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研究生:羅淵仁
研究生(外文):Lo, Yen-ren
論文名稱:氣味生物感測器分子辨識材料之研究
論文名稱(外文):Research on the development of multi-array gas sensing device and its molecular recognition elements
指導教授:吳宗正吳宗正引用關係
指導教授(外文):Wu, Tzong-zeng
學位類別:碩士
校院名稱:國立東華大學
系所名稱:生物技術研究所
學門:生命科學學門
學類:生物學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:生物感測器嗅受體蛋白質分子模擬
外文關鍵詞:biosensorolfactory receptormolecular modeling
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摘要
本研究以犬嗅蛋白之一的olfd canfa之胺基酸序列,經結構預測模擬,得到其三級結構模型。以之對多種目標氣味分子進行嵌合模擬,做能量最小化計算,討論olfd canfa與各氣味分子之間可能的結合位。依模擬的結果選取適當的胜序列,使用胜合成法合成此一片段,使之成為生物感測器的感測材料。並配合壓電晶體傳感器,組成生物氣味感測器。期望經過這些努力,能得到有效的篩選氣味感測材料之方法。
根據研究的結果獲得了,B系胜片段、G系胜片段及T系胜片段等38種胜片段對各種氣味的吸附模式。區分出胜片段對胺類、酸類、醇類、酮類及酯類五大類氣味之吸附反應,並在胺類、酸類及醇類上獲得具有高於背景值的反應。經過與背景值的比較,挑選出具有歧異性的,針對特定一種、特定兩種或多種氣味的各種氣味吸附模式。提供未來在模組晶片組合測試時的多樣選擇。
Abstract
A tertiary structure model of dog''s olfactory receptor, originally named as olfd canfa, has been established in this study. To find out the most plausible binding sites between the receptor structure and target gas compounds. We used docking simulation to determine the binding pockets and further determined the suitable candidates of polypeptides by comparing their binding energy through energy minimization technique. According to the simulation results, we designed several polypeptide sequences corresponding to the binding domains for amines, organic acid and alcohols sensing. Preparing those polypeptides as recognized materials for gas sensing probes and running the gas sample test, the odor sensing pattern of each probe was map out. By comparing with background odor sensing pattern, we got several sensitive probes for amines, organic acids and alcohols sensing purpose. This study indicate that using peptide mimics of binding domain of olfactory receptor will provide a new orientation and novel strategy for the further development of recognized molecules for gas sensing.
目錄
誌謝--------------------------------------------------------------------i
中文摘要-------------------------------------------------------------ii
英文摘要------------------------------------------------------------iii
目錄-------------------------------------------------------------------iv
圖目錄-----------------------------------------------------------------x
表目錄----------------------------------------------------------------xii
一、 緒論-------------------------------------------------------------1
二、 研究背景------------------------------------------------------4
生物感測器-----------------------------------------------------4
生物感測器之沿革--------------------------------------------5
生物感測器之分類--------------------------------------------7
依分子辨識元件分類--------------------------------------7
依換能器分類----------------------------------------------9
壓電晶體材料特性與種類----------------------------------13
壓電性現象---------------------------------------------13
AT切角石英板-----------------------------------------14
壓電晶體微質量天平測定原理------------------------16
石英壓電晶體使用現況--------------------------------17
嗅受體蛋白質-----------------------------------------------19
嗅系統之結構-------------------------------------------19
氣味之辨識---------------------------------------------21
三、 實驗材料與方法------------------------------------------22
實驗材料與設備---------------------------------------------22
實驗設備--------------------------------------------------22
實驗材料--------------------------------------------------24
實驗方法-------------------------------------------------------30
嗅受體蛋白質三度空間模型之建立---------------------30
結合位序列之決定---------------------------------------31
能量最小化計算------------------------------------------32
胜合成及純化------------------------------------------33
探針之製備-----------------------------------------------35
氣體測試--------------------------------------------------36
胜序列之修飾-----------------------------------------37
四、 結果與討論-------------------------------------------------38
嗅受體模型之建構------------------------------------------38
嵌合模擬------------------------------------------------------44
決定胜序列-------------------------------------------------47
背景胜片段-------------------------------------------------50
氣味感測電極之製備----------------------------------------53
