IUPAC 2024年化學領域的十大新興技術提案收集活動 

 

為慶祝國際理論化學和應用化學聯合會(IUPAC)的百年慶典，《國際化學 (Chemistry International)》編輯委員會發起了一項尋找化學十大新興技術的活動。評選結果發表在《國際化學》2019 年的 4 月號刊上，其中一項技術還獲得了 2021 年諾貝爾化學獎。有鑑於該活動的成功，《國際化學》每年都舉辦此活動，其目標為致力於提高化學家和化學在解決社會最大挑戰中的作用的知名度和認可度，以及提高IUPAC在全球的知名度。今年IUPAC已開始收集2024年度十大新興技術的提名，提名截止日期為 2024 年 3 月 31 日午夜。 

想要成功拿到國科會研究補助嗎？有哪些地雷千萬不要碰？除了個人型計畫外，還有什麼其他經費可以申請？學門的新規劃是什麼？通通讓化學學門召集人來告訴你。3/30號，不見不散喔！

 

◎ 化學學門規劃說明：召集人葉鎮宇教授  「告訴您學門不可不知的最新資訊」

     時間：3/30  上午11:45-12:00       地點：有蓮國際廳

 

◎ 學門攤位：資源提供及客服諮詢中心

     時間：3/30、31   10:00-16:00      

     地點：7F, Shao-mo Memorial Gymnasium (紹謨紀念體育館7F)

A Boron-Dependent Antibiotic Derived from a

Calcium-Dependent Antibiotic

Shao-Lun Chiou, Yi-Ju Chen, Chu-Ting Lee, Minh Ngoc Ho, Jiayuan Miao,

Po-Cheng Kuo, Prof. Cheng-Chih Hsu, Prof. Yu-Shan Lin, Prof. John Chu

Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202317522

國立臺灣大學 化學系 朱忠瀚助理教授

隨著抗藥性問題日益嚴重，科學家非常需要新的抗生素來對抗抗藥性菌株。有一類抗生素叫做鈣離子依賴性抗生素(calcium dependent antibiotic, CDA)，它們靠阻斷細菌細胞壁的生物合成來達成抑菌效果，作用機制不但多樣化，而且與現有的抗生素相當不同，科學家因此對CDA有著高度期待，希望它們能成為抗藥性問題的答案。達托霉素(daptomycin)即為一例，它是目前唯一通過美國食藥署核准，可以臨床使用的CDA。由於CDA需要鈣離子才能活化，且不少CDA完全活化所需的鈣離子濃度高於人體的平均值，本研究即以laspartomycin C (LspC) 為模板，尋找鈣離子過度依賴的解方。我們製備了一系列的LspC衍伸物，發現某些衍生物的鈣離子能夠被替換成硼，硼酯鍵的形成將LspC的骨幹固定在「活化」的構形，成功讓LspC在低濃度的鈣下依然有完整的抑菌活性。我們的衍伸物對於許多革蘭氏陽性菌都有效果，體外實驗也顯示這些「硼離子依賴性抗生素」對人體細胞的毒性，甚至比原本的CDA還低。

 

我們所合成的衍申物的亮點和未來性如下：

1. 使用標準的固相胜肽合成，方法簡單，硼酯鍵的形成甚至直接在水中進行。
2. 生物分子幾乎不使用硼，因此我們的衍伸物在細胞內產生非專一反應的機會很低。
3. 這個策略或許能夠應用於其他CDA，我們也正朝此方向前進。
4. 利用硼將抗生素活化只是個開端，我們或許該更廣泛地思考，將硼應用於活化其他藥物分子的可能性。

Synthesis of Two-Dimensional (Cu−S)_n Metal−Organic Framework Nanosheets Applied as Peroxidase Mimics for Detection of Glutathione

