臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究雙團聯共聚高分子Poly(styrene-b-N-methyl 4-vinyl pyridinium iodide (PS-P4VPQ)，在空氣與水的界面形成的單層膜及混合了磷脂分子的單層膜吸附水溶液中去氧核醣核酸分子(DNA) 的作用。PS-P4VPQ為兼具雙極性之高分子，即一端疏水基高分子PS銜接另一端離子性親水基高分子P4VPQ的聚合物。我們使用蘭慕爾-布羅吉(Langmuir-Blodgett) 方法研究PS-P4VPQ在液面形成單層分子 薄膜的特性，並用X-光反射法與原子力顯微鏡研究PS-P4VPQ/DNA分子膜的結構，以及加入一價及二價電解質對PS-P4VPQ，PS-P4VPQ/DNA分子膜的影響。加入幾十mM的一價鈉離子及兩價鈣離子至水溶液中，都可以降低梳狀離子性親水基的斥力，使分子膜壓得較緊密，分子膜變得較厚。接著探討PS-P4VPQ吸附DNA的作用，研究發現梳狀的帶正電親水基可以吸附大致一層緻密DNA，加入二價鈣離子則可以增加DNA的吸附量，吸附DNA的厚度會隨離子濃度增加而增厚。為了解降低梳狀離子性親水基在液面的密度對DNA吸附的影響，我們加入DPPC以分散PS-P4VPQ，研究發現PS-P4VPQ會形成網狀結構，將DPPC區塊圍住，和純PS-P4VPQ相比，混合的單層膜對DNA仍有大致相同的吸附量，顯示此類特殊表面結構的混合單層膜亦可以達到相同的DNA吸附效果。

目 錄
摘要.......................................................................................................... I
致謝 ....................................................................................................... II
目錄 ....................................................................................................... III
第一章 簡介 ……………………………………………………………2
第二章 文獻回顧 ………………………………………………………5
2.1 高分子(polymer) 簡介與鹽類效應 ………………………………5
2.2 DNA簡介與其鹽類效應(condensation) …..………………………10
第三章 實驗材料、原理與儀器介紹 …………………………………20
3.1 實驗材料介紹 ………………………………….…………………20
3.2 Langmuir-Blodgett film………………………………….………..21
3.2.1 Langmuir-Blodgett film原理介紹 ………….…..………21
3.2.2 Langmuir-Blodgett film實驗儀器介紹……….…..………24
3.2.3 Langmuir-Blodgett film 實驗流程介紹 …………………27
3.3 X-ray Reflectivity (XRR) ………………………………..…………29
3.3.1 X-ray Reflectivity (XRR)原理………………………………29
3.3.2 X-ray Reflectivity (XRR)實驗儀器介紹……………………31
3.3.3 X-ray Reflectivity (XRR)實驗流程介紹……………………31
3.4 Atomic Force Microscopy (AFM) ………………….………………32
3.4.1半接觸式(semi-contact mode or tapping mode) ……………33

第四章 實驗結果與模擬討論…………………………………………36
4.1 DNA對原系統PS-P4VPQ/D-I water的影響…………….…….…36
4.1.1 PS-P4VPQ/D-I water系統………………………….………36
4.1.2 PS-P4VPQ/DNA系統 …………………………………..…39
4.1.3 PS-P4VPQ的存在對DNA吸附於矽基板初步的影響…40
4.2 液面壓力造成PS-P4VPQ/DW與PS-P4VPQ/DNA系統的影響…40
4.3.1 PS-P4VPQ/DW + NaCl系統……………..…………………44
4.3.2 PS-P4VPQ/DNA + NaCl 系統……….…..…………………44
4.3.3 cp/DW + CaCl2 系統………………….……………………45
4.3.4 cp/DNA + CaCl2 系統……………...………………….……45
4.4 以DPPC分子作為分散PS-P4VPQ分子之系統探討……………48
4.4.1 PS-P4VPQ與DPPC混合於純水系統之CaCl2鹽類效應…50
4.4.2 PS-P4VPQ與DPPC混合於DNA系統之CaCl2鹽類效應.52
第五章 結論……………………………………………………………86
參考資料………..………………………………………………………88
附錄……………..………………………………………………………90

圖 目 錄
圖2-1. Counterions 對block copolymer親水端型態影響的示意圖.....14
圖2-2.以布魯斯特角顯微鏡(BAM)研究對於DODAB–DSPC吸附DNA觀察。........................................................................................ 15
圖2-3.lipid(小圓)對DNA(大圓)之位能示意圖..................................16
圖2-4.系統為PS(305)-PtBA(x)之Isotherm............................................16
圖2-5. PS(305)-PtBA(x)之TEM圖.........................................................17
圖2-6.DNA 結構圖.................................. .................................. ..........18
圖2-7.polyamine參雜對DNA溶解度的變化........................................18
圖2-8. Mg2+(◇)與Ca2+(○)參雜對DNA溶解度的變化.....................18
圖2-9.圖為AL(antion-lipid)-DNA 錯合物的自組裝結構受二價陽離子的影響示意圖.................................. .................................. ....................18
圖3-1 分子單層膜典型的等溫曲線圖.................................. ...............34
