理學院
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學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。
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Item 重組嗜熱嗜鹼性 Archaeoglobus fulgidus 脂肪酶之結構與功能分析(2009) 劉曉蓉; Hsiao-Jung Liu從嗜高溫古生菌Archaeoglobus fulgidus 基因體所選殖的新型脂肪酶(lipase) 基因AFL 已經成功地在大腸桿菌中被表達,並且以X-ray 結晶繞射的方法解出立體結構。Archaeoglobus fulgidus lipase(AFL) 為嗜熱性與嗜鹼性的脂肪酶,由474 個胺基酸組成,包含18個胺基酸的訊息胜肽以及456 個胺基酸的mature lipase (mAFL),其結構上分為N-端以及C-端,活性中心位於N-端,C-端則含有受質脂肪酸官能基結合部位。本研究主要藉由蛋白質工程和生化分析,配合蛋白質立體結構的觀察,探討AFL 之結構與功能的關係,並找出對脂肪酶活性有影響的胺基酸。在AFL 的立體結構中,發現在兩個功能區域交界之處有許多的ion pairs,其中一對(K184、D370 及E372)以基因定位突變的方式破壞正負電荷引力之後,發現突變種K184A 、D370N 與E372Q 之活性顯著下降,分析K184A 後發現,最適反應溫度由野生種的70~90℃ 改變為僅侷限於90℃,顯示ion pair在兩個區域的交互作用扮演重要的角色。在脂肪酶與受質的結合部位中,推測對受質結合有影響的三個胺基酸:A32,S332 與E339 ,由基因定位突變後,突變種A32W 的受質專一性和野生種的長碳鏈相比,改變為中碳鏈之酯類,並且對中短鏈長的脂肪酸活性比野生種XIII高;而突變種S332W 與E339W 的活性皆低於野生種。在進行X-ray 結晶時觀察到鈣或鎂離子結合於C- 端區域的 D405、D409與D431 上,經由酵素動力學實驗及熱穩定性實驗發現,鈣離子的結合在高溫反應下,有助於AFL 與受質的親和力,並在90℃時穩定酵素結構,鎂離子則沒有幫助,證明鈣離子對於脂肪酶在高溫下有提升穩定性的影響。以三酸甘油脂為受質,分析AFL 的活性後發現有介面活化作用產生,亦即當三酸甘油質達到不溶於水的濃度時,AFL 的活性急遽上升,因此證明了AFL 確實為一脂肪酶而非酯酶,其結構上的口蓋(lid)可能會隨著油水介面的產生而開啟。由鈣離子結合部位的突變種分析,以酵素動力學和熱穩定性的實驗證明D405、D409 與D431 為鈣離子結合部位。以上結果闡述了此嗜熱、嗜鹼的脂肪酶特性以及催化機制和結構上的關係,並提供未來改造AFL 的線索,以因應在生物技術上的應用。Item Geobacillus uzenensis 嗜熱細菌之分離及其耐熱耐酸酯解酵素之研究(2008) 張莉芳; Li-Fang Chang自陽明山國家公園溫泉中,分離出數株有能力水解三丁酸甘油酯(tributyrin)的細菌,取水解能力最佳者,作為研究之對象。經16S rDNA定序分析,與部分生理生化測試,將此菌暫定為Geobacillus uzenensis。 本研究利用細菌之外泌酵素粗萃取液,偵測此酯解酵素(esterase)之特性。在受質特異性(substrate specificity)上,相較於長鏈酯質(p-nitrophenyl myristate,pNPC14 、 p-nitrophenyl palmitate,pNPC16),此酵素偏好水解短鏈酯質(p-nitrophenyl acetate,pNPC2)。酵素反應之最適溫度為60~70℃,能在60℃下受熱2小時,保有完整活性;但在70℃下受熱15分鐘,則酵素活性盡失。在p-nitrophenyl acetate測試及酯解酵素活性染色結果中,此酵素能在pH 2~8下,具有活性作用,其最大活性表現在pH 3與6~7。當酵素液與pH 3~9緩衝溶液混合, 於4℃靜置24小時後,仍可保留100%活性。酵素對鉀離子(K+)的存在,有活性下降之情形發生;在化學試劑測試中,phenylmethylsulphonyl fluoride(PMSF)明顯抑制酵素活性,erhylenediamine tetraacetic acid(EDTA)、dithiothreitol(DTT)則不影響酵素活性;在清潔劑(detergent)測試中,Sodium dodecyl sulfate(SDS)、Triton X-100、Tween 20對酵素活性具抑制作用,Tween 80、CHAPS(3-[(3-cholamidopropyl)- dimethylammonio] -1-propanesulfonate)則無影響。此酯解酵素對15%(v/v)乙醇(ethanol)、丙酮(acetone)等有機溶劑,其耐受度差,但在15%(v/v)DMSO(Dimethyl sulfoxide)存在下,仍有80%的活性。總之,本研究發現一耐熱、耐酸的酯解酵素,且此酵素能在酸性環境下(pH 2~3)有不錯活性,實為其他脂解酵素或酯解酵素少有的特性。