醉月湖平台計畫


簡介

為加強臺大理學院與國內外一流學術研究組織之學術合作,提升本院國際知名度與影響力,運用「邁頂計畫」及五項自籌費推動相關計畫,快速擴大理學院之世界學術領先幅度,特訂定『醉月湖科學整合研究平台』-創新性合作計畫補助要點,該要點已經101年1月17日第2701次行政會議修正通過後公告並積極推動,並於101年3月審議通過2個平台案計畫,自101年4月起執行 。

臺灣大學理學院「醉月湖科學整合研究平台」重要記事

時 間 記 事 說 明
101.1 國立臺灣大學理學院『醉月湖科學整合研究平台』 -創新性合作計畫補助要點通過及公告 100年12月29日100學年度第2次院務會議通過
101年1月17日第2701次行政會議修正通過
101.2 首次受理『醉月湖科學整合研究平台』申請案 每年受理期限為2/15及9/15
因首次受理申請,故截止期限延長至3月上旬
101.3 『醉月湖科學整合研究平台』首次審查會議,通過2申請案 101年3月28日首次審查會議,
通過「臺灣雲霧森林變遷整合研究」(與中研院合作)及「現生珊瑚汞及微量元素的生物地球化學及環境變遷的關聯」(與中研院及美國WHOI合作)2案
101.4 101.4.1開始執行101年『醉月湖科學整合研究平台』計畫案 計畫執行期間:101年4月1日~102年12月31日
101.8 『醉月湖科學整合研究平台』審查會議,通過1申請案 101年8月29日審查會議,
通過「分子電子開關中的量子傳輸」(與中研院合作)
計畫執行期限:101年8月1日~102年12月31日
101.12 『醉月湖科學整合研究平台』審查會議,通過2申請案 101年12月26日審查會議,
通過「以生物化學、結構學及單分子影像方法探討PriA及DnaC/DnaI蛋白在DNA複製再啟動之機制」(與中研院合作)及「大氣中奈米粒子的形成機制及其性質」(與中研院合作)2案
計畫執行期間:102年1月1日~103年12月31日
102.3 『醉月湖科學整合研究平台』審查會議,通過3申請案 102年3月25日審查會議,
通過「社會網絡裏的群體決策模式」(與中研院合作)、「用高解析度X波段合成孔徑干涉雷達影像分析台北地區的地表位移」(與中研院合作)及「固態四咪唑銅硫酸鹽配位聚合物之遲滯相變研究」(與中研院合作)3案
計畫執行期間:102年4月1日~103年12月31日
103.3 『醉月湖科學整合研究平台』審查會議,通過5申請案 103年3月12日審查會議,
通過「以鋅離子穩定之阿茲海默症類澱粉胜肽聚集之生化性質及分子結構測量」(與中研院合作)、「發展化學工具用於探索植物壓力調節相關訊息胜肽的感知受體及端粒結合蛋的標定、純化及其生理角色」(與中研院合作) 、「以先進質譜分析與分子影像技術探討阿茲海默症腦部tau蛋白質的磷酸化情形」(與中研院合作)、「以光遺傳學小鼠模式探討酬賞決策與酬賞預測錯誤之大腦神經基礎」(與中研院合作)、「熱帶島嶼地形與人類土地利用對季內尺度對流雲與降水之影響」(與中研院合作)5案
計畫執行期間:103年1月1日~104年12月31日

計畫

項次 計畫名稱 計畫主持人 計畫期間
1 臺灣雲霧森林變遷整合研究 台大大氣系-林博雄
中研院-沈聖峰
101.4~102.12
2 現生珊瑚汞及微量元素的生物地球化學及環境變遷的關聯 台大海洋所-曾鈞懋
中研院-許世傑
WHOI-Carl Lamborg
101.4~102.12
3 分子電子開關中的量子傳輸 台大物理系-管希聖
中研院-關肇正
101.8~102.12
4 以生物化學、結構學及單分子影像方法探討PriA及DnaC/DnaI蛋白在DNA複製再啟動之機制 台大化學系-李弘文
中研院-蕭傳鐙
102.1~103.12
5 大氣中奈米粒子的形成機制及其性質 台大大氣系-洪惠敏
中研院-周崇光
102.1~103.12
6 社會網絡裏的群體決策模式 台大心理系-徐永豐
中研院-江彥生
102.4~103.12
7 用高解析度X波段合成孔徑干涉雷達影像分析台北地區的地表位移 台大地質系-胡植慶
中研院-陳宏宇
義大利CNR和DIFBA-Fabio Bovenga博士
102.4~103.12
8 固態四咪唑銅硫酸鹽配位聚合物之遲滯相變研究 台大化學系-林英智
中研院-劉陵崗
102.4~103.12
9 以鋅離子穩定之阿茲海默症類澱粉胜肽聚集之生化性質及分子結構測量 台大化學系-陳振中
中研院-陳韻如
103.1~104.6
10 發展化學工具用於探索植物壓力調節相關訊息胜肽的感知受體及端粒結合蛋的標定、純化及其生理角色 台大化學系-陳昭岑
中研院-陳逸然
103.1~104.12
11 以先進質譜分析與分子影像技術探討阿茲海默症腦部tau蛋白質的磷酸化情形 台大化學系-戴桓青
中研院-陳玉如
Massachusetts General Hospital, Havard Medical School-Prof. Bradley T. Hyman
103.1~104.12
12 以光遺傳學小鼠模式探討酬賞決策與酬賞預測錯誤之大腦神經基礎 台大心理系-賴文崧
中研院-陳志成
103.1~104.12
13 熱帶島嶼地形與人類土地利用對季內尺度對流雲與降水之影響 台大大氣系-陳維婷
中研院-李石雨
103.1~104.12

