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研究生:施美惠
研究生(外文):Shih Mei-Hui
論文名稱:開發Microdialysis-Desalter-ICP-MS連線分析系統進行活體動物肝臟中量子點穩定性及鎘元素拮抗作用之分析研究
論文名稱(外文):Development of Microdialysis-Desalter-ICP-MS system for in-vivo study of the stability of QDs and the antagonistic effect of cadmium in the liver of anesthetized rat
指導教授:孫毓璋
指導教授(外文):Sun Yuh-Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:生醫工程與環境科學系
學門:工程學門
學類:生醫工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:感應耦合電漿質譜儀量子點拮抗作用
外文關鍵詞:ICP-MSquantum dotantagonistic effectcadmium
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鎘為重金屬元素的一種,由於多年來工業界廣泛地將鎘使用在製造不同的產品上,因此也導致了不少環境污染事件的發生,科學家也開始對鎘的健康效應問題展開廣泛的研究。由於鎘對於人體內各重要的組織器官均具有顯著的不良影響,因此,探討各類新型含鎘材料所衍生出的生物毒性及毒理機制,並設法解決其對人體健康所造成的威脅,儼然已成為一極為重要的課題。然而,科學家在探討鎘及其化何物的生物毒性及毒理機制時,常受限於欠缺適當的分析技術,因此鮮少有文獻報導活體動物體內微量鎘元素的動態變化資訊,而影響了分析數據的原樣性與適用性。
量子點為一含有鎘的奈米級半導體材料,由於它具有寬的激發光譜、窄的發射光譜、高的量子產率及較高的生物親和性,所以被科學家認為是一種理想的螢光探針,並廣泛地利用其在動物體內特定器官中可發射出高強度螢光的特性,來取得各式的分子影像資訊。然而,由於缺乏適合用來進行活體動物體內特定器官中微量元素動態變化的分析方法,目前文獻中有關於含鎘量子點在活體動物中溶解行為的報導仍相當有限,為發展一套能連續監測含鎘量子點於活體動物體內釋放出鎘離子,與進一步掌握活體動物肝臟中鎘和硒二元素間拮抗作用的分析方法,本研究乃嘗試將微透析取樣技術(Microdialysis)搭配選擇性薄膜電透析分離裝置(Desalter),開發出一套可進行活體(in-vivo)、原位(in-situ),以及可擴散性(diffusible)之游離態元素物種之動態監測的Microdialysis-Desalter-ICP-MS連線分析系統。
本研究在完成各項實驗參數的最適化探討後,即根據實驗所得之最適化條件,進行連線系統的分析效能測試。實驗結果顯示,在樣品體積為5 μl的條件下,本研究所欲偵測的硒及鎘元素之偵測極限均可控制在1 μg/L以下,且樣品溶液中鈉離子基質的去除效率亦可達99.9 %以上。此外,在長時間的監測過程中,實驗所得數據的相對標準偏差也可維持在5 %以內。為進一步確認連線系統應用於活體動物體內硒及鎘元素之動態監測的可行性,本研究曾將微透析探針佈植到麻醉大白鼠的肝臟中,並以探針注射的方式分別在老鼠肝臟中施打CdTe QDs,Na2SeO4及CdCl2溶液,根據實驗所得之結果顯示,本研究所建立之連線分析系統確實可成功地於大白鼠肝臟中測得硒及鎘元素連續動態變化趨勢之資訊。
Abstract
As an important industrial metal, cadmium is widely used in industrial and household products. Since the environment continues to be contaminated with it, the health considerations caused by cadmium has attracted more and more attention. Owing to cadmium can cause severe damage to a variety of organs in human, investigations about the biological toxicity and toxicological mechanisms of novel cadmium-containing materials is growing important. Up to now, there is still lack of adequate analytical technique can provide dynamic information of cadmium in living animals. Accordingly, the integrity and applicability of those analytical results are invariably compromised.
