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研究生:李清正
研究生(外文):Ching-Cheng Li
論文名稱:原子力顯微鏡探針與環境間作用之關係:MerP蛋白與Hg2+離子系統的觀測
論文名稱(外文):Cantilever Effect in Various Environments: Investigation of MerP-Hg2+ System
指導教授:何孟書
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:物理學系所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:原子力顯微鏡共振頻率MerP蛋白汞離子黏滯力
外文關鍵詞:AFMResonance frequencyMerPHg2+Force distance curve
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本研究是藉由原子力顯微鏡(AFM)研究MerP蛋白與Hg2+離子間的交互作用力,並探討影響影像的兩個因素:「觀測環境」與「樣品基板」。
主要的工作重點可分為三個部份,第一部份,我們將Si和Si3N4探針,置於三種不同的探針座,在大氣、DI water和五種生物常用溶液:PBS、TE buffer、DMEM+FBS、Home made及K3PO4溶液間進行振盪,觀測環境對於懸臂振盪的影響,並進一步藉由Q值的計算,量化環境對於AFM解析度的影響。另外使用JOEL的超高真空系統進行真空環境下懸臂振盪的研究。由掃頻量測結果可知,在不同環境中,懸臂的共振頻率與Q值會隨著環境中的阻尼增加而變小。其Q值大小為:真空>大氣>DI water>其他溶液。
第二部份,為了了解探針在掃描樣品時與樣品表面間的交互作用關係,我們使用三種探針(Si、Si+Au、Si+Au+Hg2+),四種基板 (mica、mica+Au、Si、Si+Au),以量測分子間作用力的方式,測量探針針尖和基板間的黏滯關係。發現三支探針與mica基板間的黏滯現象最小,即探針在掃描過程中受到mica基板的干擾最小,證明了mica是四種基板中最適合做為觀測平台的材質。
第三部份,我們利用原子力顯微鏡對汞離子結合MerP蛋白進行研究,首先我們將蛋白均勻的分散在雲母基板表面,並運用原子力顯微鏡在大氣與液態環境下觀測MerP蛋白奈米級的結構。接著利用原子力顯微鏡量測分子間作用力的功能對MerP蛋白和Hg2+離子間的引力作一個研究,發現MerP蛋白和Hg2+離子間有一個~219.03的交互作用力,推測這個引力來自於MerP蛋白半胱氨酸中硫醇基的部位與汞離子間的鍵結。
In this work, the cantilever effect in various environments and the interaction measurements between AFM modified tips and substrates are discussed with Atomic force microscope (AFM). The MerP-Hg2+ system on mica surface is then chosen for the proposed studies.

Ⅰ:Environment Effect
The resonance frequencies of cantilevers driven by different modes are measured in vacuum, atmosphere, and solutions respectively. The Q factors are estimated to understand the performance of AFM scanning images. The damping forces affecting the resonance frequency and Q factor are discussed.

Ⅱ:Substrate Effect
To study substrate effect with AFM, force-distance curves are taken with various tips and substrates. Si、Si+Au、Si+Au+Hg2+ tips are considered. Si、 Au/Si 、Mica and Au/Mica surfaces are selected for AFM observation. It is found that Mica surface is a suitable material for our studies.

Ⅲ:MerP-Hg2+ system investigation with AFM
The topography with nano-structue of MerP in atmosphere and liquid environments is investigated. The force distance curve is studied to understand the interaction between MerP protein and Hg2+ ion. The force is about 400nN. That interaction is proposed to correspond to the Binding between Hg2+ and thiol group of cysteine of MerP.
目錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅲ
目錄 Ⅴ
圖目錄 ⅤⅢ
表目錄 ⅩⅡ

第一章 序論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 2
1-3 各式生物溶液 4
1-4 各式基板 7
1-5 汞 7
1-6 MerP蛋白 9
1-7 論文導讀 10

第二章 儀器介紹與工作原理 11
2-1 原子力顯微鏡 11
2-1-1 成像原理 12
2-1-2 操作模式 16
2-1-3 探針 18
2-1-4 Q值(Quality factor) 23
2-1-5 機械應力量測-作用力-距離曲線(Force-Distance
curve)29
2-2 蛋白純化之管柱層析法(column chromatography) 33
2-2-1 離子交換法(ion exchange) 35
2-2-2 疏水性層析法(hydrophobic interaction
chromatography;HIC) 37
2-2-3 凝膠過濾法(gel filtration) 39
2-3 蛋白純化之膠體電泳法 41

第三章 「觀測環境」對AFM影像的影響 45
3-1 實驗目的 45
3-2 實驗設計 46
3-3 實驗結果與討論 47
3-3-1 「驅動振幅」對於懸臂振盪的影響 47
3-3-2 大氣用探針座(DEA holder) 50
3-3-3 scanner驅動的液態用探針座(SDL holder) 53
3-3-4 含激振壓電陶瓷的液態用探針座(DEL holder) 62
3-3-5 真空下的頻譜圖量測 69
3-4 小結 72

第四章 「樣品基板」對AFM影像的影響 74
4-1 實驗目的 74
4-2 實驗設計 74
4-3 實驗結果與討論 76

第五章 MerP蛋白觀測與Hg2+離子間的交互作用力量測 86
5-1 實驗目的 86
5-2 實驗設計 86
5-2-1 MerP蛋白的複製與純化 86
5-2-2 MerP表面形貌觀測 91
5-2-3 MerP-Hg2+系統交互作用力量測 91
5-3 實驗結果與討論 92
5-3-1 MerP表面形貌觀測 92
5-3-2 MerP蛋白與Hg2+引力量測 97

第六章 結論 100
第七章 參考資料 102
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