Zwitterionic Gradient Double-Network Hydrogel Membranes with Superior Biofouling Resistance for Sustainable Osmotic Energy Harvesting

Kang-Ting Huang, Wen-Hsin Hung, Yu-Chun Su, Fu-Cheng Tang, Lam Dieu Linh,

Chun-Jen Huang, Li-Hsien Yeh

Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 19, 2211316 

國立臺灣科技大學 化學工程系 葉禮賢教授

國立中央大學 化學工程與材料工程學系 黃俊仁教授

滲透能源(又稱鹽度梯度能源)為一種可再生潔淨能源，廣泛存在於不同鹽濃差環境中，如：海水與河水交界，據估計全球滲透能源蘊藏量約30兆瓦。離子選擇膜為擷取滲透能源之關鍵材料，此類薄膜可將儲存於不同離子濃度溶液中之混合自由能轉換成電能使用。然而現有離子選擇膜存在低輸出功率密度、高內部電阻、容易遭受生物汙染等問題。本研究開發雙離子梯度雙層網絡水凝膠薄膜(ZGDHM)作為離子選擇膜，水凝膠中的雙層高分子網絡奈米結構能有效增強離子選擇膜的機械性質。此外，水凝膠膜中的3維梯度孔洞結構可以誘導獨特的離子二極體效應與空間電荷傳輸屬性，可促進離子朝向特定方向移動並降低離子選擇膜內部電阻，進而增加輸出功率密度。在混合人造海水與河水鹽濃梯度條件下，ZGDHM可產生5.44 W/m²的輸出功率密度，高於商業應用標準(5 W/m²)。值得注意的是，在混合模擬鹽湖水與河水之鹽濃梯度條件下，ZGDHM更可產生49.6 W/m²的歷史新高功率密度，其中內部電阻僅有5.2 kΩ，低於現有報導過的所有先進離子交換膜。除此之外，ZGDHM因雙離子結構具有超高抗污性質，經過細菌溶液浸泡後的輸出功率密度無明顯降低，為離子交換膜實際應用的一大突破。最後，ZGDHM擁有高度生物相容性，對於開發可穿戴能源轉換應用具有巨大潛力。本研究成功開發高效能永續的水凝膠離子選擇膜，對於滲透能源轉換的開發應用邁向一大步。

Adsorption of 2-Mercapto-1-methylimidazole on the

(3 × 22) Reconstructed and (1 × 1) Phases of an Ordered Au(111) Electrode under Potential Control

Chiu-Ching Liao and Shuehlin Yau

J. Phys. Chem. C 2023, 127, 19, 9030–9038 

國立中央大學 化學系 姚學麟教授 

帶有咪唑官能基的有機硫化物可作為緩蝕劑和生物傳感器，已受到廣泛的研究，和這些應用相關的議題 - 咪唑在電化學界面的吸附狀態尚未被充分探討。本研究透過循環伏安法和原位掃描穿隧式顯微鏡（STM）技術，研究2-mercapto-1-methylimidazole (MMI)在(3 × 22)重排及(1 × 1)兩種金(111)表面結構上的吸附，及電位控制對其結構的影響。研究結果闡明，在正電位下，MMI分子以非質子化的形式吸附於金表面上，其硫和氮端與金電極形成鍵結，分子解析度的STM顯示有序的Au(111) – (21 × 21)R10.9º – MMI結構；而在負電位下，金-氮鍵斷裂，導致MMI吸附減弱及吸附層的無序化，此結構重組過程與咪唑官能基的質子化反應密切相關。在循環伏安法也顯示，分子的吸附狀態改變可導致明顯的峰電流，峰電位隨著電解液pH值的增加而向負電位偏移。在更負的電位下，MMI分子從金表面脫附，揭示了MMI吸附所引起的金表面蝕刻特徵。無論金(111)電極的初始表面結構是重排還是(1 × 1)相，均觀察到此蝕刻特徵，表明MMI以硫-金-硫模式吸附於金(111)電極上。本研究揭示了MMI分子在金(111)電極上的吸附狀態及其在鎳電鍍過程中的作用，對於深入理解有機硫化物在電化學界面上的吸附行為以及開發新型電鍍劑具有重要意義。

Bioengineered Bacteriophage-Like Nanoparticles as RNAi Therapeutics to Enhance Radiotherapy against Glioblastomas 

 

Hao-Han Pang, Chiung-Yin Huang, Pin-Yuan Chen, Nan-Si Li, Ying-Pei Hsu, Jan-Kai Wu, Hsiu-Fang Fan, Kuo-Chen Wei, and Hung-Wei Yang

