人類絨毛膜性腺激素是一般大家所熟知的懷孕測試指標，但在近幾年的研究中發現，人類絨毛膜性腺激素同時也是子宮外孕流產的判斷指標、部分癌症的腫瘤標記及具有唐氏症篩檢與臨床上藥物使用的用途。由於原子力顯微術具有高度的空間解析力及力學敏感度，可在氣態、液態及真空環境下進行量測，作為奈米微結構的檢測工具。在本研究中使用原子力顯微術量測人類絨毛膜性腺激素與其抗體在不同酸鹼度下的動態反應，並針對蛋白-蛋白之間的作用力進行分析與探討酸鹼度的影響。
  實驗方法是固定人類絨毛膜性腺激素於玻璃基材上，同時將其抗體固定至原子力顯微鏡的探針上，選擇pH 2.2、pH 4.2、pH 6.2、pH 7.2、pH 8.2及pH 10.2六種緩衝溶液來測量其抗體-抗原間的解離力。發現在酸性條件（pH 2.2）中，得到的解離力較小，其值為252.4 ± 29.4(pN)；在鹼性條件中(pH 10.2)，得到的解離力也較小，其值為263.8 ± 41.3(pN)，而在中性條件下(pH 6.2)，可以得到最大解離力，其值為503.8 ± 77.6(pN)。

Human chorionic gonadotropin (hCG) is a well-known index of the pregnancy test.  There are some studies also indicated that the hCG exhibits many functions such as the diagnosis of ectopic pregnancy miscarriages, tumor markers of some cancers, Down’s syndrome screens and clinical medications.  Atomic force microscopy (AFM) possess the high spatial resolution and immense force sensitivity, it is regarded as a powerful instrument to investigate the nanostructures of samples in air, liquid or vacuum environment.  In this study, dynamic responses of hCG with anti-hCG under different pH environments were studied by AFM, and the unbinding forces were also be discussed.
     The hCG and anti-hCG were immobilized on the glass surface and the AFM tips, respectively.  The unbinding forces have measured by AFM under different buffer solutions (pH 2.2, pH 4.2, pH 6.2, pH 7.2, pH 8.2 and pH 10.2).  Within the acidic range, the mean value of the unbinding force between the hCG and anti-hCG complex showed a rapidly increase from pH 2.2 to 6.2.  A maximum value of 503.8 ± 77.6 (pN) was measured at neutral environment, followed by a sharp decreasing with rising pH values (pH 6.2 ~ 10.2).

中文摘要 I
英文摘要 III
目錄 V
附圖目錄 VIII
附表目錄 XI

第一章 序論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 3
1-3 原子力顯微術 6
1-2-1 原子力顯微鏡基本架構 10
1-2-2 原子力顯微鏡操作原理及呈像原理 14
1-2-2-1 原子力顯微鏡操作原理 14
1-2-2-2 原子力顯微鏡呈像原理 15
1-2-3 原子力顯微鏡操作模式 17
1-2-4 力-距離曲線 22
1-2-5 原子力顯微鏡應用上之優點 25
1-4 人類絨毛膜性腺激素 26
1-4-1 人類絨毛膜性腺激素基本構造 27
1-4-2 人類絨毛膜性腺激素臨床功能 29
第二章 實驗材料與方法 36
2-1 實驗材料 36
2-1-1 儀器 36
2-1-2 藥品 38
2-2 藥品製備 40
2-2-1 藥品配置 40
2-2-2 緩充液配置 41
2-3 實驗方法 43
2-3-1 實驗流程圖 43
2-3-1-1 hCG 表面結構研究 43
2-3-1-2 hCG與anti-hCG解離力探討 44
2-3-2 懸臂樑彈性係數與比例常數校正 45
2-3-2-1 懸臂樑選擇及彈性係數校正 46
2-3-2-2 比例常數校正 48
2-3-3 探針與玻璃基材表面修飾 50
2-3-4 生物樣品固定化 52
2-3-5 作用力的量測 53
第三章 實驗結果與討論 55
3-1 人類絨毛膜促性腺激素表面結構探討 55
3-1-1 hCG 影像掃描 55
3-1-2 hCG表面結構分析 57
3-2 人類絨毛膜性腺激素與其抗體在不同pH值環境下解離力 60
3-2-1 解離力(Unbinding force)判斷 60
3-2-1-1 無解離片段(No unbinding event) 61
3-2-1-2 非特異性解離片段(Non-specific unbinding event) 63
3-2-1-3 特異性解離片段(Specific unbinding event) 66
3-2-2 特異性解離力(Unbinding force)曲線選擇 67
3-2-3 不同pH值下量測hCG與anti-hCG 的解離力 71
3-2-4 結果討論 79
第四章 結論與未來展望 81
4-1 結論 81
4-2 未來展望 82
參考文獻 83

