在此篇研究中，我們使用原子力顯微術(AFM)去研究腸病毒71型的表面型態與奈米結構，高解析度的影像可直接針對臨床檢體及培養之病毒進行觀察與定量量測。此外，本論文也利用原子力顯微術來測量抗體探針與固定化在基質上的病毒之間解離力，藉由腸病毒71型抗體抗原專一性的力-距離曲線圖形，可觀察到單一、雙重、多重性的解離事件，可能因單一或連續多重的交互作用力被打斷所造成的影響。以拉離速度166.7 nm/s的量測條件下，腸病毒患者與正常人樣本的解離力分別為300.5±92.24 和 25.24±7.76 pN。研究結果呈現出以AFM作為力學感測器，可快速及靈敏的鑑別腸病毒患者與正常人之檢體。因此，在未來的臨床診斷上，可應用原子力顯微術可做為臨床之生物感測器。

In this study, the morphology and nanostructure of enterovirus type-71 were studied by atomic force microscopy (AFM). The enterovirus type-71 virus from cell culture and clinical sample were directly visualized and quantitative measurements. Moreover, AFM was used to measure the unbinding force between antibody probe and virus coated on the substrate surface. Force-distance curves of a specific enterovirus type-71/anti-enterovirus type-71 interaction system with mono-, di-, and multi-unbinding events were recorded, which may be attributed to a single, sequential or multiple breaking of interacting bond(s) between enterovirus type-71–anti-enterovirus type-71. For each unbinding force measurement at a pulling velocity of 166.7 nm/s, the mean value of the clinical sample (EV122) and normal sample (C1-2,M-11-T ) are 300.5±92.24 and 25.24±7.76 pN respectively. 
This result demonstrated that the enterovirus type-71 in clinical sample could be measured and discriminated form normal sample by a force–based AFM biosensor. The use of AFM can be a rapid and sensitive method in the development of a clinical cantilever-based mechanical biosensor.

目 錄
第一章緒論	- 1 -
1-1前言	- 1 -
1-2腸病毒71型簡史	- 2 -
1-2-1腸病毒71型構造及病毒學	- 5 -
1-2-2臨床診斷及致病機轉	- 8 -
1-3原子力顯微技術	- 18 -
1-3-1原子力顯微鏡基本架構	- 24 -
1-3-2呈像原理及量測模式	- 27 -
1-3-3力-距離曲線	- 37 -
1-4 固定化技術	- 40 -
第二章 實驗材料與方法	- 42 -
2-1-1儀器	- 42 -
2-1-2藥品	- 44 -
2-2藥品製備	- 45 -
2-3生物樣品前處理	- 46 -
2-4生物固定化技術	- 47 -
2-4-1基材與探針固定化方法	- 47 -
2-5原子力顯微術流程	- 51 -
2-5-1探針選用及彈性係數校正	- 51 -
2-5-2比例常數(Sensitivity)校正	- 53 -
第三章 結果與討論	- 54 -
3-1奈米結構分析	- 54 -
3-2表面力學分析	- 65 -
3-2-1Unbinding force判斷	- 75 -
第四章 結論	- 77 -
參考文獻	- 78 -


