中國化學會會誌特別報導

 

化學感測器選輯 (Special Collection on Chemical Sensors and Probes)

化學感測器/探針 (Chemical Sensors/Probes)的研發一直以來在分析和材料化學領域扮演重要角色。具有高靈敏度和選擇性的化學感測器/探針提高環境或生物系統偵測上的效率和方便性。中國化學會會誌Journal of the Chinese Chemical Society (JCCS)集結了數篇近年與感測器/探針相關論文作為特輯，期望提供讀者們方便掌握本會誌在感測器方面的相關文獻，歡迎踴躍閱讀與引用，更期待您的投稿，進一步提昇我們的JCCS在世界舞台的角色！

 

中國化學會會員可免費下載JCCS論文，請洽jccs@gate.sinica.edu.tw

 

 

國際純化學暨應用化學聯合會(IUPAC)國際會議資訊

＊ 31st International Symposium on the Chemistry of Natural Products and 11th International Congress on Biodiversity

＊ International Conference on Organic Synthesis (23-ICOS)
＊ NICE winter 2023 - International Conference on Bioinspired and Biobased Chemistry & Materials
＊ 13th International Symposium on Bioorganic Chemistry (ISBOC-13)
＊ GWB2024 – Catalyzing Diversity in Science
＊ POLY-CHAR 2024 – Polymers for our future
＊ 85th Prague Meeting on Macromolecules – Polymers for Sustainable Future
＊ 19th International Biotechnology Symposium
＊ 50th World Polymer Congress – MACRO2024
＊ 27th IUPAC International Conference of Chemistry Education (ICCE2024)
＊ 20th International Symposium on Novel Aromatic Compounds

 

Improvement of Gene Delivery by Minimal Bacteriophage Particles

Chia-Yi Kao, Yi-Chung Pan, Yi-Hsiang Hsiao, See-Khai Lim, Ting-Wei Cheng,

Sin-Wei Huang, Shania Meng-Yun Wu, Cheng-Pu Sun, Mi-Hua Tao, and Kurt Yun Mou

ACS Nano 2023, 17, 15, 14532–14544

中央研究院 生物醫學科學研究所 牟昀長聘副研究員

基因療法是治療癌症和其他疾病的一種有前景的方法。然而，當前的人類病毒載體存在幾個缺點，包括細胞類型特異性差和大規模生產困難。M13噬菌體為基因療法提供了一種可工程化特異性的替代載體，但其低轉導效率嚴重限制了其翻譯應用。在這項工作中，我們發現了細胞和噬菌體的重要因素，這些因素對噬菌體的轉導有著重大影響。在細胞中上調PrimPol或下調DMBT1顯著提高了噬菌體的轉導效率。此外，我們發現噬菌體的轉導效率與噬菌體的大小呈反比。通過重構噬菌體複製起點，我們設計了“TransPhage”，具有最小的長度和最大的轉導效率。我們顯示TransPhage成功地轉導了人類細胞，其效率高達95%，與腺相關病毒(AAV)載體相當。此外，我們顯示TransPhage對於有過量表達目標抗原的細胞有極好的專一性，而AAVs卻無差別地感染許多細胞類型。使用TransPhage作為基因治療載體，我們發明了一種NK細胞的免疫療法，是將膜結合的Fc片段引入癌細胞。我們在細胞實驗中顯示，表達膜結合Fc的癌細胞能被CD16+ NK細胞有效地殺死，其機制類似於ADCC。在異種移植小鼠模型中，載有膜結合Fc基因的TransPhage的給藥大大抑制了腫瘤的生長。

 