Yuan-Hsiang Yu, Xiao-Yuan Lin, Kun-Ling Teng, Wei-Fan Lai, Chia-Chi Hu,

Chia-Hsuan Tsai, Ching-Ping Liu, Hui-Ling Lee, Cing-Huei Su, Yen-Hsiang Liu,

Kuang-Lieh Lu, and Su-Ying Chien

Inorg. Chem. 2023, 62, 17126−17135

輔仁大學 化學系

呂光烈榮譽講座教授

輔仁大學 化學系 劉彥祥教授

輔仁大學 化學系 游源祥教授

輔仁大學 化學系 劉靜萍副教授

本研究成功以簡單迴流法合成了(Cu−S)_n-MOFs 2D nanosheets，大幅縮短先前發表在 Nat. Commun. 10, 1721, 2019之(Cu−S)_n-MOFs晶體的水熱法製程時間，並且能大量生產。所合成的奈米片呈現二維平面形貌，厚度小於70 nm，經過詳細結構鑑定，證實其結構組成為 [Cu(6-Hmna)₂]_n，其層與層之間不包含填充離子，此合成突破對於此MOF之應用具重要關鍵性。根據目前已發表Cu-based MOFs具有類過氧化物酶活性(peroxidase-like activity)的相關文獻可知， Cu大多與O、N和羧基(−COOH)形成配位，並且Cu的氧化態以+2為主。然而我們的(Cu−S)_n-MOFs 2D nanosheets則是由Cu和S形成平面的配位，並經由XPS圖譜分析確認Cu的氧化態是+1。此外，前人的文獻報導指出以Cu⁺進行的類芬頓反應(Fenton-like reaction)，比Fe²⁺的芬頓反應的反應速率快160倍(J. Nanotechnol. 20, 66, 2022)，但由於Cu²⁺/Cu⁺的氧化還原電位低，Cu⁺非常不穩定並且很容易氧化成Cu²⁺。而我們的(Cu−S)_n-MOFs 2D nanosheets的特殊二維(−Cu−S−)_n平面配位可將Cu⁺穩定在MOFs結構中，有別於以往的Cu-based MOFs是以Cu²⁺作為催化活性位點，我們首次針對(Cu−S)_n-MOFs 2D nanosheets的類過氧化物酶活性進行深入的研究，透過酵素動力學量測(Cu−S)_n-MOFs 2D nanosheets的動力學參數，與其他Cu-based MOFs做比較，並且使用KSCN作為活性位點抑制劑，證實Cu⁺可作為(Cu−S)_n-MOFs 2D nanosheets的類過氧化物酶活性位點。由於(Cu−S)_n-MOFs 2D nanosheets的類過氧化物酶活性會被glutathione (GSH)抑制，但卻不受其他胺基酸影響，因此成功建立比色法感測GSH。

Visualizing the DNA repair process by a photolyase at atomic resolution

Manuel Maestre-Reyna, (+ 65 authors), Yoshitaka Bessho,

Lars-Oliver Essen, and Ming-Daw Tsai

Science, 2023, Vol 382, Issue 6674, 1-15

國立臺灣大學 化學系 馬左仲助理教授

中央研究院 生物化學研究所 蔡明道院士

隨著X射線晶體學和冷凍電子顯微鏡技術的發展，科學家已經可以用原子等級的解析度分析許多酵素和酵素複合體的結構，然而這些方法只能捕捉反應開始或結束的單一瞬間，無法進一步觀察反應過程與觸發機制。本研究利用X射線自由電子雷射（X-ray free electron laser, XFEL）技術，在極短（一百億分之一到五千分之一秒）的時間內，為DNA光解酶催化過程的多個反應中間體結構拍了18張原子解析度結構。透過這些結構，可進一步揭示DNA修復化學反應的動態過程，如酵素殘基如何促使化學反應、酵素在修復後如何回到基態，以及最終修復的DNA如何恢復其標準結構等過程。

這項研究促進結構生物學的前端發展，亦開啟了酵素學的新時代─可直接以原子解析度觀察酵素反應的完整過程。透過XFEL技術，可檢視酵素的反應中間體結構的全貌，進而提供後續應用機會，例如新藥物開發的潛在新靶點。當這項技術變得更為廣泛應用時，將具有無限的開發潛力。

這項研究的經費由本院執行我國政府科技發展計畫項下之「臺灣蛋白質計畫」支應，XFEL研究則在日本SACLA和瑞士SwissFEL進行，是臺灣蛋白質計畫的重要成果。

Synthesis of a Multifunctional Glyco-Block Copolymer through Reversible Addition–Fragmentation Chain Transfer Polymerization and Click Chemistry for Enzyme and Drug Loading into MDA-MB-231 Cells

