在我們的研究中，我們開發了利用散佈於洋菜膠內液晶液滴即時檢測水中汞離子，在第一部分我們將5-(pyridine-4-yl)-2-(5-(pyridin-4-yl)- thiophen-2-yl)thiazole (ZT) 摻雜於向列型液晶4-cyano-4’-pentylbiphenyl (5CB) 製備液晶液滴，當汞離子溶液擴散至洋菜膠內液晶液滴時，藉由觀察組態變化，由radial轉變為irregular，對汞離子可以進行專一性檢測，偵測極限為50 μM。
    第二部分我們摻雜由穀胱甘肽 (GSH) 與十二烷基溴合成之GSH-12C於5CB中，當溶液中含有金屬離子時，錯合物產生於液晶-水溶液界面，使其能控制液晶分子垂直排列，而液晶光學訊號會由亮轉為暗，此系統對於檢測鉛離子沒有選擇性。

In the first part, we developed the liquid crystal (LC) droplets that dispersed in agarose gel as matrix, i.e. agarose dispersed liquid crystals (ADLCs), as soft sensing materials for detecting mercuric ions (Hg2+) in water. The ADLCs films were formed by encapsulating the LC droplets in the agarose gel matrix. When the solution containing Hg2+ was dispensed on the ADLCs films, the formation of Hg2+/ZT complexes lead to a distinct radial-to-irregular configurational transition of the LC droplets that can simply be differentiated by naked eye under ambient light. The detection of Hg2+ by using the ADLCs was highly specific, reusable and its activity was able to maintain more than three months.
In the second part, we used GSH-12C, which was synthesized from glutathione (GSH) and 1-bromododecane, as dopant in LC system. When system immersed in Pb2+ solution, the Pb-GSH complex formed at the LC/aqueous interface caused the reorientation of LC and resulted in a bright to dark transition of optical signal. However, this system showed no specificity for detecting lead ions.

總目錄
第一章 緒論	1
1-1 液晶感測器	1
1-1-1 液晶	1
1-1-1-1 液晶介紹	1
1-1-1-2 液晶的種類	3
1-1-1-3 液晶的形式	3
1-1-2 液晶感測器檢測	5
1-1-3 液晶感測器種類	7
1-1-3-1 液晶-固體界面 (LC-solid interfaces)	7
1-1-3-2 液晶-水溶液界面 (LC-aqueous interfaces)	9
1-1-1-3 液晶液滴 (LC droplets)	11
1-2 高分子	14
1-2-1 洋菜	15
1-2-2殼聚糖	16
1-2-3 PAA-b-LCP	17
1-3 胜肽	19
1-3-1 穀胱甘肽 (Glutathione)	19
1-4 重金屬	21
1-4-1 重金屬汙染	21
1-4-1-1 環境中的汞	21
1-4-1-2 環境中的銅	22
1-4-1-3 環境中的鉛	23
1-4-2 重金屬離子檢測	24
1-5 研究動機	26
第二章 實驗方法與材料	28
2-1 實驗藥品與器材	28
2-2實驗儀器	30
2-3 實驗方法	31
2-3-1 製備ADLC系統檢測元件	31
2-3-1-1 製備洋菜膠水溶液	31
2-3-1-2 製備洋菜凝膠容器	31
2-3-2 製備塗覆DMOAP載玻片	31
2-3-3 製備空白載玻片	32
2-3-4 製備PDMS培養皿	32
2-3-5 清洗TEM金屬網格	33
2-3-6 金屬離子部分	33
2-3-6-1 製備金屬氯化物水溶液	33
2-3-6-2 製備不同濃度之金屬過氯酸根水溶液	33
2-3-6-3 製備真實水溶液樣品	33
2-3-7 ADLC系統檢測水溶液中Hg2+	34
2-3-7-1 製備含ZT之5CB	34
2-3-7-2 製備不同濃度之C16TAB水溶液	34
2-3-7-3 製備不同濃度之C14TAB水溶液	34
2-3-7-4 製備含ZT之液晶液滴	34
2-3-7-5 製備含液晶液滴之洋菜凝膠薄膜	35
2-3-8 液晶液滴的鑑定與檢測	35
2-3-8-1 包覆於洋菜膠裡之液晶液滴組態	35
2-3-8-2 洋菜膠薄膜厚度	35
2-3-8-3 洋菜膠薄膜孔洞	36
2-3-8-4 洋菜膠薄膜成分	36
2-3-8-5 金屬離子檢測	36
2-3-9 液晶-水溶液檢測部分	37
2-3-9-1 合成GSH-12C步驟	37
2-3-9-2 製備不同摻雜GSH-12C濃度之5CB	37
2-3-9-3 製備液晶水溶液系統之液晶元件	38
第三章 結果與討論	39
3-1洋菜膠散佈液晶液滴	39
3-1-1汞離子對ADLC之液晶液滴組態影響	39
3-1-2洋菜膠濃度對ADLC偵測極限影響	41
3-1-3 ADLC系統穩定度測試	42
3-1-4 ADLC系統性質測試	43
3-1-5 ADLC系統之選擇性	46
3-1-6其他金屬離子對ADLC系統檢測的影響	47
3-1-7 ADLC系統可重複使用性	48
3-1-8 不同界面活性劑對ADLC系統偵測極限的影響	49
3-1-9 pH值對ADLC之液晶液滴選擇的影響	51
3-1-10 pH值對ADLC之液晶液滴偵測極限的影響	52
3-1-11 ADLC系統之真實樣品測試	53
3-1-12 ADLC系統之偵測極限改良	55
3-1-13 ADLC系統之汞離子定量	56
3-1-14 含ZT之液晶-水溶液與液晶液滴與ADLC系統比較	57
3-2液晶-水溶液系統檢測水溶液中Pb2+	58
3-2-1 GSH-12C對液晶-水溶液系統之液晶訊號影響	58
3-2-2 Pb2+檢測機制	59
3-2-3 GSH-12C對Pb2+之選擇性	61
第四章 結論	62
4-1 汞離子檢測結論	62
4-2 鉛離子檢測結論	63
4-3 總結	63
第五章 參考資料	64
附圖	67