執行成果

  1. 臺灣雲霧森林變遷整合研究
    The integrated research on Taiwan cloud-fog forest transition
    • 計畫願景:
      雲霧森林是熱帶及亞熱帶地區長年受雲霧影響的森林特色,雲霧與森林的交互作用產生低 照度、高濕度的特有生態環境,以及扮演地表水文循環系統的重要角色。「台灣雲霧森林變遷整合研究」是理學院大氣科學系地理系海洋所與中央研究院生物性中心,雙方跨領域共同合作的科學整合調查研究計畫,2012~2013年將鎖定台灣幾處山區與茶園進行密集觀測調查,做為理學院創新性研究的先驅示範。
    • 執行成果:
      雲霧森林是熱帶及亞熱帶地區長年受雲霧影響的森林,其特色為光量低、濕度高、特有生物種類繁多,且可藉由森林截留雲霧來調節供水,提供獨特的生態系功能與服務。具全球市場的重要經濟作物,如茶與咖啡,亦以霧林帶為主要生產地區,霧林帶具生態保育及經濟之重要性。台灣的森林估計有一半處於雲霧環境,此一生態系之研究具有生物多樣性保育、產業經濟及國土永續利用之重要意義,基於此本『台灣雲霧森林變遷整合研究』計畫主要研究主題聚焦在利用現地大氣觀測技術來解析雲霧時間與空間的特性,與利用光譜學分析技術來評估台灣最具特色的經濟作物青心烏龍茶的品質,兩子計畫成果摘要如下:
      子計畫一:運用雲冪儀解析台灣中部雲霧發生與厚度及其和埋葬蟲生態的關聯
      本研究於2012年7月購入CL31雲冪儀,並於2012年暑期搭配暑期課程「雲霧觀測實作」於臺大山地農場(梅峰)參與中研院生物多樣性中心(BRCAS)之埋葬蟲棲地研究。本計畫團隊所有成員除了課堂授課,也和修課學生一起中研院和台灣大學的雲霧研究基地(宜蘭棲蘭與南投溪頭)。2013年夏季雲冪儀再度於台灣大學山地農場(春陽分場)進行該山區雲霧發生時間與厚度之連續監測,與參與第二年暑期課程。2013年年底BRCAS購入同款雲冪儀,兩套地基遙測設備將於2014年夏季同步進行中央山脈兩側雲霧資訊蒐集,提供台灣山區珍貴的雲霧時空分布特性。
      子計畫二:運用光譜學技術評估青心烏龍茶品質
      本研究以高解析度高光譜儀量測鹿谷、魚池與翠峰三個不同海拔茶園的青心烏龍新鮮茶葉光譜,並分析葉片中影響口感的咖啡因、茶氨酸、表沒食子兒茶素(epigallocatechin, EGC)與表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate, EGCG)的含量,以偏最小平方迴歸法(Partial Least Square Regression, PLSR)建立光譜與這四種茶葉品質成分的關連。此外於高海拔的翠峰地區茶園,以SAIL樹冠反射率模型模擬不同太陽仰角與觀測角下的茶樹樹冠反射,測試樹冠尺度的反射光譜於預測樹冠品質成分之能力。結果顯示: (1)於葉片尺度下,不同茶區之葉片光譜與其成分含量之關連不同,由光譜解釋各品質成分的程度也不相同(5%–88%)。為求光譜品質成分之關連可以適用於不同茶區,我們將所有茶區之數據合併,並加入15種不含咖啡因等四種成分的非茶葉光譜進行分析;葉片反射光譜對四種成分含量(乾重)差異的解釋力分別為:咖啡因(84.4%)、茶氨酸(81.3%)、EGC(84.2%)與EGCG(85.2%)。而反應這些成分的重要光譜波長分別:咖啡因(513, 555, 683,714,733, 1416 nm)、茶氨酸(532, 703, 737, 1393 nm)、EGC(513, 554, 682, 714, 1416, 1828 nm)與EGCG(513, 554, 682, 1416, 1688 nm)。(2)樹冠尺度之反射光譜對表層茶樹冠的成分(單位乾重含量)解釋力(40–90%)較只針對茶芽的成分(單位乾重含量)之解釋力(30–45%)佳。其中以SAIL模式模擬不同太陽角與觀測角下的茶樹樹冠光譜,對咖啡因、EGC與EGCG三種成分的解釋力均可達到75%以上,對於茶氨酸只限於某些太陽角與觀測角下模擬的光譜之解釋力可達75%以上。因此從此研究中,我們可以用現地高光譜資料來分析影響青心茶口感主要化學成分,並瞭解到用空載或衛載遙測資料來大尺度評估茶品質的可行性。