Tzu-Chien Wu, Chiao-Ling Lai, Govindan Sivakumar,

Yung-Hsin Huang, and Chian-Hui Lai

ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 51, 59746–59759

國立中興大學 生醫工程研究所 賴千蕙副教授

可逆加成-斷裂鏈轉移聚合(Reversible addition–fragmentation chain transfer polymerization, RAFT)已用於多種應用，例如製備奈米粒子、刺激響應聚合物和水凝膠。在本研究中結合RAFT聚合方法與Cu(I)催化的疊氮-炔環加成點擊化學(CuAAC, Click Chemistry)，用於製備多功能醣體二嵌段共聚物P(PEG- co-AM)- b-PF，其中包含用於細胞靶向的甘露糖苷(mannoside)、用於生物相容性的聚乙二醇（PEG）以及用於葡萄糖氧化酶(GOx)固定的芳基醛部分。聚合物結構中的炔基能夠與其他疊氮共軛單體進行交替。此聚合物的逐步合成得到了充分的化學分析鑑定。

P(PEG- co-AM)- b-PF 自組裝成聚合物奈米顆粒(BDOX-GOx@NPs)，是透過席夫鹼(Schiff base)形成固定葡萄糖氧化酶，並在優化條件下封裝芳基硼酸酯連接的阿黴素(BA-DOX) 的前驅藥物。BDOX-GOx@NPs 中的GOx可以消耗葡萄糖氧化產生葡萄糖酸和 H₂O₂，從而引起氧化壓力。GOx也會消耗葡萄糖，導致癌細胞飢餓。產生的H₂O₂可以選擇性地活化抗癌前藥BA-DOX進行化療。數據證實，BDOX-GOx@NPs 中存在的 GOx 和前藥 BA-DOX 表現出比游離GOx更高的穩定性，並具有良好的活性 DOX 釋放曲線。

本研究使用過度表達甘露糖受體的三陰性乳癌 MDA-MB-231 細胞建立模型。研究了此BDOX-GOx@NPs奈米平台在 MDA-MB-231 癌細胞二維和三維模型中的生物活性，以確定其抗腫瘤功效。

Production of 5-hydroxymethylfurfural from fructose via inherent catalytic properties of a biphasic system without external catalyst addition 

Quang Tam Huynh, Alexander F. Padilla, Jr., Mark Daniel G. de Luna, Po-Jung Huang, Pei-Shih Chen, Nor Aishah Saidina Amin, Ku-Fan Chen and Ken-Lin Chang 

Green Chem., 2024, Advance Article 

國立中山大學 環境工程研究所 暨 高雄醫學大學 公共衛生學系

張耿崚 副教授

5-羥甲基糠醛（5-HMF）作為一種關鍵的生物基平台化合物，擁有在高值生物燃料和化學品製造領域的廣泛應用前景，因此受到了國際學術和工業界的高度關注。這種化合物能夠從各類含糖的生物質中有效生產，不僅開拓了生物質資源的利用範圍，也促進了永續能源和材料的發展。然而，傳統的5-HMF製造過程依賴於酸催化的水解反應，這一方法存在諸多挑戰。主要問題包括需要使用昂貴的觸媒、反應過程的強腐蝕性、不可避免的副產物生成以及相對較低的產率。這些限制不僅增加了生產成本，也對環境造成了潛在的負擔。鑑於此，開發一種更為環保、成本效益高且產量較高的5-HMF生產新方法成為了當前科學研究的重點。本研究提出了一種創新的雙相反應系統，該系統不需添加外部觸媒，通過深共熔溶劑（DES）與有機溶劑的結合，利用其固有的催化特性實現從果糖到5-HMF的高效轉化。此方法的優勢在於有效克服傳統酸催化方法的多項限制。首先，避免了昂貴觸媒的使用，從而降低了生產成本。其次，減少了腐蝕性和副產物的生成，使得整個過程更加環保。此外，這種方法提高了5-HMF的總體產率，進一步推動了生物質轉化技術的商業可行性。本研究不僅為5-HMF的生產提供了一種更加綠色、高效且經濟的新途徑，而且為生物質轉化和綠色化學領域帶來了新的研究方向和應用潛力。這一創新方法有望在全球範圍內推動永續能源和材料的開發，對環境保護和綠色經濟發展產生積極影響。 