圖 示 目 錄
圖1 χ光分析所見的腸病毒 ................................................... - 2 -
圖2 Enterovirus（腸病毒）電子顯微鏡圖 ........................... - 5 -
圖3 台灣地區歷年定點診所醫師通報病例比率趨勢圖 .... - 8 -
圖4 EV71至少與兩種接受體結合 ..................................... - 13 -
圖5 IBM-Almaden實驗室所示範的原子操縱術 ............... - 19 -
圖6利用原子力顯微術掃描細胞與病毒顆粒 ................... - 22 -
圖7 AFM探針圖示 .............................................................. - 24 -
圖8原子力顯微術成像原理示意圖 .................................... - 28 -
圖9原子間距離與位能關係圖 ............................................ - 29 -
圖10接觸式掃描示意圖 ...................................................... - 33 -
圖11非接觸式掃描示意圖 .................................................. - 35 -
圖12敲擊式掃描示意圖 ...................................................... - 36 -
圖13 氣相 力-距離曲線 ..................................................... - 37 -
圖14 液相 力-距離曲線 ..................................................... - 39 -
圖15 固定化蛋白質到不同表面的方法 ............................ - 40 -
圖16 奈米碳管的末端做生物性修飾................................. - 41 -
圖17 SPA 300HV 原子力顯微鏡 ........................................ - 42 -
圖18 20×20μm2壓電掃描頭 ................................................ - 43 -
圖19 探針與玻片基材表面修飾步驟圖 ............................ - 49 -
圖20 氣相專用載具 ............................................................. - 50 -
圖21 液相專用載具 ............................................................. - 50 -
圖22矩形懸臂樑尺寸關係圖 .............................................. - 52 -
圖23三角形懸臂樑尺寸關係圖 .......................................... - 52 -
圖A、B、C為病毒培養影像圖 ......................................... - 55 -
圖A’、B’、C’為病毒培養3D影像圖 ................................ - 55 -
圖a、b、c為病毒顆粒橫截面圖示 .................................... - 55 -
圖D、E、F為病毒培養影像圖 .......................................... - 56 -
圖D’、E’、F’為病毒培養3D影像圖 ................................ - 56 -
圖d、e、f為病毒顆粒橫截面圖示 .................................... - 56 -
圖D’、E’、F’為病毒培養3D影像圖 ................................ - 57 -
圖D’’、E’’、F’’為病毒培養相位圖 .................................... - 57 -
圖d、e、f為病毒顆粒寬度圖示 ........................................ - 57 -
圖G、H為檢體病毒影像圖 ................................................ - 59 -
圖G’、H’為檢體病毒3D影像圖 ....................................... - 59 -
圖g、h為病毒顆粒橫截面圖示 .......................................... - 59 -
圖I、J、K為檢體病毒影像圖 ............................................ - 60 -
圖I’、J’、K’為檢體病毒3D影像圖 .................................. - 60 -
圖i、j、k為病毒顆粒橫截面圖示 ..................................... - 60 -
圖I’、J’、K’為檢體病毒3D影像圖 .................................. - 61 -
圖I’’、J’’、K’’為檢體病毒相位圖 ...................................... - 61 -
圖i、j、k為病毒顆粒寬度圖示 ......................................... - 61 -
圖24 經由固定化技術後示意圖 ......................................... - 65 -
圖25使用AFM為力學感測器作解離力(unbinding force)測量的曲線圖 ........................................................................ - 66 -
圖26 AFM tip vs. glass示意圖與其解離力曲線圖 ......... - 67 -
圖27 anti-EV71 vs. protein from normal示意圖與其解離力曲線圖 ................................................................................ - 68 -
圖28 anti-EV71 vs. modification of glass示意圖與其解離力曲線圖 ............................................................................ - 69 -
圖29 anti-EV71 vs.EV71示意圖與其解離力曲線圖 ...... - 70 -
圖30 抗體與EV71病毒單一解離事件 ............................. - 71 -
圖31 抗體與EV71病毒為雙解離事件 ............................. - 72 -
圖32 抗體與EV71病毒為三解離事件 ............................. - 73 -
圖33 抗體與EV71病毒為多重解離事件 ......................... - 74 -
圖34腸病毒患者與正常人之軟硬度高斯分佈曲線 ......... - 75 -
圖35 腸病毒患者與正常人之專一性抗體抗原作用力高斯分佈曲線 ............................................................................ - 76 -