       
  2. 現生珊瑚汞及微量元素的生物地球化學及環境變遷的關聯
    Biogeochemistry of Hg and trace elements in the contemporary corals in relation to environmental changes
    • 計畫願景:
      此計畫是中美合作之海洋研究計畫,欲利用現生珊瑚之古記錄,重建過去海洋中「汞」及金屬污染的歷史,並與海洋環境變遷的關聯。計畫願景首要開發先進分析技術量測珊瑚中微量元素汞,再者重建過往海水中汞及微量元素的濃度,並探討其與環境變遷的關係, 最後,樣品進行比對分析,將研究從台灣周遭海域的珊瑚擴展到其他海域,瞭解過往歷史汞及微量金屬濃度全球或區域性變化的趨勢。最終,希望合作撰寫頂尖學術的研究論文;開展未來彼此海洋教育及技術的交流,互派學生及技術人員,移地訓練並研究;培植新秀貢獻台灣海洋。
    • 執行成果:
      本計畫「現生珊瑚汞及微量元素的生物地球化學及環境變遷的關聯」是為期近兩年的研究,目的是想量測珊瑚骨骼中微量汞(Hg)的濃度,重建過往海水的汞濃度並了解其污染的歷史。首先,我們成功發展出一套準確的測定方法,建立「煆燒裂解-同位素稀釋汞蒸氣法」並結合「感應耦合電漿儀」之超微量偵測技術(calcination-isotope dilution-ICP-MS),直接量測並準確分析珊瑚骨骼中汞的微量濃度。此方法的分析性能相當好,其實驗檢測極限和重複樣本測定的再現性,分別大約2 fmol Hg(10-15 mol)和<15%;也成功地應用於百慕達群島附近珊瑚中微量汞的量測,重建1950至2008年海水中汞濃度的變化,從最高值~4 pmol g-1 到 目前約 1 pmol g-1(目前海水濃度)遞減的趨勢,其高值和當時機場工程的開發有關。另外,我們也投入於在台灣週遭邊緣海域(例如南海)的現生元素汞之生地化循環及海氣交換研究,研究數據顯示,南海大氣汞的濃度遠高於開放性大洋的背景值有兩至三倍,主要是源自靠近陸地及大陸污染物藉由東亞季風大氣長距離傳輸至南海海域;亦評估其海氣交換通量,每年從南海釋放到大氣的交換通量平均~385 kmol Hg y-1,佔全球釋放通量約~2.6%,然南海海域面積只佔全球海洋面積的~1%,確有如此高的釋放率顯示南海海域已受到明顯地區域性污染。以上初步研究顯示,藉由現生研究與珊瑚汞資料連結,可提供海水汞污染的歷史與過往環境變遷關係的基礎重建。
      關鍵詞:南海,珊瑚汞,汞污染,汞生地化,海氣交換通量
       
  3. 量子輸運分子電子開關
    Quantum Transport in Molecular Electronic Switches
    • 計畫願景:
      電子元件小型化的持續趨勢,終將促成可行的奈米電子學,可能的方法是經由分子電子學的方式。然而有效率的分子電子開關的成功發展將是此演化的重要關鍵。本計畫將致力於瞭解分子開關的特殊電學特性與調控低維度奈米結構的量子運輸性質,並進一步應用在奈米電子元件上。
    • 執行成果:
      如何有效地控制和利用奈米尺度下的結構-功能關係,並減少理論與實驗之間的間隙是分子電子學進展的關鍵問題。為了這個目的,詳細了解由一個分子橋接兩個電極所構成的單分子結的電子傳輸特性是必需的。利用基於密度泛函理論和非平衡格林函數方法的第一原理計算,我們顯示單分子結可由螺旋的金奈米管構建,它們展現與非螺旋的金奈米線不同的透射譜。由分子的特性決定主要的傳導通道,定出局部態密度的分佈,這可由電極的螺旋性進一步的加以控制。計算出的電導值與測量數據值定量符合,表明我們的分析可揭示分子結的幾何形狀和傳導機制。我們也研究偏壓對一個硫醇分子嵌入兩個非螺旋的金奈米線(電極)之間的電子傳輸性質的影響。我們計算了透射譜和電流-電壓曲線,並且發現當偏壓高於0.3V時,接近費米能級的透射峰開始分成兩個。這個現象可解釋對該硫醇分子結體系所計算出的電流¬-電壓曲線中的非線性行為。用Simmons的模型與實驗測得的參數所獲得的擬合曲線與偏壓小於0.5V所計算的電流-電壓曲線相當匹配吻合。這表明我們的計算對施加偏壓硫醇分子結體系的傳導機制有直接的含意與揭示。此外,我們發展了一個計算非馬可夫(non-Markovian)雙時關聯函數和有限頻率的噪聲功率譜的正確方法。此正確方法是奠基於非馬可夫量子態擴散(NMDSD)或擴散隨機薛定格方程的方法上。這種功能強大的NMQSD方法使我們可以計算出通過連接兩個電極的量子點的傳輸電子的精確電流-電流雙時關聯函數以及精確的電流噪聲功率譜。對比於我們認為只適用於馬可夫領域但被廣泛使用的麥克唐納(MacDonald)公式,我們的方法對在奈米結構或分子電子學中涉及非馬爾可夫過程的電子傳輸會有重要的應用。
       