Tunable Thermoelectric Performance of the Nanocomposites Formed by Diketopyrrolopyrrole/Isoindigo-Based Donor–Acceptor Random Conjugated Copolymers and Carbon Nanotubes 

Kuan-Chieh Wang, Po-Shen Lin, Yan-Cheng Lin, Shih-Huang Tung,

Wen-Chang Chen, and Cheng-Liang Liu 

ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 56116–56126. 

國立臺灣大學 材料科學與工程學系 劉振良教授

國立成功大學 化學工程學系 林彥丞助理教授

高分子熱電材料因其柔軟性以及低毒性等優勢而引起廣泛關注，同時這些材料可利用低溫溶液製程，有望應用於軟性熱電發電機的開發。然而目前尚存在高分子材料的結構與熱電性能之間相互關係不明確的問題，且與無機奈米材料的相容性仍有待改善，這限制高分子材料在熱電轉換效率方面的應用。為了解決上述問題，本文提出了一種新型的奈米複合材料，由施體-受體隨機共聚型共軛高分子與單壁奈米碳管組成，用於軟性熱電發電機。此類共軛高分子是通過將二酮吡咯並吡咯(DPP)與異靛藍(IID)以不同的莫耳比例進行共聚而得到，並命名為DPPX，其中X = 0–100表示DPP在共聚物中的莫耳百分比。此設計的目的是通過降低共軛高分子的結晶度，提高高分子與碳管表面的π-π作用力，促使碳管分散成更小的碳管束，形成互連的導電網絡，從而提高複材的熱電性能。通過對高分子奈米複材的光學性質、拉曼光譜以及表面形貌進行系統性分析，發現DPP95與單壁奈米碳管之間呈現最強的相互作用和最佳的分散性，而達到最高功率因數711 μW m^–1 K^–2和塞貝克係數64.8 μV K^–1。此外，在29.3 K的溫差下，由此複合材料製備的軟性熱電發電機達最大功率輸出20.4 μW m^–2。這些發現突顯隨機共聚共軛高分子組成對高分子奈米複合材料形貌和熱電性能的調控能力，並衍伸所開發的軟性熱電發電機在回收低溫廢熱方面具有潛在的應用價值。

Phosphorus-Doped Multilayer In₆Se₇: The Study of Structural, Electrical, and Optical Properties for Junction Device

Yu-Hung Peng, Luthviyah Choirotul Muhimmah, Ching-Hwa Ho

JACS Au 2024, 4, 1, 58–71

國立臺灣科技大學 應用科技研究所 何清華特聘教授

臺灣是半導體王國，舉凡在IC製造以及新穎半導體材料的研究開發均位居世界上之領導地位，本實驗室從事二維半導體晶體成長及開發研究多年，目前獲國科會自然處尖端晶體學術研究計畫支持，從事半導體晶體成長及半導體能隙特性和能帶光譜之研究，希望對半導體及能源材料的研發做出些許貢獻；本發表論文乃從事新穎的近紅外能隙二維半導體In₆Se₇之晶體成長及研究，並且藉由摻雜不同比例的磷(P)以改變半導體中的電子濃度，摻磷之後由於形成Se-P鍵結，因此為n型半導體，此結果與原先預期的p型摻雜不同，這可由XPS和霍爾實驗結果來證實；最後將有摻雜P與無摻雜P的In₆Se₇奈米層互做堆疊以形成同質接面(Homojunction)的二極體，藉以提供未來近紅外到可見光之光電與電子元件製造與發展的基礎，在這個工作中In₆Se₇的二維半導體特性是學界首次發表，同質接面(Homojunction)的二極體元件也是首次發表，In₆Se₇的間接與直接能隙均以光學量測得出約在0.73 eV與0.74 eV附近，再加上InSe半導體是以高電子遷移率(幾百~一千 cm²/V-s)而聞名，因此，此In₆Se₇材料與同質接面二極體元件可適用於太陽能電池以吸收紅外線到可見光範圍，並製作高速電子與電晶體元件等。本論文發表於JACS Au, 2024 vol. 4, No.1 同時被邀選為當期的Issue Cover。

