研究興趣

本實驗室的兩大研究主題是開發和改進核磁共振光譜和影像技術以及應用核磁共振光譜和影像研究生物體系和材料的物理化學,兩方面都是跨領域的研究。具體而言,本實驗室開發溶液和固態核磁共振譜(NMR)和成象(MRI)的新方法和新技術以提高靈敏度及解析度並將這些技術用到化學、材料科學、生物學和物理學中。方法上著力於核自旋動力學的理論分析、數值模擬和實驗驗證,以尋求NMR/I/像靈敏度和分辨度提高之新方法。應用方面覆蓋從化學、物理到生物醫學的相當廣泛的問題,如新材料的結構鑑定和性質分析、蛋白質的動態和水合、膜結合蛋白質的結構與運動之測定、MRI影像中的診斷或甄別參數,病理樣品的體外分析等。研究特色是通過追求對基本問題的徹底瞭解而解決應用上最迫切的問題。

當前的具體應用題目包括

1)生物體系:芝麻種子萌芽的物理化學。通過全程跟蹤萌芽過程中光譜影像之變化,探討水分、油脂分佈之改變,推測重要的代謝物之出現和功能。本題目希望能對水分子在生物體系裡的擴散、蛋白質和其他生物分子的水合過程、油脂的消耗、離子的擴散和跨膜過程等生物物理化學問題有更深入的瞭解,也希望對植物生理、農業、食品研究者提供有價值的資訊。     

2)材料:燃料電池膜,聚合物,分子篩,礦物等。希望通過光譜,鬆弛,微影像對燃料電池隔離膜或相關的高分子材料進行準確的刻畫,特別是哪些膜參數對質子傳輸至關重要,如何延長膜電極壽命,膜材經溶劑、電磁場、熱回火退火、機械衝擊處理以後結構性能之改變等,對實際應用者提供參考。此主題與中央大學諸柏仁教授有合作。           

3)蛋白質動力學蛋白質與溶劑之作用。利用NMR鬆弛時間測量可以對蛋白質分子在溶液中非常廣闊運動(皮秒10-12秒到小時103秒)精確描寫,也可以對蛋白質與溶劑如水之相互作用進行分析。我們希望這樣的描述對我們瞭解生物分子在活體裡的行為,特別是涉及到分子辨識的過程,如酵素之催化機制、感染與免疫原理、訊號傳導等。此主題與(1)和(4)有直接關聯,為它們提供基礎,與(2)有間接關聯,特別是在擴散方面。

4 磁共振成像的生應用。包括病理樣品體外分析,擴散張量影像DTI)分析,找出更恰當的診斷和甄別參數。例如,良性和惡性腫瘤之區分等。此主題與高雄榮總賴炳宏醫師有合作。  

 

  

 

 

 

本實驗室一向關注NMR/MRI方法改進和開發。目前這方面本實驗室的研究項目包括

 

(1) 通過硬體和軟體技術(如微線圈射頻探頭和微梯度線圈系統、邊緣磁場、新的脈衝序列、特種量子相干、相關分析、小波變換和其它非傅立葉變換途徑)以改善譜和像之分辨率和信噪比

 

(2) 改進各種加權方法(單量子、多量子豫、擴散、位移、擴散張量、擴散譜等)以及特異性造影劑(特別是生化激活的造影劑)以便更好地研究多孔材料和生物體系的結構,輸送水、小分子、離子、蛋白質包含酵素、醣、激素等及功能;

 

(3) 通過各種高解析固態NMR方法(多脈衝、多維、魔角旋轉譜)研究固態中質子和四核體系的多量子相干和自旋擴散;

 

  (4) 改進和推新液態和固態NMR光譜、鬆弛方法研究蛋白質結構、動力學、水合以及折疊動力學;

 

(5)  改進各類固態NMR方法(靜態、魔角旋轉、變角旋轉結合多脈衝、多維、單量子中心及衛星躍遷,多量子躍遷)以便更有效地分析新材料結構和性質、確定膜蛋白的結構以及金屬離子與生物分子之相互作用;

 

(6) NMR模仿量子計算,特別是基於魔角旋轉NMRFloquet理論表述。此屬本實驗室的一個純基礎、高風險、遠程研究。

 

  

 

 

本實驗室自制單頻雙頻微線圈NMR探頭

 

更多資料請見研究項目研究快照, 最近演講 以及 論文表

 

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