本論文的主要目標乃研究如何利用金奈米棒產生的光熱效應來治療可轉移性乳腺癌細胞(EMT-6)，並在固定位置對癌細胞的型態和細胞膜的可通透性做即時性的觀察並判斷細胞的存活狀態。配合人體在670 nm~880 nm近紅外光波段有最深的穿透性，我們用化學合成法製備金奈米棒並準確的控制其長短軸比例為3.92，使之長軸吸收峰值落在800 nm。為了增加生物相容性，進一步將金奈米棒的表面修飾成聚對苯乙烯磺酸鈉(PSS)聚合物。研究過程中以雙光子顯微影像做即時性的觀察，監控金奈米棒產生的光熱效應，如何對細胞內部造成局部爆破引起細胞壞死。詳細研究的結果，我們推測細胞內部的穿孔和細胞膜瞬間破裂是由於能量的注入，引發高溫使氣體膨脹所導致。本實驗又發現，殺死癌細胞的所需要的最低能量，主要取決於細胞內金奈米棒的多寡。為了使金奈米棒對治療的癌細胞有專一性，我們將進一步將金奈米棒包覆在微脂體中，針對 不同的癌細胞，控制微脂體表面的抗體以達到標靶治療的目標 。

The aim of this experiment is to investigate the therapeutical prospects of utilizing photo-thermal effects, mediated through gold nanorods (Au-NRs), in treating metastatic breast cancer (EMT-6). Moreover, cell viability was simultaneously determined through in situ real-time observations of cell morphology and cell membrane permeability. In Coordination with the 670 nm~880 nm near infra-red (NIR) penetration window of human tissue, Au-NR with aspect ratios of 3.92 were strictly synthesized through water based chemical methods. Such produced aspect ratio corresponds to a longitudinal NIR absorbance at around 800 nm. The Au-NRs surfaces were further modified and activated with PSS polymer to achieve biocompatibility. Two photon micro-imaging was adopted in the investigation to realize real-time observation of the target cells. The process of cell degradation induced by localized internal ruptures mediated through photo-thermal effects from Au-NRs was monitored. Our experimental results suggest that the internal perforation and sudden membrane rupture were caused by the energy inflow. Such inflow of energy brings about an increase in temperature, and the accompanied gas expansion induces cell death. Our experiment also reveals the fact that the cell death threshold energy is mainly determined by the amount of Au-NR within the cells. In order to achieve targeted cancer therapy, the Au-NRs were further covered with liposome; targeting is realized through modifying surface anti-bodies of the liposome to correspond to anti-gens on the tumor cells.

目錄
第一章 序論                                               1
      1.1 奈米科學介紹                                    1
      1.2 癌細胞介紹                                     16
      1.3 癌症治療的方法                                 22
      1.4 研究動機                                       28
第二章 實驗內容與方法                                    29
      2.1 實驗藥品                                       29
      2.2 實驗儀器                                       31
      2.3金奈米棒的合成及表面修飾                        32
      2.4 金奈米棒的量測                                 36
      2.5 細胞培養                                       41
      2.6 細胞毒性測試                                   42
      2.7 共軛焦顯微鏡介紹                               45
      2.8 雙光子掃描顯微鏡介紹                           47
      2.9 光熱治療實驗設計                               49
      2.10光熱治療實驗                                   52
第三章 實驗結果與分析                                    54
      3.1 金奈米棒尺寸分析                               54
      3.2金奈米棒表面修飾                                61
      3.3 金奈米棒細胞毒性測試                           64
      3.4 細胞攝入金奈米棒的觀察                         66
      3.5 癌細胞光熱治療                                 70
      3.6 光熱治療的結果與討論                           82
第四章 結論                                              85
參考文獻                                                 87
 