*牟昀博士己於2023/8/28 離世，若對此文有興趣，可以和陶秘華研究員聯絡。

Promotion of S-nitrosation of cysteine by a {Co(NO)₂}¹⁰ complex

Chien-Wei Chiang, Kai-Wun Jhang, Jeng-Lung Chen, Liang-Ching Hsu,

Wei-Hsiang Huang, Hung-Chi Chen, Ting-Jun Lin, Ci-Yang Sun and Yu-Ning Li

Chem. Commun., 2023, 59, 9774-9777

東吳大學 化學系 江建緯助理教授

在許多哺乳動物體內，一氧化氮（NO）作為信號分子，在眾多生理和病理過程中扮演著極其關鍵的角色。在細胞內，一氧化氮主要參與兩類反應：一是與酵素金屬中心進行亞硝基化作用；另一則是與硫醇發生S-亞硝基化反應，生成亞硝基硫醇（SNOs）。SNOs可以在生物體內作為內源性NO的載體和供體，釋放亞硝基氧離子（NO⁺）、一氧化氮或其他亞硝基衍生物。另一方面，外源一氧化氮藥物，如硝化甘油和亞硝酸異戊酯，也可以在生物體內分解產生一氧化氮，作為血管擴張劑之用。然而，在近代科學研究中，將NO直接轉移並修飾半胱氨酸（Cys），使其形成SNO衍生物，仍然是一個重大的挑戰。為了解決這個問題，本研究設計一種仿生{Co(NO)₂}¹⁰錯合物，通過在錯合物配基上引入了二茂鐵基團微調電子環境，能夠促進該錯合物直接將NO轉移到半胱氨酸上，從而實現半胱氨酸的S-亞硝基化反應。通過紫外-可見光譜、紅外光譜和X射線吸收光譜等譜學工具，可鑑定錯合物對半胱氨酸轉化成S-亞硝基半胱氨酸（Cys-SNO）的變化情況。值得注意的是，僅需5分鐘，該錯合物即可完成半胱氨酸的直接S-亞硝基化。展望未來，這種新型錯合物有望在谷胱甘肽和不同類型的蛋白質中進行S-亞硝基化，並在醫藥相關領域進行更廣泛的應用和開發。

Azetidines with All-Carbon Quaternary Centers: Merging Relay Catalysis with Strain Release Functionalization

Che-Ming Hsu, Heng-Bo Lin, Xin-Zhi Hou, Radyn Vanessa Phaz P. Tapales,

Chen-Kuei Shih, Shinje Miñoza, Yu-Syuan Tsai, Zong-Nan Tsai,

Cheng-Lin Chan, and Hsuan-Hung Liao

J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 34, 19049–19059 

國立中山大學 化學系 廖軒宏副教授

四元氮雜環-吖丁啶(Azetidine)是目前藥物設計領域中最具有潛力的結構之一，其剛性的骨架能夠有效地改善藥物分子的結構穩定度與代謝穩定度。近年來，許多研究試圖以吖丁啶取代原先分子的特定結構，以改善藥物的活性與動力學表現。然而，傳統有機合成吖丁啶的反應條件不僅苛刻且選擇性不佳，使得化學家難以在藥物的全合成策略中完成吖丁啶的建構。因此，許多以吖丁啶為主結構的候選藥物無法被合成，造成吖丁啶在藥物設計的潛力受到限制。

為了克服這項合成難題，廖軒宏教授的研究團隊設計一項新型的催化策略。這項方法以單一溴化鎳催化試劑同時提供鎳金屬、溴陰離子兩種催化試劑，實現極性-自由基接力的合成策略。首先，溴陰離子對1-氮雜雙環[1.1.0]丁烷(1-azabicyclo[1.1.0]butane, ABB)進行環張力的釋放，將結構轉換成具有氧化還原活性的形式(Redox-active species)，接著透過鎳金屬進行單電子還原(Single Electron Transfer, SET)，產生自由基中間體。最後，將自由基中間體再次引入鎳金屬催化劑，與硼酸試劑進行鈴木-宮浦耦合反應(Suzuki-Miyaura Cross-Coupling)，完成具有全碳季碳中心的吖丁啶。

Kinetic Studies of Oleylamine-Based 2D-Lead Bromide Perovskite with Controllable n-Value by Sequential Addition of Cesium at Room Temperature