圖3-2. 濾紙於水中示意圖.................................. ..................................34
圖3-3. 濾紙於微量天平裝置圖.......................... ..................................35
圖3-4 Langmuir-Blodgett儀器全貌.................................. .....................35
圖4-1. 乾淨矽基板X-ray reflectivity圖 .................................. ...........53
圖4-2.(a) PS-P4VPQ/DW壓力-面積等溫曲線圖Isotherm....................53
圖4-3. PS-P4VPQ/DW與PS-P4VPQ/DNAXRR圖...............................53
圖4-4. PS-P4VPQ/DW與PS-P4VPQ/DNA之SLD profile..................53
圖4-5. PS-P4VPQ/DW BAM影像.................................. .......................55
分別在a,b,c and d不同液面壓力作截圖.................................. .............55
圖4-6. 系統分別為PS-P4VPQ/DNA、PS-P4VPQ/DW與純DNA系統(無PS-P4VPQ)之X-ray反射率............................ ..................................55
圖4-7. PS-P4VPQ/DW 固定液面壓力分別為5, 10, 15, 20, 30 mN/m下之壓力-面積等溫曲線圖Isotherm與XRR圖........................ .............. 55
圖4-8. PS-P4VPQ/DNA 固定液面壓力分別為5, 10, 15, 20, 30 mN/m下之壓力-面積等溫曲線圖Isotherm與XRR圖..................................56
圖4-9. 左排為PS-P4VPQ/DW系統，右排為PS-P4VPQ/DNA系統之AFM高度圖像，由上而下液面壓力依序分別為5, 15,20 and 30 mN/m。.................................. .................................. ................................57
圖4-10. PS-P4VPQ/DW+NaCl壓力-面積等溫曲線圖Isotherm...........57
圖4-11. PS-P4VPQ/DW+NaC擷取濃度對面積做圖.............................57
圖4-12. PS-P4VPQ/DW+NaCl XRR圖.................................. ...............57
圖4-13. PS-P4VPQ/DW+NaCl SLD profile.................................. ......57
圖4-14. PS-P4VPQ/DNA+NaCl壓力-面積等溫曲線圖Isotherm........ 58
圖4-15. PS-P4VPQ/DNA+NaC擷取濃度對面積做圖 ........................ 58
圖4-16. PS-P4VPQ/DNA+NaCl XRR圖.................................. ............59
圖4-17. PS-P4VPQ/DNA+NaCl SLD profile..........................................59
圖4-18. PS-P4VPQ/DW+CaCl2壓力-面積等溫曲線圖Isotherm..........60
圖4-19. PS-P4VPQ/DW+CaCl2擷取濃度對面積做圖..........................60
圖4-20. PS-P4VPQ/DW+CaCl2 XRR圖.................................. ............ 61
圖4-21. PS-P4VPQ/DW+CaCl2 SLD profile.................................. .......61
圖4-22. PS-P4VPQ/DW與PS-P4VPQ/DNA與純DNA 水溶液+CaCl2 XRR圖............................. ....... .................................. ....... ....................62
圖4-23. PS-P4VPQ/DNA+CaCl2壓力-面積等溫曲線圖Isotherm........63
圖4-24. PS-P4VPQ/DNA+CaCl2擷取濃度對面積做圖........................63
圖4-25. PS-P4VPQ/DNA+CaCl2 XRR圖.................................. ............64
圖4-26. PS-P4VPQ/DNA+CaCl2 SLD profile.................................. ......64
圖4-27.(A) PS-P4VPQ/DNA系統，薄膜厚度與SLD對CaCl2變化圖 .................................. ....... .................................. ....... .................... 65
圖4-28.(B) DC-Chol/DNA系統，親水基P4VPQ層厚度與SLD對CaCl2變化圖 .................................. ....... .................................. ....... ............. 65
圖4-29. 純PS-P4VPQ/DW系統PS-P4VPQ與DPPC混合模型示意圖.................................. ....... .................................. ....... ...................... 66
圖4-30.純水系統下各種不同比例之PS-P4VPQ與DPPC混合XRR圖.................................. ....... .................................. ....... ....................... 67
圖4-31. DNA系統下各種不同比例之PS-P4VPQ與DPPC混合XRR圖 .................................. ....... .................................. ....... .................... 67
