本論文使用牛血清白蛋白（Bovine Serum Albumin，BSA）與酵素的反應做為系統，檢測的部分中我們將蛋白質直接修飾於金網網格上，酵素將網格邊的蛋白質水解後，直接量測到變化，這部分所使用的修飾方法都與胺基酸有關，也就代表可適用於所有蛋白質，利用循環伏安法（Cyclic Voltammetry，CV）和電化學阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS）實驗所得到氧化還原電流和界面電容的反應是依賴於10ng BSA與10mM酵素的影響，最後由掃描光電子顯微儀(Scanning Photoelectron Microscopy，SPEM)及原子力顯微儀(Atomic Force Microscope，AFM)得到表面化學結構和表面形貌的解析。

The biosensor system developed in the thesis is to focus the digested relationship between Bovine Serum Albumin(BSA) and Enzyme. The Au-grids mesh is bonded with BSA protein by Au-S bond, where the heterogeneous surface is bio-chemically sensitive in the enzyme molecule for the degradation and hydrolysis effect. It is of importance as counting on the common bio-chemical and physical property of various protein species. The electrochemical measurements Cyclic Voltammetry (CV) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) reflect the responses of redox current and interface property (capacitance and charge transfer), depending on the passive and resistive properties of BSA with a function of Enzyme species. Finally, the uses of Scanning Photoelectron Microscopy (SPEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) are devoted to visualize the chemical structure and surface morphology for further detail, which offer more reliable images in the biosensor.

第一章 緒論	1
1-1生物感測器	1
1-2 酵素	3
1-2-1 酵素簡介	3
1-2-2胰蛋白酶(trypsin)	4
1-2-3胰凝乳蛋白酶(a-Chymotrypsin)	4
1-2-4胃蛋白酶(Pepsin)	5
1-2-5 木瓜蛋白酶(Papain)	5
1-2-6 凝血酶(Thrombin)	5
1-3研究目的	6
第二章 實驗方法	7
2-1 BSA樣品製備	7
2-2循環伏安法	7
2-3電化學阻抗頻譜法	10
2-3-1電化學阻抗頻譜法(EIS)之量測原理	10
2-3-2等效電路阻抗簡介	15
2-4掃描式光電子能譜顯微儀	18
2-4-1光電效應	18
2-4-2掃描式光電子能譜顯微儀	19
第三章 結果與討論	20
3-1反應架構	20
3-2循環伏安圖譜分析	20
3-3交流阻抗分析	34
3-4表面化學結構分析	47
3-5表面形貌分析	52
第四章 結論	55
參考文獻	57

圖目錄
圖 1循環伏安法CV電位與時間關係圖	9
圖 2循環伏安法電流與電位關係圖	10
圖 3 電化學量測之輸入電壓、輸出電流與時間關係圖形	13
圖 4 電化學量測阻抗於複數平面的表示圖	13
圖 5 不同模擬EIS圖譜 (a)R1+CPE (b)R1+CPE+R2	14
圖 6電雙層電容表示圖	16
圖 7為光電效應之工作原理示意圖	18
圖 8為SPEM 之工作原理示意圖	19
圖 9半胱胺酸(cysteine)結構	20
圖 10 Au、BSA、Trypsin在混合溶液所測得的CV圖譜	22
圖 11不同掃描速率CV圖(a)Au (b)BSA (c)Trypsin(d) n vs. Scan rate (e) Current vs. (Scan rate)1/2	24
圖 12不同掃描速率CV圖(a)Au (b)BSA (c)Pepsin(d) n vs. Scan rate (e) Current vs. (Scan rate)1/2	25
圖 13不同掃描速率CV圖(a)Au (b)BSA (c)Pepsin (d) n vs. Scan rate (e) Current vs. (Scan rate)1/2	27
圖 14不同掃描速率CV圖(a)Au (b)BSA (c)a-Chymotrypsin(d) n vs. Scan rate (e) Current vs. (Scan rate)1/2	29
圖 15不同掃描速率CV圖	31
圖 16 與純金樣品電子轉移數目百分比	33
圖 17水的EIS圖譜 (a) -Zim vs.Zre (b) |Z| vs. Frequency	35
圖 18 Trypsin和a-Chymotrypsin的EIS圖譜 (a) -Zim vs. Zre (b) |Z| vs. Frequency (c) –Phase vs. Frequency	37
圖 19 Papain和Pepsin的EIS圖譜 (a) -Zim vs.Zre (b) |Z| vs. Frequency (c) –Phase vs. Frequency	39
圖 20 Thrombin和Trypsin+a-Chymotrypsin的EIS圖譜	41
圖 21重複浸泡BSA 的EIS圖譜 (a) -Zim vs.Zre (b) |Z| vs. Frequency (c) –Phase vs. Frequency	43
圖 22 (a)與純金樣品電子轉移阻抗百分比	46
圖 23 (a)(c)為掃C1s及Au 4f7/2影像(b)(d)為掃C1s及Au 4f XPS	48
圖 24 (a)(c)為掃C1s及Au 4f7/2影像(b)(d)為掃C1s及Au 4f XPS	48
圖 25 (a)(b)為掃Au 4f7/2及C1s影像(c)(d)為掃Au 4f7/2及C1s XPS	50
圖 26 Au 4f7/2影像作Line profile	51
圖 27 C1s影像作Line profile	52
圖 28為原子力顯微鏡的示意圖	53
圖 29原子力顯微鏡(AFM)影像	54
圖 30原子力顯微鏡(AFM)影像作Line profile表示圖	55


表目錄
表 1 根據Nernst equation換算出的數值	22
表 2氧化電流及還原電流斜率值	24
表 3 Pepsin氧化電流及還原電流斜率值	26
表 4 Papain氧化電流及還原電流斜率值	27
表 5 a-Chmotrypsin氧化電流及還原電流斜率值	29
表 6 Trypsin + a-Chymotrypsin氧化電流及還原電流斜率值	31
表 7 浸泡不同酵素 (a)water (b)Trypsin (c)a-Chymotrypsin	46

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