並積聚在魚胚胎的器官中。然而,人們對 PS-NPs 對魚胚胎皮膚功能(如離子調節和側線感覺)的潛在影響知之甚少。在本研究中,斑馬魚胚胎被用作動物模型來探索 PS-NPs 可能對魚胚胎造成的毒性作用。在本研究的第一部分,斑馬魚胚胎暴露於三種不同大小的 PS-NP(25、75 和 200 nm)中 96 小時或 120 小時。分析了幾類毒性終點,包括發育形態(體長、身體彎曲、體節長度、眼睛大小、心包腔大小和卵黃囊大小)、身體活動(運動活動、視運動反應和強硬誘發反應)和側線感覺(毛細胞數量和形態)。此外,還檢測了神經標記基因(ache、syn2a 和 mbp)和眼睛發育基因(pax6a, pax6b, otx2, 和 rx1)的 mRNA 表達。結果表明,50 mg/L 的 25 nm PS-NPs 在所有的毒性終點均引起顯著的不良反應,表明胚胎發育遲緩和異常,身體活動和感覺毛細胞也顯著受損。在 25 mg/L 的 25 nm PS-NPs 下,只有身體活動和毛細胞顯著受損。在 10 mg/L 的 25 nm PS-NPs 和 75 和 200 nm PS-NPs 的所有濃度下,大多數毒性終點的影響是不顯著的。在本研究的第二部分,斑馬魚胚胎暴露於 25 nm PS-NPs 96 小時,以測試 PS-NPs 對皮膚細胞(離子細胞和角質細胞)離子調節功能的影響。暴露於50 mg/L PS-NPs後,胚胎皮膚細胞的離子(Na+、K+和Ca2+)含量和酸/氨排泄量顯著下降。皮膚角質形成細胞的頂端結構在 10、25 和 50 mg/L 時受損。離子細胞的數量和線粒體活性在 25 和 50 mg/L 時降低。 CellROX 染色顯示的活性氧 (ROS) 水平顯示離子細胞和角質形成細胞都處於氧化壓力狀態。 PS-NPs 降低了抗氧化基因(sod1、sod2、cat 和 gpx1a)的 mRNA 表達,並促進了細胞凋亡相關基因(casp3a)。綜上所述,本研究表明 PS-NPs 可能抑制抗氧化反應並誘導氧化應激,導致線粒體損傷和離子細胞死亡,最終損害皮膚功能,包括離子攝取、pH 調節和氨排泄。本研究揭示了 PS-NPs 可能對魚胚胎造成的潛在風險以及 PS-NPs 可能從分子和細胞到個體水平的毒理學機制。
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    利用斑馬魚胚胎模式探討抗癌藥物imatinib的毒性
    (2022) 盧彥成; Lu, Yen-Cheng
    Imatinib是一種被廣泛運用於治療慢性顆粒性白血病的標靶藥物,其作用機轉是透過抑制白血病病人體內突變的BCR-ABL基因產生的酪氨酸激酶,進而抑制不正常白血球的增生,以達到治療白血病的用途。由於imatinib被大量使用,已經環境中被檢測出,加上imatinib結構非常穩定不易分解,對水生生物是潛在的危害風險。Imatinib在臨床上的副作用有皮膚毒性與眼毒性,但對於水生生物是否會產生類似毒性仍未被研究。本研究以斑馬魚胚胎為模式,探討imatinib對胚胎所產生的致死與亞致死毒性。胚胎以0、50、100、200、300、400、500 μM imatinib進行96小時暴露,發現濃度高於400 μM imatinib會大量死亡,並且觀察到胚胎皮膚角質細胞受損剝落,推測是主要致死原因。雖然在低於死亡濃度並未發現胚胎在形態上出現異常,但imatinib濃度高於200 μM會導致側線毛細胞數量減少。利用RNA定序技術發現,300 μM的imatinib處理後會導致胚胎許多視覺相關基因表現下降,並使胚胎視覺運動反應異常。此外,研究發現水中鈣離子濃度會影響胚胎表皮細胞對imatinib的耐受性,高鈣環境可以降低imatinib所造成的角質細胞與毛細胞損傷,而低鈣環境則會增加imatinib造成的損傷。本研究發現高濃度的imatinib可能會對魚類造成潛在危害,以及水中鈣離子濃度對魚類皮膚細胞的重要性。此外,imatinib對斑馬魚的毒性發現或許可以應用在降低臨床上的副作用。