附 表 目 錄
表1 以血清來分類腸病毒 ..................................................... - 7 -
表2 臨床症狀與可能的病毒類型 ....................................... - 11 -
表3 常用顯微鏡量測功能比較表 ....................................... - 21 -
表4抗原與抗體之間作用力的測量 .................................... - 23 -
表5 病毒培養與檢體病毒表面分析參數 .......................... - 63 -

1醫檢論壇-大千綜合醫院 檢驗科 彭惠珍、余文發2008年
2 Schmidt NJ, Lennette EH, Ho HH. J Infect Dis .1974 ,129(3),304-9.
3 Deibel R, Gross LL, Collins DN. P SOC EXP BIOL MED,. 1975 ,148(1),203-7.
4 Melnick JL, Schmidt NJ, Mirkovic RR, Chumakov MP, Lavrova IK, Voroshilova MK..Intervirology.1980,12(6),297-302.
5 Nagy G, Takatsy S, Kukan E, Mihaly I, Domok I..Arch virol.1982,71(3),217-27.
6 Jon MB, Panagiotis P, Paul KS Chan and William-Tong CY. , Med. Virol. 2007, 17,371-379.
7行政院衛生署疾病管制局-臨床微生物電顯圖譜2009年.
8 McMinn PC. FEMS Microbiol REV. 2002,91-107.
9行政院衛生署疾病管制局Enteroviruses Infection with Severe Complication 2009年10月修訂.
10行政院衛生署疾病管制局.
11 Lin TY, Chang LY, Huang YC, et al.. Acta Paediatr .2002,91, 632-5.
12 Wang SM, Lei HY, Huang KJ et al.. J Infect Dis .2003, 188,564-70.
13 Kunal P Patel , Jeffrey M Bergelson . Nature Medicine, 2009,15, 728 – 729.
14行政院衛生署疾病管制局-長庚兒童醫院感染科主治醫師(李文珍) ,長庚大學醫學生物技術暨檢驗系教授(施信如), 2010年8月修訂.
15 Binng, G.; Rohrer, H.; Gerber, C. H.; Weibel, E. Pys. Rev. Lett. 1982, 49, 57.
16 M. F. Crommie, C. P. Lutz, and D. M. Eigler, Science, 1993, 262, 218.
17 Chen, C.H., Vesecky, S.M., Gewirth, A.A.,. J. Am. Chem. Soc. 1992,114, 451–458.
18 Lee, G.U., Kidwell, D.A., Colton, R.J., Langmuir.1994 ,10, 354–357.
19 Dammer, U., Popescu, O., Wagner, P., Anselmetti, D., Gu‥ntherodt, H.J.,Misevic, G.N. Science .1995,267, 1173–1175.
20 C.-K Lee,Yu-Ming Wang, Long-Sun Huang, Shiming Lin. Micron .2007,38,446–461.
21 Morris, V. J.; Kirby, A. R.; Gunning, A. P. ,London Imperial College Press, October 1999, ISBN:1860941990.
22 Anna Rita Bizzarri; Salvatore Cannistraro J. Phys. Chem. B. 2009,113,. 52.
23 Wong, S. S.; Joselevich, E.; Woolley, A. T.; Cheung, C. L.; Lieber,C. M. Nature. 1998, 394, 52–55.
24 Vinckier, A. ; Gervasoni, P. ; Zaugg, F. ; Ziegler, U. ; Lindner, P. ; Groscurth, P. ; Pluckthun, A. ; Semenza, G., Biophys. 1998, 74, 3257.
25 Allen, S.; Chen, X.; Davies M. C.; Dawkes A. C,; Edward J. C.; Roberts C. J.; Sefton J.; Tendler, S. J. B.; Williams, P.M. Biochemistry. 1997, 36, 7457.
26 Magonov, S.N., Elings, V., and Papkov, V.W..Polymer .1997, 38, 297–307.
27 Wong, J. Y. ; Kuhl, T. L. ; Israelachvili, J. N. ; Mullah, N. ; Zalipsky, S. Science .1997, 275(5301), 820.