Anupriya Singh, Yi-Chia Chen, Kuan-Chang Wu,

Shih-Mao Peng, Tsung-Rong Kuo, and Di-Yan Wang

J. Phys. Chem. C  2023, 127, 30, 14839–14846

東海大學 化學系 王迪彥副教授

全無機鉛基鈣鈦礦奈米材料在光電特性上展現優越的性能，因此進一步探討具有較佳穩定性的全無機二維鈣鈦礦奈米材料，以增加其應用價值。儘管全無機二維鈣鈦礦奈米材料具有較好的穩定性和較高的激子結合能等優點，但由於快速成核過程，有效控制合成純相之二維鈣鈦礦奈米材料仍然具有相當大之挑戰。在本研究中，我們利用簡單而有效的兩步合成法進而調整銫元素的含量，在室溫下能夠有效控制特定n值的純相全無機二維鈣鈦礦Cs_n+1Pb_nBr_3n+1的生成。其特定n值的二維鈣鈦礦奈米材料從深藍色到蔚藍色的發光範圍內(波長範圍400nm~500nm)展示出高純度的光致發光的特性。我們利用X光繞射光譜和全反射傅立葉變換紅外光譜來闡明油胺與PbBr₂的在形成鈣鈦礦過程中之反應相關性，以及銫元素添加對形成全無機二維鈣鈦礦奈米材料的影響。最重要是，我們利用變溫之臨場光致發光光譜，通過阿瑞尼士方程式分析在動力學上形成不同n值之全無機二維奈米材料的活化能。這項研究不僅有了解銫元素的添加量對八面體[PbBr₆]^4-單層堆疊的影響，同時也提供了一種更簡單的方式來控制不同n值之全無機二維鈣鈦礦奈米材料的成長。

Synthesis of 3,3’-(Ethane-1,2-diylidene)bis(indolin-2-one) Promoted by Thermally-activated Electron Transfer and Photoreduction of CO₂ to CH₄ and CO 

Yen-Yu Chen, Prof. Yu-Ying Lai

ChemSusChem, 2023, 16, 16, e202300604.

國立臺灣大學 高分子科學與工程學研究所 賴育英副教授

此研究發現異靛藍 (isoindigo) 衍生物與三乙胺(triethylamine)可進行熱誘發電子移轉，於氧氣和水分子的協助下，將三乙胺轉化為乙醛。於此反應條件下，異靛藍衍生物會轉化為具有3,3’-(ethane-1,2-diylidene)bis(indolin-2-one) (EBI)基團之化合物C。化合物C是由電子受體 (acceptor, A) EBI 及電子予體 (donor, D) 三苯胺所組成的 D–A–D 共軛分子，其化學結構由一及二維核磁共振光譜鑑定。利用質譜觀測反應中間體及密度泛函理論計算反應活化能以佐證反應機制。藉由低掠角入射X光廣角散射儀和原子力顯微鏡鑑定其固態微結構及形貌。化合物C具有可見光吸收，其分子軌域能階匹配二氧化碳還原電位與水氧化電位，在無額外添加金屬與胺類犧牲試劑下，化合物C可作為光催化劑將二氧化碳還原成甲烷和一氧化碳，以氣相層析儀定量氣體，分別測得235±40 μmol g_cat⁻¹ (per gram of catalyst) h⁻¹ (per hour)的甲烷生成速率和68±4 μmol g_cat⁻¹ h⁻¹的一氧化碳生成速率，同位素實驗指出水的斷鍵為此二氧化碳還原反應之速率決定步驟。此研究展示了有機共軛分子作為二氧化碳還原反應光催化劑的潛力。

Application of Nanosecond Pulsed Electric Field and Autofluorescence Lifetime Microscopy of FAD in Lung Cells

Kamlesh Awasthi, Tsai-En Wu, Hsin-Yun Hsu, and Nobuhiro Ohta

J. Phys. Chem. B  2023, 127, 25, 5566–5575

國立陽明交通大學 應用化學系 太田信廣講座教授

將奈秒脈衝電場 (nsPEF) 應用於活細胞已引起了生物學和醫學界越來越多的研究興趣。儘管有為數不少的研究，但仍存在一個問題：nsPEF 對癌細胞和正常細胞會造成何種不同效應，以及如何偵測其中的差異。在此，我們提出了一種黃素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide, FAD）的自發螢光生命週期（autofluorescence lifetime, AFL）顯微技術，檢測當施以50 ns脈衝寬度的奈秒脈衝電場(nsPEF(50))時，對A549 和 H661肺癌細胞內功能的影響，結果顯示nsPEF(50)會引發癌細胞凋亡，然而對於正常細胞 MRC-5其場效應較小或不誘導；並且施加nsPEF(50)會增加肺癌細胞中FAD自發螢光的生命週期，但對正常健康細胞中的FAD自發螢光的影響則並不顯著。此結果顯示測量FAD自發螢光的生命週期可應用於偵測場誘導的細胞內功能變化。我們也測量了不同肺部細胞在暴露於凋亡誘導劑星形孢菌素 (staurosporine, STS) 後，自其FAD自發螢光的生命週期和強度的顯微影像，發現在癌細胞和正常細胞中，FAD的AFL在暴露後都變得更長。綜合上述結果說明，nsPEF(50)的施加僅會誘導肺癌細胞(H661和A549)的細胞凋亡，但不會影響肺正常細胞(MRC-5)；另一方面，STS則無特異性，不論肺癌或正常細胞均會誘導細胞凋亡的發生。FAD 自發螢光生命週期顯微技術對於 nsPEF 誘導的細胞凋亡可作為一個非常有用的靈敏檢測方法。