Synthesis of 2D VO₂ Nanosheets for the Dual Optical Sensor Method by Colorimetric and Fluorometric Sensing of Catecholamines

Hemal Weerasinghe, Maheshika Kumarihamy, and Hui-Fen Wu

ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 41, 47921–47929

國立中山大學 化學系 吳慧芬特聘教授

二維奈米材料以其獨特的優勢,在當今科學界許多方面的應用蓬勃發展。我們實驗室是二維奈米片構建螢光感測器的先驅。以前，科學界認為二維奈米材料,不易產生螢光。然而，我們的方法打破了這種信念，特別是通過利用缺氧的二維奈米片構建螢光感測器。最近，我們實驗室在二維奈米片的新發現，包括以下方法:我們開發了雙光學感測方法（DOSM）、二維離子分子螯合反應（2D IMCR）、協同螢光法、電子轉移生物感測器（ETBS）、二維點擊化學法 (2DCC)。

我們首次報告了一種雙光學感測器方法（DOSM），使用2DVO2奈米片作為螢光和比色感測器，對腎上腺素和多巴胺進行定量分析。二維釩氧化系列的寬色譜和特定的亞穩藍色二維VO2奈米片用於開發DOSM生物感測器。多巴胺和腎上腺素是人體中的主要兒茶酚胺，分別作為內分泌系統的神經遞質和應激反應激素起著至關重要的作用。準確和選擇性地檢測這些生物分子可以幫助診斷許多神經內分泌系統相關疾病。新合成的2DVO2奈米片感測器顯示出明亮的綠色螢光，這是首次來自2DVO2奈米片的螢光。這感測器主要通過顏色變化和螢光淬滅,對腎上腺素的雙功能感測。它能夠同時使用比色法和螢光法，以高選擇性和靈敏度檢測和定量腎上腺素和多巴胺，比色分析的偵測極限分別為1.07 μM和5.54 μM，螢光分析的偵測極限分別為48.07 μM和3.98μM。這感測器直接應用於真實尿液樣品，獲得90%的回收率。這項研究為生物感測開闢了一個使用DOSM和釩氧化光譜的新平臺。這種金屬氧化物的螢光功能可以進一步應用於許多基於螢光和比色檢測的感測器應用。

國立嘉義大學 應用化學系 和 高雄醫學大學 醫藥暨應用化學系

蘇  明  德  教  授 

 

(文章內容版權為蘇明德教授所有，如需引用請聯繫midesu@mail.ncyu.edu.tw)

18世紀末，有一位法國礦物學家René Just Haüy（1743-1822）獲得了一塊〝綠寶石〞。這種〝綠寶石〞翠綠晶瑩，光輝奪目，流傳已有幾千年，長久以來一直被人們看得比鑽石還珍貴。可是究竟採自何種礦土，卻始終不明。雖然遠在公元1世紀時，一位羅馬學者曾發現一種在公元前三千多年已被採掘的六角狀綠色礦石—綠柱石，科學家懷疑跟這〝綠寶石〞有親緣關係，但一直沒有得到證實。

 

這次Haüy根據〝綠寶石〞的晶體結構，再度斷定〝綠寶石〞和綠柱石是同一種礦石。為了證實，他請求法國化學家伐克林（Louis-Nicolas Vauquelin，1763-1829）精細分析，測定結果證明兩者化學成分果然相同。意外的是，還發現了它們都含有一種新物質。

 

這種新物質有一個古怪的特性，把它溶在硫酸銨((NH₄)₂SO₄) 溶液中所產生的鹽，竟然有甜滋滋的味道，真是前所未見。伐克林斷定這是一種新元素的氧化物，並在1798年發表了論文，把這種元素命名為「glucinium」，就是〝甜味〞的意思，因為發現到所有含有這元素的礦石嘗起來都是甜甜的。一直到1957年，國際學術界才建議改名為「beryllium」，意思是取自希臘文的〝綠寶石〞（beryl），就是「鈹」（音唸ㄆ一ˊ），符號是「Be」。