  4. 以生物化學、結構學及單分子影像方法探討PriA及DnaC/DnaI蛋白在DNA複製再啟動之機制 
    Characterizing PriA and DnaC/DnaI proteins involved in DNA replication restart using combined structural, biochemical and single-molecule imaging approaches.
    • 計畫願景:
      DNA的複製常會因為DNA的損壞而造成DNA複製叉停頓或瓦解。這些停頓的複製叉必須被有效的修復以恢復基因正常的複製。此「DNA複製再啟動」的過程由一群酵素藉由層層的調控來推動。本計畫由台大與中研院合作,目標是定義出DNA複製再啟動過程中PriA及DnaC/I的反應作用機制。在此我們結合生物化學和生物物理的技術,利用結晶學以及單分子實驗來探討此酵素群組的結構及功能。
    • 執行成果:
      DNA的損壞會造成DNA複製叉在複製過程中的瓦解。瓦解的複製叉必須被有效的修復才能進行基因的正常複製。這個由台大與中研院合作的醉月湖計畫,結合生物化學和生物物理的技術,利用結晶學以及單分子實驗來研究「DNA複製叉再啟動」的過程是如何啟始與進行的。利用單分子實驗栓球實驗,我們研究整個再啟動機制的起始酵素PriA,直接量測到單一PriA解螺旋酵素與雙股DNA 的結合,以及解旋過程的時間軌跡,並量測出其解旋速率及細節。我們也利用電子顯微鏡技術研究DnaC/DnaI酵素群組的分子結構及其作用的部位,這些研究將有助於釐清再啟動機制中酵素群組間互相作用的緣由。

       
  5. 大氣中奈米粒子的形成機制及其性質
    How the nature generates nanoparticles in atmosphere and their properties  
    • 計畫願景:
      氣溶膠粒子在氣候具有重要作用,因為它們在吸收和散射太陽輻射和它們作為雲凝結核能力的功效。在大氣中,氣溶膠顆粒通過,可以產生通過成核和冷凝過程不太揮發性產物的揮發性物質的氧化反應,從地球的表面發射包括直接,如灰塵和海鹽顆粒,和間接。為了了解所需要的參數為核事件及其影響氣候和人類健康,這項研究計劃的實地研究集成實驗室實驗來研究新粒子的形成與細節的環境參數,如三氣相組成除了 ​​不同的環境站點表徵的光學性質,並形成納米縮放的氣溶膠粒子雲凝結核的能力。
    • 執行成果:
      本研究利用實驗及模擬計算於實驗過程中出現的反應機制,探討不同波段的紫外光對於光化反應的影響,以及讓氣流中加入選定的氣體,觀察其對光化反應、粒子生成的影響,實驗所產生的粒子使用掃描式電動度粒徑分析儀(SMPS)進行粒子的粒徑、數量進行測量。實驗結果得知,提供的紫外光須要能光解產生OH自由基才能在實驗中觀察到新生粒子;相對溼度的實驗發現,新生粒子的數量及體積會隨著相對溼度增加而增加;於氣流中添加不同臭氧濃度的實驗則可得知,新生粒子的數量及體積,隨著氣流中臭氧濃度的增加,反而有減少的情形;添加不同濃度的過氧化氫氣體於氣流中的實驗則發現,氣流中過氧化氫的濃度越高時,新生粒子的數量越少,當濃度超過20 ppm時,粒子生成的現象就消失了;而在氣流中添加高濃度(1786 ppm)的甲醇氣體實驗,也可發現其有抑制粒子生成的能力。在改進的實驗中顯示H2O2、甲醇及二甲胺會讓粒子數減少,而異戊二烯(~ 10 ppm) 、SO2 (>500ppm) 及NH3 (> 300 ppm)則增加粒子數並增進粒子成長。

      ↑Isoprene (~ 10 ppm) showed a less concentration than SO2 (>500 ppm) required to enhanced the particle total number concentration and mode size.
        