ACS Nano 2023, 17, 11, 10407–10422 

國立成功大學 生物醫學工程學系 楊閎蔚教授

林口長庚醫院 神經科學研究中心 魏國珍主任

膠質母細胞瘤 (glioblastomas, GBMs) 是一種對放射線具有抵抗性的中樞神經癌症。由於血腦屏障與抗藥性造成化療效果不彰，透過基因技術提升放療效果已成為新的研究重點。然而，精準調控奈米粒子組成與載入RNA的困難，導致RNA治療劑在每批次間的差異，限制了臨床化的可能性。本研究利用生物工程技術，將細菌噬菌體Qβ粒子與設計的broccoli-aptamer and three-way-junction (b-3WJ) 螢光三向接頭 RNA骨架進行封裝，用於對抗對放療有抵抗性的GBM細胞進行基因靜默。本研究觀察到利用螢光顯微鏡能即時監測Dicer酵素剪切b-3WJ RNA，且TrQβ@b-3WJ成功同時降低了EGFR和IKKα 表現，進而阻斷NF-κB信號，抑制了DNA修復，在細胞實驗中觀察到了提升放射治療的效果。動物實驗中，通過「對流增強輸送 (Convection-Enhanced Delivery, CED)」 進行TrQβ@b-3WJ注射後，再進行2Gy的X-射線照射，使動物中位存活時間延長到超過60天，相比僅進行2Gy X-射線照射組別中位存活時間僅有31天，增長了近一倍的存活時間。令人振奮的是，本研究對比於臨床用藥卡鉑 (carboplatin) 也提升了20%的效果，且有更小的副作用。總體而言，本研究的結果對於設計基於RNAi的遺傳治療劑具有關鍵意義，且搭配CED輸送也被證實為一種強大的輸送系統，提高對GBM的放療效果，而不會引起明顯的全身性毒性。未來，這種新的治療策略有望改變腦瘤的放療效果，提升患者的存活率與生活品質。

Eco-Friendly Transparent Silk Fibroin Radiative Cooling Film for Thermal Management of Optoelectronics 

Yu-Hsuan Chen, Ching-Wen Hwang, Sih-Wei Chang, Meng-Ting Tsai, Kavya Nair Jayakumaran, Ling-Chu Yang, Yu-Chieh Lo, Fu-Hsiang Ko, Hsueh-Cheng Wang,

Hsuen-Li Chen, Dehui Wan

Adv. Funct. Mater. 2023, 2301924 

國立清華大學 生物醫學工程所 萬德輝副教授

國立臺灣大學 材料科學與工程學系 陳學禮教授

熱是減少電器效率和壽命的重大殺手，然而電器的使用必伴隨著熱的產生，在光電元件上尤為明顯，因為在光轉電（如：太陽能板）和電轉光（如：智慧手機）的轉換過程當中會累積大量的廢熱。傳統的降溫策略常需要耗能或效率不佳，不利於永續發展且會降低手機電池使用時間和太陽能板的產電效率，因此如何在電子元件上進行零耗能熱管理成為一個重要的研究方向。在本研究中，我們從天然的蠶繭出發，純化其絲素蛋白再製成高透明的蠶絲輻射冷卻薄膜（Transparent silk radiative cooling film，TSRC薄膜）。透過環保的全水相製程調控其二級結構，進而改變太陽光區的光學性質，使其從白色外觀變為透明薄膜，而過程中並不會破壞絲素蛋白的一級結構。值得注意的是，絲素蛋白豐富的官能基團被完整保留下來，其分子振動模態可提供有效的紅外光熱放射，使材料累積的廢熱能穿過大氣層的高穿透波段（8-13 µm）輻射至外太空，在不影響光電元件工作的前提下進行零耗能降溫。最後，在戶外烈日照射下，針對智慧手機和太陽能板的驗證實驗中，我們分別觀察到5.1 °C和14 °C的有感降溫，充分展現此環境友善的TSRC薄膜在便攜式和可穿戴電子元件（例如：運動相機、GPS導航器和智慧手錶）具有極佳的戶外應用潛力。(Figure adapted from  Yu-Hsuan  et al., 2023)

Yu-Hsin Chang, Ching-Cheng Chang, Ling-Yu Chang, Min-Hsin Yeh   

Nano Energy 112 (2023) 108505 

國立臺灣科技大學 化學工程系 葉旻鑫 助理教授 

隨著現在人們對於生活品質提升以及自我健康管理的需求升高，對於預測臨床診斷與自我檢測/監測感測器等相關醫療保健需求度不斷增長。近年來，能以非侵入式檢測生理訊號的穿戴型生醫感測器引起了人們的關注，此種非侵入式穿戴感測裝置能夠透過長時間監測生理變化來有效的了解身體狀況並能夠進一步達到預防/即時治療的作用。在眾多生物流體中，由於汗液中含有葡萄糖、乳酸、尿素以及尿酸等豐富的生理訊息，皆可透過分析汗液實現類似血液分析的檢測效果，因此目前透過開發非侵入式穿戴感測裝置來分析汗液中的待測物一個非常具有潛力的研究方向。本研究設計一種兼具有高感測靈敏度的氮摻雜石墨烯量子點修飾聚苯胺複合感測電極應用於自供電摩擦電感測器，藉由靜電感應和接觸起電的共軛效應，將運動過程中收集的動能轉化為電能，並以非侵入的方式檢測人體汗液中葡萄糖濃度，為醫療檢測提供了全新的選擇。此研究中所選用聚苯胺做為主要材料，不僅可以固定葡萄糖氧化酶，還可藉摩擦起電/酶促反應的耦合作用作為感測的界面;將氮摻雜石墨烯量子點加入聚苯胺中可增益其表面帶電荷官能基團並進一步促進聚苯胺的內部電荷轉移，進而增強其摩擦起電的訊號輸出。本研究所提出的氮摻雜石墨烯量子點修飾聚苯胺感測電極應用於自供電摩擦起電感測器現了高靈敏度、優秀的重複利用性以及良好的選擇性，實現具有高靈敏度監測平台，未來亦可用此技術向其他目標待測物延伸，將非侵入式穿戴感測裝置的開發提供了另一個嶄新的方向。