 

「鈹」在自然界的分布相當廣泛，天文學家從太陽和恒星的大氣中也曾發現過「鈹」的存在。比起其它金屬在地球上的儲存量而言，「鈹」屬於非常稀少的元素，因此「鈹」的價格很高，目前每公克「鈹」的售價是15美元。再加上「鈹」的分布十分分散，礦石中的含量很少，這是「鈹」的一大弱點。 

3月8日國際婦女節，是女性追求平等權力，推動社會對性別平等的重視，藉此我們想介紹從化學的角度來看這項理念所發生的故事。這本書是元素週期表歷史的獨特觀點，也是過去文獻中很少提及的女性對週期表的貢獻。書的內容是女性在化學元素的故事，以這幾個面向來切入，包括理解元素的概念、識別性質、開發分析方法、繪製放射性系列和發現元素的應用。女性與元素相關最早的例子是Dorothea Juliana Wallich，她出版了鈷礦石進行煉金實驗的書籍，詳細描述了我們今天稱之為鈷化合物的熱致變色反應，顯示了女性在煉金追求和礦物化學工作中都很活躍。這書中的故事是女性在實驗室或科學團隊的歷史軌跡，更展現出科學是開放給所有人的。 

 

第一屆在臺大校園舉行的「2024CHEM CAREER全國化學產業徵才博覽會」盛大展開且獲得各界熱烈支持，估計共有約4000人參與，活動一開始就有超過1200人參與企業說明會，不僅座無虛席，連走道都坐滿對於未來化學產業充滿期待的人潮。與會者有來自全國各大專院校的化學相關科系學生，以及正在尋找未來目標、想了解化學領域產學面向的高中生，在此要特別感謝各校協助宣傳此項活動的老師們，以及所有參與此次博覽會的相關企業，有化學相關業界和學界攜手合作，才能在少子化的衝擊之下還能尋覓到良才投入臺灣的化學產業，讓未來臺灣的發展能持續翻新並在全球市場競爭中保持良好的成績。再次謝謝大家！同時也和各位相約第二屆不見不散，將於2025年10月重磅登場回歸！

 

接下來是臺灣化學界的年度重頭戲─「2024化學年會」即將在3月29日至31日盛大展開，今年由淡江大學化學系主辦，會議主題是“ ESG+AI= ∞” 為近幾年相當聚焦的永續發展關鍵指標ESG和AI：ESG分別代表環境保護（Environmental）、社會責任（Social）和公司治理（Governance）三個達成企業發展的永續維度；而藉由去年最熱門的人工智慧（Artificial intelligence, AI）導入與融合，探索化學領域為社會各行業貢獻創新應用的無限可能。期間有各式精彩的主題演講、小組討論和互動論壇可交流和探討化學專業知識；今年為了鼓勵學生投入化學研究領域，除了原有的研究生論文獎審跟壁報論文獎，更新增了「中技社化學傑出大學生獎」，鼓勵學生積極參與並點亮未來的化學研發創意。希望化學領域的各界菁英可以彙聚一堂交流彼此的研究工作與新觀點。期間還有國科會自然處化學學門的規劃說明時間，以及現場攤位提供大家諮詢如何申請國科會計畫補助，歡迎大家參加2024化學年會！

 

也再次和大家介紹我們【自然科學及永續研究圖書服務計畫-化學領域】的館際合作服務，當大家在研究中遇到無法獲得的期刊文章、或是無法開啟在電子報中〈書訊補給站〉介紹的專書、〈推薦報導〉的新知，〈臺灣研究新發現〉成果發表的期刊，別忘了「化學中心總圖書室」始終支持您的研究工作，可以提供「零距離、免付費」的館際合作服務，線上提出申請，化學領域的電子期刊、電子書，以及紙本文獻通通都有！化學中心總圖書室會於正常上班時間4小時內回覆(週一~五，09:00-17:00)，歡迎多加利用。

 

也請各位能花幾分鐘的時間填寫服務滿意度調查問卷，您的批評與指教才能使我們不斷改善服務方向和品質，再次謝謝大家。