      模擬結果得知,相對溼度的增加時,新生粒子數量增加的原因可能與硫酸、甲醇等產物數量增加有關;不同臭氧濃度的模擬則推測,實驗觀測到的新生粒子數量減少的原因,可能與甲醇及硫酸的複合物數量減少有關,但還無法完全解釋粒子的生成現象,推測還有其他物種的影響;在不同過氧化氫濃度的模擬中則可知,複合物所推測出來的核化速率變化趨勢與實驗結果一致;而在甲醇的模擬中則發現,由於硫酸的產量遠低於核化需要的濃度,因此沒辦法觀測到粒子生成現象。由上面所述,推測甲醇與硫酸的複合物在本研究中可能是生成粒子的前驅物質之一,但仍然有許多問題需要解決。在觀測實驗中顯示在溪頭林區同步的新粒子生成與monterpenes/NOx 有較高的相關性,與實驗室所量測的低濃度isoprene 即可促進粒子生成與成長結果一致。
      關鍵詞:紫外光、OH自由基、相對溼度、臭氧、過氧化氫、甲醇、異戊二烯、二氧化硫、氨
       
  6. 社會網絡裏的群體決策模式
    Group Decision Making in Social Networks
     
    • 計畫願景:
      群體決策的品質和效率是否優於個人決策? 關於此問題,在不同學門間,如 生態學、經濟學、心理學、和社會學,已引起熱烈討論。本研究結合心理學和社會學觀點,融合個體和總體視野,探討群體決策在社會網絡的互動模式下是如何達成的。基於當前社會正處於一個嶄新的網絡世代,人與人之間的直接或間接連結較之以往更加頻繁便捷,我們企圖瞭解社會網絡結構是如何影響群體決策的品質和效率。我們擬設計並執行一系列的行為實驗,在其中操弄社會網絡來探索這些問題。我們冀望這些研究結果,能對當前民生議題有所啟發。
    • 執行成果:
      我們設計並執行一「公共財」行為實驗,以瞭解群體決策模式是如何影響人們在公益上的付出。我們招募225位大學生受試者,陸續在台大心理系電腦教室進行實驗。實驗結果發現不同的公共決策模式會導致不等程度的公益大小:當人們幫自己做決定時,公共財的數量少於當人們可以投票選擇代表幫他們做決定的「代議模式」。本計畫主持人之一並藉此平台計畫延續一之前國際合作,赴美國伊利諾大學香檳分校與合作學者撰寫論文,探討一以semiorder排比關係為基礎的隨機歷程模式,並針對定群追蹤資料量數評定提出可能的semiorder轉換機制。
       
  7. 用高解析度X波段合成孔徑干涉雷達影像分析台北地區的地表位移
    Analysis of ground displacements in Taipei area by using high resolution X-band SAR interferometry  
    • 計畫願景:
      此計畫利用高解析度X波段雷達影像及持久性散射體合成孔徑干涉技術結合光達數值高程模型、連續GPS測網及精密水準測量,監測臺北盆地的地層下陷、山腳斷層和大屯活火山群的活動性,由持久性散射體合成孔徑干涉技術所觀測到的地表變形將有助於瞭解這些地質災害的過程,有助於評估大台北都會區地質災害的防災和減災。
    • 執行成果:
      此計畫預計將高解析度X波段CosmoSkyMED雷達影像利用持久合成孔徑干涉雷達技術,分析台北地區的地表位移。主要著重在觀測台北盆地山腳斷層、金山斷層和大屯火山的活動性以及監測台北盆地的地層下陷區域。永久散射體雷達干涉技術(Persistent Scatterers InSAR,PSInSAR)為經由大量影像中萃取出穩定的散射點,利用其強度及相位穩定的特性,進而消除因為DEM殘差以及大氣延遲效應造成的誤差,並且期望其精確度可以從公分級提升到2-3 mm 的等級。其另一優勢為可以追蹤同一目標物隨著時間的變化,以COSMO-SkyMED衛星而言,最快間隔時間為每1-4天即有一筆變化資料,並且在一張衛星雷達圖幅內,可追蹤數百甚至數千個的永久散射點,如此的資料密度相對於一般的精密水準測量或GPS測量而言,高出十倍至數十倍。根據本研究結果顯示,在2011年到2013年這段期間,臺北盆地主要以對視衛星方向下陷的運動為主,最大下陷速率主要集中於蘆洲地區的15 mm/yr以及三重地區的10 mm/yr。另外,值得注意是在大屯火山區南緣,PS-InSAR視衛星方向抬升速率可達約5-10 mm/yr,是否與大屯火山的活動相關,值得進一步探究。為對比精密水準資料,將X波段影像結果分為時間段一(2011/09-2012/09)以及時間段二(2012/09-2013/07)。結果顯示,此兩時間段所觀察到的台北盆地地表變型型態完全不同,與精密水準測量於盆地中央結果一致,均為時間段一以對視衛星方向下陷的運動為主;時間段二以對視衛星方向下陷的運動為主。由於台北地區近期為建造捷運有多處工程施工,對比於台北地區兩口地下水井水位面高度,發現地下水位高低與X波段影像結果時間序列有相當大的相關性。即地下水位面變化一公尺,分別在蘆洲以及五股兩口地下水井附近範圍可觀察到0.9公釐以及1.2公釐的地表變化量。因此,對於評估山腳斷層的活動性,必須分離構造運動和人為和季節性的影響。