High-Activity and High-Selectivity Air-Stable Nickel and Copper Complexes for Copolymerization of Epoxides with Anhydrides

Mei-Ling Lin and Chen-Yen Tsai

Inorg. Chem. 2023, 62, 31, 12298–12307

中國文化大學 化學系 蔡振彥副教授

近年來，塑膠製品已經成為我們日常生活中不可或缺的一部分。然而，這些塑膠製品無法自然分解，導致了嚴重的環境問題。因此，生物可降解的聚酯材料受到了廣泛的關注。許多國家已經限制了使用不可分解的一次性塑膠，並鼓勵生產和使用可分解的塑膠作為替代品。這樣的好處包括解決大量的塑膠廢棄物問題，並且分解後的產物具有再利用價值。傳統的合成方法通常使用開環聚合（Ring-Opening Polymerization, ROP）來合成生物可降解的聚酯，但這種方法有其限制，導致了聚合物結構的局限性。因此，開環共聚合（Ring-Opening Copolymerization, ROCOP）已成為一種具有吸引力的替代方案。ROCOP可以使用環氧化物和酸酐進行，具有高度可控性，並且易於合成單體，以調節聚合物的結構和性能。本研究使用amine-bis(benzotriazole phenolate) ligands ( ^C1NNBiBTP-H₂)配位基在不同的酸鹼條件下與金屬鎳和銅進行合成，形成不同的配位結構錯合物。利用這些催化劑進行了PA/CHO開環共聚合反應。結果顯示，單核六配位鎳金屬錯合物（1）為最佳的催化劑，生成的聚合物具有高分子量和狹窄分子量分佈。此外，實驗數據還提供了有關反應速率方程式和機制的探討。通過引入不同的鏈交換試劑，可合成低分子量的聚合物。本研究成功合成了高活性和高穩定性的催化劑，並顯示出這些催化劑在工業聚合過程中的催化潛力。

Smart Temperature-Gating and Ion Conductivity Control of Grafted Anodic Aluminum Oxide Membranes

Min-Jie Lee, Yi-Fan Chen, Lin-Ruei Lee, Yu-Liang Lin, Sheng Zheng,

Ming-Hsuan Chang, and Jiun-Tai Chen

Chem. Eur. J. 2023, 29, 43, e202301012

國立陽明交通大學 應用化學系 陳俊太教授

響應性高分子在特定環境下會產生物理或化學性質之轉變，常見的環境刺激源如pH值、光、機械力和溫度等，均可以直接影響材料結構、顏色和形態。為增加響應速度，科學家們致力於開發響應性高分子奈米材料，利用高表面積產生更迅速精準的感測響應。其中，以表面修飾法製備響應性高分子材料引起了相當多的關注。其最常用的方法之一是表面起始控制自由基聚合(Surface-initiated controlled radical polymerization, SI-CRP)，該技術已被應用於不同的材料上，如奈米顆粒、平面基板、纖維和多孔材料等。本研究以陽極氧化鋁(Anodic aluminum oxide, AAO)奈米通道作為基板，並於表面接枝熱響應性聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)高分子刷，以達到離子滲透性、導電性控制和染料釋放等效果。通過表面起始原子轉移自由基聚合(SI-ATRP)，PNIPAM高分子刷成功地被接枝到AAO模板的六角密排圓柱狀奈米孔道內。由於PNIPAM高分子刷具有最低共溶溫度(Lower critical solution temperature, LCST)，AAO-g-PNIPAM膜的表面親水性在不同溫度下將被可逆地改變。在電化學阻抗光譜(Electrochemical impedance spectroscopy, EIS)中，AAO-g-PNIPAM膜於較高溫度下可表現出比純AAO膜更大的阻抗變化，主要原因是來自於PNIPAM高分子鏈的聚集使AAO表面更疏水。此外，染料釋放測試也證明了由於高分子鏈的伸展和折疊狀態引起的可逆表面性質。此種溫控和離子控制的奈米多孔膜適用於未來的智能膜應用，包含奈米感測器或生醫工程等。