圖目錄       
圖1.1       不同尺寸下，表面積對體積比值的示意圖          2圖1.2.1     細胞內部結構圖                               16圖1.2.2     EMT-6細胞在倒立顯微鏡下的圖片                21圖1.2.3(a),(b)EMT-6細胞用電子顯微鏡所拍攝的圖片          21
圖 2.3.1    以CTAB為介面活性劑的晶種製成法示意圖         34
圖 2.3.2    金奈米棒表面置換成PSS的過程示意圖            35
圖2.4.1     奈米粒徑分析儀的原理示意圖                   39圖2.4.2     表面電位測定儀的專屬量測容器                 40圖2.6.1     MTT和轉變後的Formazan化學結構圖              42圖2.7.1 (a) 共軛焦顯微鏡的拍攝圖片                       46圖2.7.1 (b) 共軛焦顯微鏡內部光路圖                       46圖2.8.1     雙光子激發示意圖                             48圖2.9.1 (a) YO-PRO-1化學結構圖                           50圖2.9.1 (b) 螢光分子在DNA上的示意圖                      50
圖2.9.1 (c) PI(Propidium iodide)的化學結構圖             50
圖3.1.1(a)  金奈米棒的紫外光-可見光光譜圖(800nm)         56圖3.1.1(b)  金奈米棒的紫外光-可見光光譜圖(700nm)         56圖3.1.2(a)  金奈米棒的穿透式電子顯微鏡圖(700nm)          57圖3.1.2(b)  金奈米棒的穿透式電子顯微鏡圖(800nm)          57圖3.1.3(a)  金奈米棒(長軸吸收峰700nm)的長寬比統計圖      59圖3.1.3(b)  金奈米棒(長軸吸收峰800nm)的長寬比統計圖      59圖3.1.4     奈米粒徑分析儀分析PSS修飾後的金奈米棒 
            平均粒徑長                                   60
圖3.2.1     PSS修飾前與修飾後的紫外光-可見光光譜圖       61
圖3.2.2(a)  CTAB修飾的金奈米棒表面電位                   63
圖3.2.2(b)  PSS修飾的金奈米棒表面電位                    63
圖3.3.1     金奈米棒表面修飾後的細胞毒性分析             65
圖3.4.1     金奈米棒冷光訊號強度與雷射能量的關係圖       68
圖3.4.2     EMT-6細胞攝入PSS修飾後金奈米棒的雙光子影像   68
圖3.4.3     細胞膜染Alexa Fluor 350(藍色染劑)的雙光子影像69
圖3.4.4     奈米棒在EMT-6細胞內的穿透式電子顯微鏡影像    69
圖3.5.1(a)~(d)攝入金奈米棒的EMT-6細胞接受13 mJ/cm2
               能量照射後光熱治療程                      74
圖3.5.1(e)~(h)攝入金奈米棒的EMT-6細胞接受93 mJ/cm2能量   
            照射後產生光熱效應的雙光子影像過程           74
圖3.5.2     攝入金奈米棒的EMT-6細胞接受56mJ/cm2的能量
            照射後產生光熱效應的雙光子影像過程           75
圖3.5.3     攝入金奈米棒的EMT-6細胞接受28mJ/cm2的能量
            照射後產生光熱效應的雙光子影像過程           76
圖3.5.4(a)  EMT-6細胞接受56mJ/cm2的能量照射後， 
            細胞核內兩種螢光染劑發光強度與時間的關係圖   77圖3.5.4(b)  EMT-6細胞接受28mJ/cm2的能量照射後，
            細胞核內兩種螢光染劑發光強度與時間的關係圖   77
圖3.5.5(a)  未攝入金奈米棒的EMT-6細胞在接受93 mJ/cm2
            的能量照射後電子顯微鏡照片                   78
圖3.5.5(b)  攝入金奈米棒的EMT-6細胞在接受28 mJ/cm2
            的能量照射後電子顯微鏡照片                   78
圖3.5.5(c)  攝入金奈米棒的EMT-6細胞在接受93 mJ/cm2
            的能量照射後電子顯微鏡照片                   78
圖3.5.6     攝入金奈米棒的EMT-6細胞接受18 mJ/cm2的能量
            照射後產生光熱效應的雙光子影像過程           79
圖3.5.7     攝入大量金奈米棒的EMT-6細胞細胞接受18mJ/cm
            的能量後產生光熱效應的雙光子影像過程         80圖3.5.8     大量攝取金奈米棒的EMT-6接受18mJ/cm的能量後
            細胞核內螢光染劑發光強度與時間的關係圖       81

表目錄
表1.1奈米材料的物性與其相對應的用途                       5
表1.2依奈米材料的性能及其用途做分類                       5
表2.1  MTT assay 細胞毒性測試實驗                        44

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