       
      圖一、(a) COSMO-SkyMed衛星飛行方向與視角。(b) 本研究研究區域。(c) 台北地區在視衛星方向上的變形,參考點為位於台北盆地西側台地上的WUKU;圖中紅色虛線為山腳斷層位置。 2011年9月至2013年7月,臺北地區的地表變形,以五股和蘆洲地區較明顯。
      >圖二、(a) 2011年9月至2012年9月台北地區在視衛星方向上的變形。(b) 跨過山腳斷層的水準測線在視衛星方向上的變形行為與PSInSAR行為一致。(c) 2012年9月至2013年7月台北地區在視衛星方向上的變形。(d) 跨過山腳斷層的水準測線在視衛星方向上的變形行為與PSInSAR行為一致。一公尺地下水的升降可在蘆洲和五股造成0.9到1.6毫米的地表變形。評估山腳斷層的活動性需要先分離季節和人為活動所造成的地表變形。
  8. 固態四咪唑銅硫酸鹽配位聚合物之遲滯相變研究
    Study on hysteresis of the solid state phase transition of tetrakis(imidazole)cupper sulfate coordination polymer 
    • 計畫願景:
      固態四咪唑銅硫酸鹽配位聚合物之合成、構造解析、遲滯相變表徵、升溫相變焓、降溫相變焓、相變溫度區間電子共振光譜、變壓拉曼光譜、變壓晶體構造解析。
    • 執行成果:本本研究計畫延續先前的研究發現固態四咪唑銅硫酸鹽聚合物之遲滯相變研究,進一步的在咪唑環上修飾不同取代基,以探討銅錯合物之幾何結構對遲滯相變的影響。我們合成一系列含不同取代基之咪唑和噻唑配位基之銅配位錯合物,並利用固態單晶繞射來鑑定其結構。其中若咪唑環在氮上的取代基是甲基、乙烯基及乙醯基,則可形成一維分子鏈的結構,是藉由硫酸根之氧原子與兩個相鄰之銅金屬中心配位所形成。在2-和4-位置具有甲基取代之咪唑銅配位化合物,則以銅為中心形成四角錐結構。然而這些錯合物不具有遲滯相變之特性。



      含噻唑配位基之銅錯合物則同時具有四角錐及分子鏈兩種混合之配位結構,其中分子鏈結構,也是經由硫酸根的氧原子與相鄰銅金屬中心配位,形成一維結構,然而此噻唑銅錯合物亦無遲滯相變的特性。若以醋酸根取代硫酸根,則會得到六配位之八面體結構但是亦無遲滯相變的特性。


       
  9. 以鋅離子穩定之阿茲海默症類澱粉胜肽聚集之生化性質及分子結構測量
    Structural and Functional Elucidation of the Novel Zn2+-Chelated Oligomeric Aggregates of Alzheimer's Amyloid-Beta Peptides   
    • 計畫願景:
      許多例如阿茲海默症、亨丁頓舞蹈症等人類腦神經退化病變都與類澱粉胜肽之聚 合過程有關,研究此類蛋白的結構是十分重要的前沿生醫課題。此計畫擬用固態核磁共振光譜找出類澱粉蛋白在低分子量聚集體與已纖維化的蛋白之結構相 異處,希望可以藉此更深入了解其初始聚合時的分子機理。我們期待結果會有助醫學界發展相關之治療方法。  
    • 執行成果:在此研究中,我們發現鋅離子可以穩定含四十殘基之β類澱粉胜肽(Aβ40)之寡聚物。我們證明了此等被鋅離子所穩定的寡聚物(ZnAβ40)是Aβ40纖維化過程的中間體。透過一系列生化實驗的量測,我們發現ZnAβ40比不含鋅離子的Aβ40寡聚物更具細胞毒性。碳13固態核磁共振實驗顯示ZnAβ40在結構上雖然非常不均勻,但在分子尺度上其構型與Aβ40纖維相當接近。光譜結果說明ZnAβ40的二級結構與文獻中Aβ40纖維的基元──摺板/轉折/摺板──相當類同。此外,我們也發現ZnAβ40的側鏈在結構上與Aβ40纖維有極大的差異,而且其結構有很大的多樣性。換言之,鋅離子對個別Aβ40多肽分子在構型上不會有很大的影響,但此二價陽離子卻會阻礙Aβ40多肽分子之間的排列,令其無法形成纖維分子。至於ZnAβ40異常的毒性與其結構的多樣性是否有關,則需要進一步的研究才能瞭解。