Quantum dots (QDs) are cadmium-containing semiconductor materials on the nanometer scale. The unique properties of QDs, such as broad UV excitation, narrow emission, high quantum yield, and high bioavailability, make them appealing as in vivo and in vitro fluorophores for biomedical imaging. However, the lack of toxicology-based studies renders the discrepancies in the current literature regarding the toxicity of QDs. In order to in-vivo assess the stability of cadmium-containing QDs and evaluate the antagonistic effect between cadmium and selenium in the liver of an anesthetized rat, an in-vivo and in-situ dynamic analytical platform named Microdialysis-Desalter-ICP-MS was aimed to be developed in this study.
Owing to the extremely high salt content and the low concentration of analyte elements, direct determination of trace elements in the microdialysate is considered to be impossible for current instrumentation techniques. For purpose of overcoming the severe matrix effect resulted from the extremely high salt content in the microdialysate samples, an on-line carbohydrate membrane desalting device was used to remove the salt matrix prior to the ICP-MS detection. It has been demonstrated that under the optimized conditions, the detection limit obtained with the proposed method can be controlled to below 1 μg/L, and more than 99.9% of sodium ion can be removed. Besides that, the long term stability of this analytical system can be controlled within 5%. Based on the animal experiment, the feasibility of the developed method for continuously monitoring the dynamic variation in the concentrations of diffusible cadmium and selenium in the liver of anesthetized rat has also been confirmed after injecting cadmium-containing QDs, Na2SeO4及CdCl2 solutions.
目錄
中文摘要……………………………………………………………… Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………… Ⅲ
誌謝…………………………………………………………………… Ⅴ目錄…………………………………………………………………… Ⅶ
圖目錄………………………………………………………………… Ⅹ
表目錄…………………………………………………………………ⅩⅡ

第一章 前言……………………………………………………… 1
1.1 活體動物體內微量元素動態分析的意義與重要性………… 1
1.2 微量元素之間的拮抗作用…………………………………… 7
1.3 量子點的細胞毒性與硒及鎘元素間的拮抗作用…………… 10
1.4 生物樣品中硒及鎘分析技術的發展現況…………………… 19
1.5 研究目的及方法……………………………………………… 24
第二章 儀器分析及原理………………………………………… 26
2.1 微透析取樣法(Microdialysis)…………………………… 26
2.2 選擇性薄膜電透析分離裝置………………………………… 30
2.3 感應耦合電漿質譜儀(ICP-MS)…………………………… 36
第三章 實驗部份………………………………………………… 50
3.1 Microdialysis-Desalter-ICP-MS連線分析系統…………… 50
3.1.1 儀器裝置……………………………………………… 50
3.1.2 實驗環境及用水……………………………………… 52
3.1.3 實驗試劑……………………………………………… 52
3.1.4 容器清洗……………………………………………… 53
3.1.5 活體動物基本資料及來源…………………………… 53
3.2 微透析取樣裝置(Microdialysis)的活化、使用及保存… 54
3.3 Desalter操作參數最適化探討……………………………… 54
3.3.1 Desalter系統的使用、活化及保存……………………55
3.3.2 實驗流程……………………………………………… 56
3.4 Microdialysis-Desalter-ICP-MS連線分析系統的建立………56
3.5 Microdialysis-Desalter-ICP-MS連線分析系統應用於活體動
物中硒及鎘動態分析的研究………………………………… 58
第四章 結果與討論………………………………………………… 60
4.1 Microdialysis-Desalter-ICP-MS連線分析系統的建立………60
4.1.1 Desalter操作參數最佳化探討………………………… 61
4.1.1.1 選擇性薄膜電透析分離裝置電流最佳化探討.. 61
4.1.1.2 樣品流速最佳化探討………………………… 62
4.1.1.3 外層交換液濃度最佳化探討………………… 64
4.1.1.4 外層交換液流速最佳化探討………………… 65
4.1.1.5 選擇性螯合試劑EDTA濃度最佳化探討…… 67
4.2 Microdialysis-Desalter-ICP-MS連線分析系統之分析效能…70
4.3 利用Microdialysis-Desalter-ICP-MS連線分析系統進行活體
動物肝臟中CdTe量子點溶解行為與硒/鎘元素間拮抗作用
的可行性探討……………………………………………… 75
第五章 結論………………………………………………………… 80
第六章 參考文獻…………………………………………………… 82
附錄一..……………………………………………………………… 87
第六章 參考文獻

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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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