圖4-32.純水系統下各種不同比例之PS-P4VPQ(1)與DPPC(X)混合excess area圖.................................. ....... .................... .................................. .......... 68
圖4-33.DNA系統下各種不同比例之PS-P4VPQ(1)與DPPC(X)混合excess area圖.................................. ....... .................... ....... ....................68
圖4-34. 純水系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:20，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之isotherm圖....... ..........................69
圖4-35. 純水系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:40，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之isotherm圖....... ..........................69
圖4-36. 純水系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:20，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之XRR圖....... ..............................70
圖4-37. 純水系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:20，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之SLD profile....... .........................70
圖4-38. 純水系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:40，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之XRR圖....... .............................70
圖4-39. 純水系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:40，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之SLD profile....... .........................70
圖4-40. PS-P4VPQ與DPPC混合，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之AFM圖 ....... .................... ....... .................... ....... .................... ...... 70
圖4-41 DNA系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:20，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之XRR圖....... .................... ....... .. 70
圖4-42 DNA系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:20，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之SLD profile....... .........................70
圖4-43 DNA系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:40，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之XRR圖....... ................................71
圖4-44 DNA系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:40，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之SLD profile....... ........................71
圖4-45. DNA系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:20，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之isotherm圖....... .........................72
圖4-46. DNA系統下之PS-P4VPQ與DPPC混合，分子數比為1:40，依序增加CaCl2濃度0, 20, 60 mM之isotherm圖....... ..........................72
圖4-47 PS-P4VPQ與DPPC三種分子數比混合於DNA系統下加20 mM CaCl2之SLD profile....... .................... ....... .................... ....... .......73
圖4-48 PS-P4VPQ與DPPC三種分子數比混合於DNA系統下加60 mM CaCl2之SLD profile....... .................... ....... .................... ....... .......73
表 目 錄
表4-3. PS-P4VPQ/DW + NaCl模擬參數....... .................... ....... ... ....74
表4-4. PS-P4VPQ/DW + CaCl2模擬參數....... .................... ....... ........75
表4-5. PS-P4VPQ/DNA+ NaCl模擬參數....... .................... ....... .........76
表4-6. PS-P4VPQ/DNA+ CaCl2模擬參數....... .................... ....... ........77
表4-7. PS-P4VPQ+DPPC/DW + CaCl2模擬參數 ....... .................... ...78
表4-8. PS-P4VPQ+DPPC/DNA + CaCl2模擬參數....... .................... ...79

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