       
  10. 發展化學工具用於探索植物壓力調節相關訊息胜肽的感知受體及端粒結合蛋的標定、純化及其生理角色
    Developing Chemical Tools to Explore Pressing Plant Signaling Peptide Perception for Stress Regulation and Telomere Binding Proteins    
    • 計畫願景:
      本計畫將透過光親和性探針技術與高效質譜分析平台進行端粒結合蛋白以及植物訊息胜肽結合蛋白的辨識標定與純化工作,並探究該結合蛋白與其受體間的相應結合位置,以期能藉此探知其生理角色,有助於瞭解端粒酶活性的調節機制及改善植物對病原的抵抗力。
    • 執行成果:我們設計合成了一系列一系列以 BMVC 骨架為辨識端,導入不同連結端長度的氮芥子氣衍伸物 (BMVC-CnM; n = 2, 3, 6)。利用高分辨率的變性聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)實驗觀察這些烷化劑與不同型態的G-4 DNA結構作用(包括端粒G-4(混合-2型和反式型)和原癌基因的啟動子,C-MYC(平行))以及互補雙股,和單股DNA作用。實驗結果顯示這些烷化劑對於G-4 DNA有非常顯著的烷化能力,產率大約33〜42%,相較於其他類別的DNA(雙股,和單股)產率則相對低,大約<5%。意味這些烷化劑對於DNA二級結構有非常高的特異性。除此之外,我們利用電噴灑離子化質譜 (electrospray ionization mass spectroscopy, ESI-MS)、液相層析-質譜分析 (liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS) 與化學/酵素足跡法 (footprinting) 進行共價產物的分析,確認反應產物的分佈與共價鍵的反應位置。結果顯示,連結端的長度會影響反應位置的選擇性以及特異性。利用電噴射離子化質譜(ESI-MS)分析完整烷基化加成產物,我們首次揭示了苯胺芥末雙烷基化是經由逐步反應,而非既往認定的同步進行機理。此外,我們設計合成了可調控反應性,藉由增加氮芥子氣攻擊端作用距離提高DNA鏈內交聯能力的烷化基團 (BMVC-SW)。初步研究結果顯示,新的烷化基團的確有較高的DNA鏈內交聯能力,很有潛力發展成新的癌症治療化學藥劑。再者,不管是BMVC-CnM或增加氮芥子氣攻擊端作用距離的 BMVC-SW皆有穩定性和位點選擇性的交聯能力特點,可以成為研究生物系統中是否有G-4 DNA結構存在以及G-4生理功能的一個可靠工具。
      a)



      b)

      圖一a) BMVC-CnM/SW的化學結構以及 and G-4導引的原癌基因啟動子DNA的晥化; b) 逐步反應的雙皖基化反應機理
       
  11. 以先進質譜分析與分子影像技術探討阿茲海默症腦部tau蛋白質的磷酸化情形
    Tau phosphorylation in Alzheimer’s disease: mass spectrometry and molecular imaging analysis   
    • 計畫願景:
      阿茲海默症是最常見的老人失智症,也是台灣的老人醫學未來最大的困境與挑戰。阿茲海默症的主要病癥是先有類澱粉蛋白質(amyloid β)堆積成老年斑塊,而後tau蛋白質過磷酸化堆積成神經纖維糾結。由於腦部所發生的蛋白質體變化非常複雜,用一般生化實驗無法準確測量。我們計畫運用先進的蛋白質質譜技術,配合阿茲海默症小鼠模型,研究這兩種容易錯誤摺疊的蛋白質,如何在神經突觸發生交互作用。同時利用我們自行開發出的神經突觸影像技術,觀察錯誤摺疊蛋白質的空間分布情形。這項研究將有助於我們了解阿茲海默症初期所發生的神經化學變化。
    • 執行成果:這個研究計畫是由中央研究院化學所陳玉如教授,國立台灣大學理學院化學系戴桓青助理教授,與美國哈佛醫學院Bradley Hyman教授所共同合作。研究的主題為阿茲海默症的蛋白質堆積現象,重點為人腦神經突觸的tau蛋白堆積情形。經過兩年的研究,我們有以下幾項具體貢獻:
      (1)利用麻塞諸塞州阿茲海默研究中心的人腦組織庫,進行人腦神經突觸的分離工作。並利用免疫染色法確認了錯誤摺疊的tau蛋白與過磷酸化的tau蛋白在神經突觸體內的分布情形。此項工作已發表在Acta Neuropathologica Communications, 2014, 2, 146。
      (2)利用APP/PS1的阿茲海默症小鼠模型,進行神經突觸tau蛋白磷酸化的機制探討。我們發現Aβ引發tau的磷酸化位置為T181, S199, S202, S396, S400, S404, S416。受到活化的激酶則為CDK5。此工作已經投稿至國際期刊。
      (3)在一般小鼠的神經突觸中直接以超解析光學的方式觀察tau的分佈情形。以新穎的螢光染色方法,結合全內反射雷射螢光顯微鏡(TIRF)與隨機光學重建顯微術(dSTROM),達成20 nm的空間解析度(見下圖,與中央大學光電所簡汎清教授合作)。