校正-------------------------------------------------------------58
氣味測試-------------------------------------------------------61
背景胜片段對氣味的吸附模式-------------------------63
對應特殊氣味的胜片段----------------------------------65
胜片段對異構分子的分辨能力-------------------------69
胜序列之修飾----------------------------------------------70
五、 結論------------------------------------------------------------74
六、 參考文獻-----------------------------------------------------76
附錄一:氣味分子在嗅蛋白穿膜螺旋結構
上的結合位 -------------------------------------1
穿膜螺旋I(helix I)上氣味分子的結合位----------1
穿膜螺旋II(helix II)上氣味分子的結合位--------2
穿膜螺旋III(helix III)上氣味分子的結合位------3
穿膜螺旋IV(helix IV)上氣味分子的結合位------4
穿膜螺旋V(helix V)上氣味分子的結合位--------5
穿膜螺旋VI(helix VI)上氣味分子的結合位------6
穿膜螺旋VII(helix VII)上氣味分子的結合位----7
附錄二:作為感測材料的胜片段對氣味
之吸附模式 -------------------------------------8
各胜片段對氣味分子吸附的平均模式---------8
胜片段B1對各氣味分子的吸附模式----------9
胜片段B2對各氣味分子的吸附模式----------10
胜片段B3對各氣味分子的吸附模式----------11
胜片段B4對各氣味分子的吸附模式----------12
胜片段B5對各氣味分子的吸附模式----------13
胜片段B6對各氣味分子的吸附模式----------14
胜片段B7對各氣味分子的吸附模式----------15
胜片段B8對各氣味分子的吸附模式----------16
胜片段B9對各氣味分子的吸附模式----------17
胜片段B10對各氣味分子的吸附模式---------18
胜片段B11對各氣味分子的吸附模式----------19
胜片段B12對各氣味分子的吸附模式----------20
胜片段B13對各氣味分子的吸附模式----------21
胜片段B14對各氣味分子的吸附模式----------22
胜片段B15對各氣味分子的吸附模式----------23
胜片段G101對各氣味分子的吸附模式--------24
胜片段G103對各氣味分子的吸附模式-------25
胜片段G201對各氣味分子的吸附模式-------26
胜片段G202對各氣味分子的吸附模式-------27
胜片段G203對各氣味分子的吸附模式--------28
胜片段G301對各氣味分子的吸附模式--------29
胜片段G304對各氣味分子的吸附模式-------30
胜片段G305對各氣味分子的吸附模式-------31
胜片段G306對各氣味分子的吸附模式-------32
胜片段RL17對各氣味分子的吸附模式-------33
胜片段RL48對各氣味分子的吸附模式-------34
胜片段TMApb2對各氣味分子的吸附模式---35
胜片段T2M1對各氣味分子的吸附模式-------36
胜片段T2M3對各氣味分子的吸附模式-------37
胜片段T2M4對各氣味分子的吸附模式-------38
胜片段TMApb22對各氣味分子的吸附模式--39
胜片段T22M1對各氣味分子的吸附模式------40
胜片段T22M2對各氣味分子的吸附模式------41
胜片段T22M3對各氣味分子的吸附模式------42
胜片段DH11對各氣味分子的吸附模式--------43
胜片段DH12對各氣味分子的吸附模式-------44
胜片段DH51對各氣味分子的吸附模式-------45
胜片段DH52對各氣味分子的吸附模式-------46
圖目錄
圖2.1生物感測器的組成與功能概圖---------------------------5
圖2.2使用鐵離子作為調解劑,調解GOD之反應的過程圖 - --------------------------10
圖2.3離子感應性場效半導體概圖---- -----------------------11
圖2.4石英晶體之軸系---------------------------------------------14
圖2.5各種切割版角石英晶體之溫度特性---------------------15
圖2.6典型之壓電晶體---------------------------------------------16
圖2.7 人類的嗅覺傳遞路徑---------------------------------------20
圖4.1a 嗅蛋白受體α螺旋部分之上視圖----------------------40
圖4.1b 嗅蛋白受體α螺旋部分之側視圖----------------------40
圖4.2a 小氣味分子依附在單一α-螺旋------------------------42
圖4.2b 大氣味分子和兩個以上的α-螺旋有交互作用------42
圖4.2c 氣味分子與兩α螺旋接觸之情形----------------------43
圖4.2d 氣味分子結合在通道外側-------------------------------43
圖4.3 以胜片段重建氣味分子結合位-----------------------47
圖4.4 同一個材料對三種氣味,在不同披覆量下的訊號值
-------------------------------54
圖4.5a 丙酮承載量改變對反應性的影響----------------------55
圖4.5b 乙醇承載量改變對反應性的影響----------------------56
圖4.5c 三甲基胺承載量改變對反應性的影響----------------56
圖4.6 溫度對反應的影響-----------------------------------------58
圖4.7 濕度對反應的影響-----------------------------------------59
圖4.8 B7對各氣味的感度衰退曲線-----------------------------60
圖4.9 B1的氣味吸附模式-----------------------------------------61
圖4.10 背景吸附模式----------------------------------------------63
圖4.11 對單一氣味反應性高之代表,B12胜片段的氣味吸附模式 ----------------------------------66
圖4.12 對兩種氣味反應性高之代表,B13的氣味吸附模式
----------------------------------67
圖4.13 同時對三類氣味有反應性的胜片段代表,T22M3的氣味吸附模式 ----------------------------------68
圖4.14 G103、G203分辨三種丁醇的能力---------------------69
圖4.15 TMApb22的氣味吸附模式--------------------------------70
圖4.16 TMApb22與TMA結合的模擬-----------------------------71
圖4.17 T22M2的氣味吸附模式-----------------------------------72
圖4.18 T22M2與TMA結合的模擬--------------------------------73
表目錄
表2.1 生物感測器生物分子辨認元件之組成份--------------7
表2.2 生物感測器訊號傳輸元件之換能器--------------------8
表4.1 olfd canfa的一級序列--------------------------------------38
表4.2 二級結構預測α螺旋位置之結果-----------------------39
表4.3 胜片段與TMA結合的能量---------------------------48
表4.4 B系胜片段、G系胜片段與嗅受體olfd canfa之相對位置 -----------------------------------51
表4.5 胜片段與金電極表面的吸附--------------------------53
表4.6 溫度變化對晶體震盪頻率的影響-----------------------58
表4.7 濕度變化對晶體震盪頻率的影響-----------------------59
表4.8 TMApb22、T22M2的序列及嵌合能量-----------------71
六、參考文獻
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