Item 鈷,鎳/氧3x3/鎢(111) 的成長、結構、熱穩定性及磁性之研究(2012) 薛坤仁本研究目的在觀察,於超高真空系統中,鈷和鎳分別在氧3x3/鎢(111)基板上的晶格結構、熱穩定性、磁性及成長。藉由歐傑電子能譜與低能量電子繞射研究這些物理特性。實驗中我們發現,在鎢(111)上曝氧後再以適當的溫度加熱,氧氣會吸附在鎢(111)表面上,並產生3x3的表面重構現象。特別的是,在薄膜成長及升溫過程中,我們可以從歐傑電子能譜儀中得知氧的訊號一直存在,而且訊號強度幾乎是固定的,此一結果暗示氧一直存在於表面上,類似介面活性劑。此外,我們也證明在鈷、鎳薄膜的成長及熱穩定性實驗中,氧扮演著非常重要的角色。在鎳/氧3x3/鎢(111)系統中,鎳的成長方式為島狀成長;在鈷/氧3x3/鎢(111)系統,鈷則是層狀成長。在熱穩定性方面,鎳/氧3x3/鎢(111)的實驗結果顯示,即使在鍍了大量(9 PML)的鎳後,還是不能明顯地觀察到潤濕層的存在;但在鈷/氧3x3/鎢(111)系統中發現了潤濕層的存在(0.33 PML)。此結果不同於在鈷/鎢(111)及鎳/鎢(111)系統之結果,鈷、鎳薄膜在加熱到凱氏溫標700度時,會形成潤濕層(1 PML),這些結果證明了氧3x3/鎢(111)的介面對於鈷、鎳薄膜的成長及熱穩定性有極大的影響。在磁性行為上,鎳/氧3x3/鎢(111)為傾斜磁化;而鈷/氧3x3/鎢(111)則是平面方向上的磁化。Item 鈀/鐵與鐵/鈀雙層膜於矽基板(111)上 熱穩定性與合金形成之研究(2014) 莊英奇; Ying-Chi Chuang本篇論文為探討在壓力1.6×〖10〗^(-9) torr的室溫下,於清理過的矽基板上鍍上不同厚度與相對位置之鈀與鐵雙層膜的熱穩定性與合金形成。為了觀察從分離的雙層膜到合金的轉變過程,我們已經研究了退火時間與溫度的效應,藉由歐傑電子能譜(AES)的測量,在歐傑電子能譜圖中觀察到相分離。溫度在大約690至804 K之間,Pd/Si與Fe/Si歐傑訊號比值呈現了兩種不同的下降過程,前者比後者下降的更為急遽。下降的Pd/Si與Fe/Si訊號比值表示在不同相對位置的兩雙層膜系統中,Pd與Fe原子會擴散到矽基板裡。Fe/Pd與Pd/Fe曲線在兩種系統中也被發現有相似的趨勢,在相對高溫情況下,Fe/Pd與Pd/Fe曲線相交後,Fe/Pd訊號比值將會大於Pd/Fe訊號比值。我們的研究提供了在矽基板(111)上的鈀與鐵雙層膜之熱穩定性與合金形成之詳細報告,這些報告在未來的應用上是有價值的。Item 嗜酸嗜熱細菌之分離及其酯解酵素粗酵素液之性質研究(國立臺灣師範大學生命科學學系, 2000-06-??) 蔡正國; 李銘亮從酸性的溫泉(約pH3、55℃)附近分離出數種細菌。依細菌的特性,其中一種分類為 Bacillus acidocaldarius,可生長於pH 3~4及45~65℃的培養條件下,生長最適pH及溫度分別是pH4及55℃。以p-nitrophenyl ester為受質,可於培養細菌的上清液中偵測到酯解酵素(esterase)的活性。橄欖油的添加雖然可促進細菌生長,但是對於酯解酵素的分泌似乎沒有明顯的影響。此酯解酵素作用之最適pH值及溫度分別為中性(pH7)及75℃。此酯解酵素可分解長碳鏈的酯質受質(pNPC12~pNPC16),亦具有相當之熱穩定性,於75℃之半生期為30分鐘,而以95℃處理3小時後仍保留有18%%的活性。也測試了一些鹽類、清潔劑及金屬螯合劑EDTA對此酵素的影響,尚未找到可以促進該酯解酵素活性的離子;然而,清潔劑及某些離子則對酵素活性具有抑制的作用;另外,EDTA的添加不對酵素活性有所抑制。Item Geobacillus sp. 嗜熱細菌之分離及其耐熱酸酯酵素之研究(國立臺灣師範大學生命科學學系, 2008-12-??) 張莉芳; 李銘亮本研究利用細菌之外泌酵素粗萃取液,測試其酯解酵素(esterase)之特性。在受質特異性(substrate specificity)上,相較於長鏈酯質(p-nitrophenyl myristate, pNPC14、 p-nitrophenylpalmitate, pNPC16),此酵素偏好水解短鏈酯質(p-nitrophenyl acetate, pNPC2)。酵素反應之最適溫度為60~70℃,且能在60℃下受熱2小時,而保有完整活性;但在70℃下受熱15分鐘,酵素活性則盡失。在p-nitrophenyl acetate測試及酯解酵素活性染色結果中,此酵素能在pH2~8下,具有活性作用,其最大活性表現在pH3與6~7。當酵素液與pH3~9緩衝溶液混合,於4℃下靜置24小時後,仍可保留100%活性。在化學試劑測試中,phenylmethylsulphonyl fluoride(PMSF)明顯抑制酵素活性;在清潔劑(detergent)測試中,Sodium dodecyl sulfate(SDS)、Triton X-100、Tween20對酵素活性具抑制作用。此酯解酵素對15%(v/v)乙醇(ethanol)、丙酮(acetone)等有機溶劑,其耐受性差,但在15%(v/v)DMSO(Dimethyl sulfoxide)存在下,仍有80%的活性。總之,本研究發現一耐熱、耐酸的酯解酵素,且此酵素能在酸性環境下(pH2~3)有不錯活性,實為其他脂解酵素或酯解酵素少有的特性。