       
  12. 以光遺傳學小鼠模式探討酬賞決策與酬賞預測錯誤之大腦神經基礎 
    Investigation of the neural basis of reward-based decision making and reward prediction error using optogenetics in mice
    • 計畫願景:
      光遺傳學是一個結合光學與遺傳學的先進技術,可用在活體組織及自由活動的動物身上,透過直接的因果操弄來探討神經科學/生物心理學的重要議題。這個獨特的技術被選為2010年該年最具代表性的研究方法。我們實驗室(整合神經科學與行為學實驗室 http://www.psy.ntu.edu.tw/LINE/)主要的研究興趣在於探討心智運作的神經生物基礎,其中一項研究議題在於從跨領域的取向來探討動物及人類複雜的認知功能及其神經機轉。透過與中研院生醫所陳志成副研究員及其團隊的合作,我們將利用帶有感光離子通道的基因轉殖小鼠及AAV病毒為途徑,共同攜手在台灣建立這套實驗方法。同時將使用這項先進技術來探討酬賞決策行為的神經機制以及止癢行為的神經迴路。這些研究將有助於瞭解酬賞決策的內在神經機制與歷程。
    • 執行成果:如同英國哲人傑若米邊沁所描述:「人類生於痛苦與愉悅兩種最高的主宰之下,這兩者缺一不可,能主導人類的行為表現。」由此觀之,動物會去追求酬賞帶來的愉悅或避免懲罰導致的痛苦,且痛苦(亦或是癢引發的痛苦)的解除則可被視為正向的愉悅感受。從享樂的觀點來看,所有選擇的決策歷程也都是用來達成獲得酬賞或逃避痛苦。然而、痛苦解除所引發之酬賞決策其內在歷程與神經機制仍然不清楚。本研究的主要目標在於找出與痛苦/癢解除有關之酬賞決策神經生物機制,利用光遺傳學來釐清與痛苦與癢,以及多巴胺神經迴路與系統在痛苦與癢解除歷程中的重要性。在這個兩年的計畫中,我們已經用光遺傳學模式證實止癢與酬賞行為的關連性。我們進一步發現:(1)多巴胺神經系統參與了止癢歷程;(2)透過刺激週邊止癢神經元所引發的觸覺感受能造成場地制約偏好及抑制癢的效果;(3)操弄癢或止癢皆不會引發場地制約嫌惡反應;(4)在ASIC1a-Cre::LMO3 小鼠中,可以透過光遺傳學照光刺激視丘中的 ASIC1a 神經細胞達到周邊身體止癢的效果。根據這樣的發現,我們進一步假設在 ASIC1a 基因剔除小鼠模式上,當無法透過抓癢有效止癢時能引發場地制約嫌惡反應。並將在ASIC1a-Cre::LMO3::ASIC1af/f小鼠上給予致癢操弄,實際檢測這些小鼠是否會在以照光刺激為止癢酬賞的操作制約決策作業中表現出追求酬賞的行為藉以驗證我們的假設。這些研究結果有助於瞭解止癢引發之愉悅的大腦神經機制以及發展新的止癢方式。
      關鍵字:癢、止癢、酬賞決策、多巴胺、ASIC、小鼠模式、光遺傳學

       
  13. 熱帶島嶼地形與人類土地利用對季內尺度對流雲與降水之影響
    The role of topography and human land-use activities on tropical islands in modulating the intraseasonal variability of convective clouds and rainfall
    • 計畫願景:
      東南亞熱帶島嶼是全球生物多樣性最豐富的區域之一,其地景植被近數十年人為開發使當地發生劇烈改變。熱帶對流活動直接影響島嶼生態與人類活動,而對流通過時,島嶼地形與陸面過程亦可能改變對流活動。本研究由理學院大氣科學系地理系與中研院環境變遷中心跨領域共同參與,透過分析多種衛星觀測資料,並運用最先進的SP-CAM全球雲解析氣候模式,來瞭解海洋大陸熱帶島嶼地形與土地利用改變對季內尺度對流活動的影響機制。   
    • 執行成果:本研究透過氣候模擬與分析高解析度觀測資料,探討東南亞海洋大陸地區森林砍伐的氣候效應,並瞭解對流現象與島嶼地形及大尺度環境之間的交互作用。海洋大陸是全球生物多樣性最豐富的區域,亦是最近數十年來人為開發造成地景植被改變最劇烈的地區之一。熱帶地區對流活動的頻率與強度對島嶼生態系與人類農業、經濟活動有直接的影響,當對流通過熱帶島嶼時,島嶼的地形、陸面過程與人為土地利用都可能影響對流的結構與降水。從日夜尺度到30-60天週期的季內尺度熱帶對流活動是近年來全球氣象與氣候學界的焦點議題之一,提升對這些現象的科學知識與數值模擬能力,對氣象預報、氣候模擬與全球水循環的瞭解均會帶來極重要的助益。本研究整合國內在氣候動力、陸面過程、濕對流、雲微物理、氣候模擬與衛星遙測等領域的專家共同參與合作,以國內首度使用的全球雲解析氣候模式進行氣候模擬,發現海洋大陸土地利用改變,可能使島嶼內陸地表溫度上升、沿岸海陸風對流加強,但是造成熱帶季內震盪活動減弱。此外,計畫中亦綜合分析多種衛星觀測及高解析度大氣海洋再分析資料,逐步瞭解島嶼地形影響季內震盪的詳細機制,以及海洋大陸地區降水對於聖嬰與反聖嬰現象下不同大尺度環境的敏感性。本研究獲得使用最先進模式工具與衛星觀測資料的經驗,有助於國內在氣候與地球系統模擬的跨領域研究發展,並增進國內在「熱帶對流與複雜地形交互作用」此一國際重要科研議題的研究實力與國際合作機會。

      圖1. 本研究探討東南亞海洋大陸地區森林砍伐的氣候效應,並瞭解對流現象與島嶼地形及大尺度環境之間的交互作用。

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