附圖目錄
圖1 原子力顯微鏡基本架構示意圖 11
圖2 懸吊式基本架構圖 12
圖3 底置式基本架構圖 13
圖4 原子間距離-相對位能關係圖 16
圖5 接觸式示意圖 18
圖6 非接觸式示意圖 20
圖7 輕敲式示意圖 21
圖8 力-距離曲線圖 22
圖9 人類絨毛膜性腺激素結構圖 27
圖10 SPA 300HV 原子力顯微鏡 36
圖11 20μm × 20μm壓電掃描頭 37
圖12 hCG表面結構研究流程圖 43
圖13 hCG與anti-hCG解離力研究流程圖 44
圖14 矩形懸臂樑尺寸關係圖 47
圖15 三角形懸臂樑尺寸關係圖 47
圖16 比例常數校正示意圖 49
圖17 探針與玻璃基材表面修飾步驟圖 51
圖18 探針與玻璃基材表面修飾示意圖 51
圖19 生物樣品固定化步驟圖 52
圖20 生物樣品固定化示意圖 52
圖21 AFM液態量測示意圖 53
圖22 液態模式使用的tip holder(正面照) 54
圖23 液態模式使用的tip holder(背面照) 54
圖24 hCG影像圖 55
圖25 hCG 3D影像圖 56
圖26 hCG 高度分析圖 57
圖27 hCG 長度分析圖 58
圖28 hCG 寬度分析圖 59
圖29 (a) AFM tip vs. glass 示意圖
     (b) AFM tip vs. glass 解離力曲線圖 61
圖30 (a) anti-hCG vs. hCG-occupied anti-hCG示意圖
     (b) anti-hCG vs. hCG-occupied anti-hCG解離力曲線圖 62
圖31 (a) 非特異性鍵結示意圖(AFM tip vs. modification of  
         glass)                                       
     (b) 非特異解離力曲線圖(AFM tip vs. modification of 
         glass) 63
圖32 (a) 非特異性鍵結示意圖(Anti-hCG vs. modification of  
         glass)
     (b) 非特異解離力曲線圖(Anti-hCG vs. modification of 
         glass) 64
圖33 (a) hCG vs. anti-hCG示意圖
     (b) hCG vs. anti-hCG解離力曲線圖 66
圖34 (a) one antibody vs. one antigen鍵結示意圖
     (b) mono-unbinding event解離力曲線圖 68
圖35 (a) two antibodies vs. two antigens鍵結示意圖
     (b) di-unbinding events解離力曲線圖 69
圖36 (a) three antibodies vs. three antigens鍵結示意圖
     (b) three antibodies vs. four antigens鍵結示意圖
     (c) multi-unbinding events解離力曲線圖 70
圖37 pH 2.2環境下次數-解離力分佈圖 72
圖38 pH 4.2環境下次數-解離力分佈圖 73
圖39 pH 6.2環境下次數-解離力分佈圖 74
圖40 pH 7.2環境下次數-解離力分佈圖 75
圖41 pH 8.2環境下次數-解離力分佈圖 76
圖42 pH 10.2環境下次數-解離力分佈圖 77
圖43 不同pH 環境下hCG與anti-hCG 解離力 79
圖44 不同pH環境下解離力-次數分佈圖 80

附表目錄
表 1 文獻回顧表 4
表 2 五種主要顯微鏡量測功能比較表 9
表 3 懷孕期間hCG濃度判定值 31
表 4 hCG 表面結構分析 59
表 5 不同pH 環境下hCG與anti-hCG 解離力 78

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