 
圖目錄
圖1 桿狀液晶分子結構示意圖	3
圖2 4-戊基-4'-氰基聯苯 (4-pentyl-4’-cyanobiphenyl, 5CB) 的結構	4
圖3 熱致型液晶示意圖	5
圖4 液晶感測器檢測機制	6
圖5 液晶-固體界面感測系統基本架構	7
圖6 (a) DMOAP (b) OTS結構圖	9
圖7 液晶-水溶液界面感測系統裝置圖	9
圖8 液晶-水溶液界面感測系統	10
圖9 ZT結構圖	11
圖10 液晶液滴常見兩種組態及示意圖(箭頭表示缺陷點)	12
圖11 聚乙烯吡咯烷酮結構圖	15
圖12 洋菜膠結構圖	16
圖13 殼聚糖結構圖	17
圖14 PAA-b-LCP結構圖	18
圖15 穀胱甘肽結構圖	20
圖16 (a) 聚丙烯腈 (b) 脒基結構圖	25
圖17 洋菜凝膠容器	31
圖18 PDMS培養皿	33
圖19 含液晶液滴之洋菜膠薄膜	35
圖20 GSH-12C結構圖	37
圖21 含ZT之ADLC液晶液滴對照組	40
圖22 含ZT之ADLC液晶液滴檢測Hg2+機制圖	40
圖23 不同洋菜膠濃度對Hg2+偵測極限測試	41
圖24 含ZT之ADLC液晶液滴經過長時間偵測Hg2+組態變化	42
圖25 ADLC之 (a) 含液晶液滴之薄膜厚度、(b) 液晶液滴大小	43
圖26 無偏光顯微鏡下 (a) 未含、(c) 含液晶液滴之洋菜膠纖維，於偏光顯微鏡下 (b) 未含、(d) 含液晶液滴之洋菜膠纖維。	44
圖27 (a) 未含液晶液滴、(b) 含液晶液滴洋菜膠薄膜之FTIR圖譜	45
圖28 ADLC系統之選擇性	46
圖29 ADLC之金屬干擾測試	47
圖30 ADLC系統可重複使用性	48
圖31 ADLC在0.05% C14TAB下對Hg2+之偵測極限	49
圖32 ADLC在不同濃度界面活性劑下對Hg2+之偵測極限	50
圖33 ADLC之液晶液滴在pH 4、pH 7、pH 10下之選擇性	51
圖34 ADLC之液晶液滴在不同pH值下對Hg2+偵測極限	52
圖35 ADLC之液晶液滴在真實樣品溶液中檢測Hg2+的偵測極限	53
圖36 ADLC在乾燥六小時後對Hg2+的偵測極限	55
圖37 ADLC之液晶液滴平均亮度比校正曲線	56
圖38 GSH-12C對液晶訊號影響	58
圖39 Pb2+對液晶訊號影響	59
圖40 加入不同溶液對液晶訊號影響	60
圖41 Pb2+檢測機制	60
圖42 GSH-12C之選擇性	61

表目錄
表1 真實樣品溶液電導值	54
表2 液晶-水溶液、液晶液滴以及ADLC系統比較	57

附圖目錄
附圖1 GSH-12C 之 1H NMR (300MHz) 及局部放大光譜圖	67
附圖2 GSH-12C之質譜圖	68

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