Water Plays Multifunctional Roles in the Intervening Formation of Secondary Organic Aerosols in Ozonolysis of Limonene: A Valence Photoelectron Spectroscopy and Density Functional Theory Study  

Jhih-Hong Huang, Fuyi Zhang, Yan-Pin Shi, Jia-Rong Cai, Yu-Hsuan Chuang,

Wei-Ping Hu, Yin-Yu Lee, and Chia C. Wang

J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 15, 3765–3776 

國立中山大學 化學系 王家蓁副教授 

瀰漫在空氣中小於2.5微米的細懸浮微粒(PM2.5)中約有七到八成屬於衍生型。衍生型PM2.5的生成機制及影響因子向來是全球學界亟欲釐清的重大議題。揮發性有機物質(如單萜烯類)與大氣中氧化物(如臭氧)反應生成的次級有機氣膠是一類重要衍生型PM2.5來源。檸檬烯是環境中含量第三高的單萜烯類，除自然界本身釋放外，生活中也隨處可見檸檬烯的存在，例如含有檸檬或柑橘香味的家用清潔用品、芳香精油等。檸檬烯臭氧化更被認為是室內PM2.5最重要來源之一。國立中山大學氣膠科學研究中心主任王家蓁研究團隊結合氣膠光電子光譜、質譜及理論計算，探討檸檬烯與臭氧反應生成的衍生型PM2.5，並發現水在影響此類衍生型PM2.5的生成機制、熱力學特性、電子能級結構及產率上可扮演催化劑及反應物等多重角色而大幅提高PM2.5產率。此研究成果發表於物理化學通訊（J. Phys. Chem. Lett），並獲選為內頁封面。在此研究中所測試含水量最高的實驗條件下，衍生型PM2.5的光電子產率比起無水狀態可高達4.8倍。在含水情況下生成的PM2.5亦具有相當不同的化學組成。過去水僅被視做一種介質。目前大多數大氣化學模式模擬並未將水納入考慮，因此可能低估了許多水參與其中的反應最終生成PM2.5的產量，並增加了判斷氣膠影響氣候變遷時的不確定性。 

豔夏酷暑，熱烘烘的揮汗季節，這時候如果來一支冰淇淋，享受冰涼甜蜜的滋味，啊～頓時全身沁涼舒暢啊！冰淇淋的存在可能超過300年，起源已不可考，幾乎每個人都喜歡冰淇淋，而冰淇淋是一個很好的談論科學的工具。《冰淇淋的科學》這本書蘊含了冰淇淋的科學知識，概述了冰淇淋的歷史、製造過程的物理化學原理，分別描述了冰淇淋的成分和工業生產，詳細介紹了用於測量和評估冰淇淋的各種不同物理和感官技術，描述了它的微觀結構（例如冰晶、氣泡、脂肪和糖），以及這些物理特性和品嚐時所體驗到的口感之間的關係。最後，提供了一些與冰淇淋相關的實驗建議，以及在家中或學校實驗室製作冰淇淋的方法。 

 

 

放暑假了！要提醒學生們在假期中，除了放鬆愉快地度過，也要建立正確和安全的基本常識，才能避免許多因疏忽而造成的意外憾事，希望能減少交通事故、打工職場中受傷、溺水和海邊遭浪捲走等種種意外事件。另外最近社會上揭露了很多令人感到難過和心疼的事件，想要和每一個受傷的靈魂說：「這不是你的錯，你值得為自己站出來。」也願我們都能多關懷身邊的人、多給予溫暖的支持，讓尋求支援的人都能有所依靠，也讓平權的概念在各方面都能持續地推動和真正的落實。

 

我們歡迎所有的畢業生，都可以繼續透過化學圖書電子報，獲得化學新知和研究新發現。同時再次和大家宣傳，當您埋首研究時遇到無法開啟的電子期刊或是找不到的早期紙本文獻，別忘記「化學中心總圖書室」始終支持您，可以提供「零距離、免付費」的館際合作服務，化學領域的電子期刊、電子書，以及紙本文獻通通都有！提出申請，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)，請多加利用！！

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