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    以斑馬魚為動物模式研究奈米金屬對離子細胞之毒性
    (2021) 李致穎; Lee, Chih-Ying
    在21世紀,奈米科技快速發展,應用廣泛,而這也同時增加了人類接觸各種不同奈米顆粒的機會,因此針對其毒性的研究,也相形越來越重要。而其中,金屬奈米顆粒對於魚類離子細胞的潛在毒性仍未有充分的研究。本篇研究是以斑馬魚胚胎為動物模式,探討奈米銀和奈米銅對斑馬魚胚胎皮膚上的離子細胞功能之毒性作用。實驗方式是將斑馬魚的胚胎分別浸泡於奈米銀和奈米銅96小時(受精後4〜100小時(hpf))後,檢測其全身離子含量及皮膚上離子細胞的數量和功能。暴露於奈米銀96小時後,全身Na離子和K離子含量在奈米銀濃度為3 mg/L組別中顯著下降,而Ca離子含量在濃度 ≥ 0.1 mg/L時下降。以Scanning ion-selective electrode technique(SIET)檢測胚胎皮膚的H離子分泌功能,發現在3 mg/L時功能顯著降低。以rhodamine 123(粒線體標記)來標記離子細胞,其密度在1和3 mg/L時分別降低了25%和55%,而離子細胞外觀也從橢圓形變形為棘狀形。進一步以抗體標記染色的方式檢測不同離子細胞亞型,發現奈米銀對富含H+-ATPase的HR細胞和富含Na+/K+-ATPase的NaR細胞造成不同的損傷。進一步使用掃描電子顯微鏡觀察離子細胞,其頂端開口有明顯的萎縮,這和正常功能的喪失相關。另一方面,斑馬魚胚胎暴露於奈米銅後,觀察到相同的趨勢。濃度在 ≥ 0.1 mg/L時,全身Na離子和Ca離子含量顯著降低,而在 ≥ 1 mg/L時,K離子含量降低。而濃度 ≥ 1 mg/L時,胚胎皮膚的H離子排泄功能顯著降低。在奈米銅濃度 ≥ 0.1 mg/L時,用rhodamine 123標記的活離子細胞數量顯著減少。使用掃描電子顯微鏡觀察離子細胞,其頂端開口同樣有明顯的萎縮。我們也以免疫染色方式進行離子細胞亞型(HR細胞和NaR細胞) 標記,兩者都在濃度 ≥ 1 mg/L時降低。透過檢測離子轉運蛋白/通道和鈣離子調節激素mRNA表現量,發現功能的損傷也藉由基因表達的變化反映出來。綜合以上結果證實在斑馬魚胚胎早期,奈米銀和奈米銅對其皮膚離子細胞會產生毒性和並影響其離子調節的功能。由於斑馬魚離子細胞和人類腎臟細胞,在生理功能上和對環境變化的調節反應上都有高度的相似,故此一結果也提醒我們奈米金屬對人類的腎臟細胞可能有潛在毒性。
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    粘桿菌素對斑馬魚胚胎之毒性並探討鈣離子對粘桿菌素的影響
    (2021) 林佳柔; Lin, Jia-Rou
    近年來因為抗生素的過度使用導致環境汙染的問題逐漸受到重視。目前在臨床上使用之粘桿菌素colistin 會對人體造成腎毒性及神經毒性等副作用,因此被列為對抗格蘭氏陰性細菌感染的最後一線用藥。在許多國家中粘桿菌素也被大量使用在畜產業上作為動物傳染病的防治,進而導致粘桿菌素隨著動物排泄物及未食用完畢的食物進入水域環境中,產生具有抗藥性的大腸桿菌。然而,粘桿菌素對水生動物可能的危害卻仍未被研究。因此本研究目的是利用斑馬魚胚胎為模式以探討粘桿菌素暴露對魚類可能產生的毒性以及水中離子濃度對其毒性之影響。結果發現斑馬魚胚胎暴露粘桿菌素 96小時之半致死濃度約為3 μM,死亡個體出現皮膚細胞破損現象,但未產生發育異常與畸形;在亞致死濃度下桿菌素會減少側線毛細胞數量以及離子細胞數量,並損害角質細胞結構。 綜合上述 在隨時間的觀察發現 魚體皮膚角質細胞在暴露粘桿菌素後會逐漸破損,最終導致皮膚細胞瓦解,體內離子失衡,魚體死亡。藉由改變水中的離子濃度,發現鈣離子濃度對粘桿菌素的毒性有關鍵性的影響。提高鈣濃度可以有效減低其毒性,降低鈣濃度會提高毒性。本研究證實了粘桿菌素在水域汙染後可能對魚類產生危害,藉由提高水中的鈣離子濃度可減低其毒性。