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)

「氫」原子是最簡單的原子，僅由一個質子和一個電子組成。其中質子做為原子核，電子圍繞質子運動，這種簡單的構造有助於解釋為什麼「氫」是迄今宇宙中含量最豐富的元素。大量的「氫」存在於太陽和其它星球的內部和大氣、以及遼闊無邊的星際空間中，可以說是宇宙間存在數量最多的元素。

 

「氫」也是構成星球的主要元素。其實應該這麼說：「氫」是所有化學元素的始祖，所有化學週期表上的元素都是從「氫」演變而來的。

整個宇宙世界一切源於140億年前發生的宇宙大爆炸，產生了只有氣體的宇宙。這時的宇宙無恆星也無行星，氣體只有原子組成，這些原子都是簡單的基本元素，其中75％是「氫」原子，其餘多是氦（He）原子。宇宙爆炸初期尚沒有碳（C）、氧（O）或氮（N）等元素的出現，更不用說鐵（Fe）、銀（Ag）、金（Au）等等其它元素也都沒有。

 

這時初始宇宙的氣體密度有些地方稍高，因萬有引力而吸引更多氣體靠近聚集，引力因而更強，再吸引更多氣體，於是循環不息，最後形成大氣團，氣團因自身引力而萎縮，結果內部發熱，氣團核心熱到若干程度就發生〝核融合〞。於是「氫」原子就會融合成氦原子，同時釋放巨大能量，大到可對抗向內拉扯的引力，而當〝核融合〞所生的向外推的能量得以對抗向內拉扯的引力時，就會達平衡狀態，恆星就自此而生。 

AI人工智慧的應用已進入各領域，成為討論的焦點，化學家又應該如何面對AI和大數據的發展？這本書是從化學領域知識的角度來撰寫，避免使用數學公式，而專注在化學結構。本書分為四個部分，第一部分介紹基本概念，不重複其他教材上的AI、IT和數學的內容，而是強調其最新發展和與化學的關聯。第二部分是領域知識，涵蓋了Jupyter和Python在化學計量學的應用，並以經典化學領域的有機、無機和物化為範疇。第三部分是數據科學在各領域，例如分析化學和化學計量學。第四部分是量子，人工智慧中使用量子力學的理論與應用。這本書旨在成為一本實用指南，提供現有過程和技術的最新概述。作者提出了化學科學課程必須有所改變，增加數據科學、統計學、機器學習的課程訓練。實驗研究人員也不能免於其專業領域的變化，下一代材料科學家，無論是實驗研究人員還是計算研究人員，都將具備數據技能。

 

 

因應世界科學研究跨領域和強化永續發展的趨勢，國立臺灣大學化學系承接國科會自然處【自然科學及永續研究推展中心-化學組】的計畫，我們體認到國內化學研究領域的發展和產業界的未來必須環環相扣，才能帶動學界和產業界的進步與相互提升，同時推進頂尖人才能夠適才適所，讓學界和產業界能彼此互相了解，產生良好的循環，同時達到未來的人才培育及提升國際競爭力的目標。

 

為加強化學學界與產業界之間的連結，國立臺灣大學化學系與勞動部勞動力發展署北基宜花金馬分署共同主辦第一屆針對即將從化學領域畢業的學子所設計的「2024 ChemCareer 化學產業徵才博覽會」，並由中國化學會及國科會自然科學及永續研究推展中心化學組協辦，將於2024年2月25日(週日)於國立臺灣大學蒲葵道及其週邊館舍登場，協助學子與企業之間互相媒合。期盼化學相關科系應屆畢業生(學士、碩士及博士)、應屆高中(職)生、對投入化學相關產業有興趣的民眾都能一同前來參與。

 

也歡迎所有化學相關企業、學校和機關設攤參展，分享行業發展趨勢和未來發展方向，有意者可直接與主編我聯繫：cwchiu@ntu.edu.tw，讓我們一起推動讓國內的化學研究領域和產業界共好及朝向永續發展的目標前行。

 

同時也再次向所有讀者介紹，可以透過每月寄送的化學圖書電子報，獲得化學新知和研究新發現。當您無法開啟在〈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。