中央研究院化学研究所

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　　化學所在2010年的研究方向除持續其在材料化學、化學生物學、觸媒化學三大方向外，更增加合成方法（觸媒化學/合成方法），以因應本院在未來開發藥物方向的需求。本年研究成果豐碩，計發表SCI論文112篇以上。材料化學方面，特別是在染料敏化太陽能電池上有許多進展。包括材料設計、介面修飾、元件結構等，皆有所突破。化學生物學方面，對蛋白質結構的顯微解析方法開發有明顯進展。也對人體重要病症中蛋白質結構變異有更清楚瞭解。觸媒化學及合成化學方面，對雙金屬觸媒催化的反應機制中，碳-氫鍵活化過程中間物取得直接證據。更合成出多種新穎分子，應用於有機光電元件、抗病抗癌藥物、或奠定基礎化學結構理論。

　　化學研究所九十九年重點研究成果，茲摘要如下：

　　一、研究漸凍人中TDP-43蛋白的C端胜肽片段所產生的類澱粉狀纖維

　　2006年時，TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43)被鑑定為肌萎縮性脊髓側索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis； ALS)病理特徵堆積物的主要成分。為了進一步瞭解TDP-43沒有結構的C端序列其結構和物理特性，我們合成了四段胜肽(D1-4)，並證明了其中只有D1胜肽會在含磷酸的緩衝溶液中，形成互繞的纖維。此外，除了D1胜肽之外，含有病理學突變的A315T及G294A胜肽也被發現可產生出和神經細胞的細胞質包涵體裏相似形狀，以及相似大小的纖維狀結構。我們由此推論出在TDP-43中的這段包含大量甘胺酸的區域(287-322)，可能和蛋白質堆積以及形成纖微狀結構的能力有關。更進一步，就結構的鑑定和分析而言，我們發現了D1、A315T、以及G294A這些胜肽都會形成類澱粉狀纖維結構。對於這些性質的了解，提供了我們更深入的探討C端的這些胜肽序列，和其他TDP-43胜肽不同的地方。

　　二、高效能聚噻吩釕金屬染料敏化太陽能電池之最佳化設計

　　本論文旨趣為染料敏化太陽電池材料、元件之最佳化設計研究。合成一系列含聚噻吩吸光基團之釕金屬染料，組裝染料敏化太陽能電池，進行光電轉換效率之量測。研究發現聚噻吩長度越長則染料之莫耳吸收係數越高，然吸附於二氧化鈦表面的量則越低，而具有2,2’-bithiophene吸光配子之染料[Ru(dcbpy)(obtip)(NCS)2] (JF-5)，展現最高光電轉換效率(9.5%)，比瑞士Grätzel教授之N3釕金屬錯合物轉換效率(8.8%)還優越。本論文發現選擇2,2’-bithiophene可將上述兩個影響效率之關鍵因素最佳化。本研究從染料分子設計著手，對提升染料敏化太陽能電池之效率，點出一個可行的方向。

　　三、相位片低溫電子顯微促進非對稱蛋白質單粒子的重建

　　低溫電子顯微鏡已經成為解析生物巨分子結構的利器◦ 然而,低溫電子顯微鏡在應用到小於一百萬道耳吞的蛋白質時遭遇了挑戰◦ 關鍵的因素是小的蛋白提供的襯度不夠◦ 最近,因為奈米技術的突飛猛進,相位片電子顯微鏡問世了,而且把襯度提升到近乎理論極限◦ 我們這個研究使用電腦模擬,並對照實際低溫電顯數據,對傳統無相位片低溫電子顯微鏡和相位片低溫電子顯微鏡在單粒子重建上的每一個步驟之能做出定量之比較◦ 我們發現相位片電子顯微鏡能夠幫助分離相似構形之蛋白質影像；而對於分子量介於十萬和五十萬道耳吞的蛋白質,重建三維結構所需的影像數目大約是傳統電子顯微鏡所需影像數目的百分至十分之一◦ 我們的研究結果因此說明為了提升電子顯微鏡在輻射傷害樣品結構解析的效能, 加入相位片是必須的◦ 此外,我們也發現電子顯微鏡的襯度轉移函數在影像重建上扮演關鍵的角色,而相位片能夠把襯度轉移函數的缺欠修正近乎完美◦