第二章 實驗
3.4 偶氮還原修飾電極之表面影像分析
對於蛋白質吸附於 Phenothiazine 修飾電極表面的行為，我們也 利用原子力顯微鏡(AFM，Tapping mode)與掃瞄式穿隧顯微鏡(STM) 顯影技術進行影像分析，其中我們也以導電模式原子力顯微鏡 (C-AFM)進行分析比較。理論上，AFM 是以原子間交互作用力得到 待測物表面形貌，而 STM 則是藉由探針與待測物間穿隧電流成像，
至於 C-AFM，則是利用導電度差異進行顯像。利用 Tapping mode AFM 對 ITO、ITO|TB、ITO|TB|FT、ITO|TB|GOx 與 ITO|TB|ST 進行表面分 析所得影像如圖 3-24 與 3-25 所示。若進一步將圖中表面粗糙度進行 分析，其結果如圖 3-26 所示。我們發現以偶氮化製得的電極經蛋白 質修飾後，其表面粗糙度比未修飾前大，顯示 TB 可將蛋白質吸附於 其表面。我們也發現：雖然以氧化聚合而得的電極，經蛋白質修飾後 的表面粗糙度變小，顯示蛋白質可能吸附於 TB 膜凹槽之內，但因其 表面粒子寬度明顯變大，與前者結論頗為一致。
圖 3-24 . (a) ITO、(b) ITO|TB、(c) ITO|TB|FT、(d) ITO|TB|GOx 與(e) ITO|TB|ST 之 AFM 表面影像，其中 TB 是由偶氮化修飾而得。Scan size 500 nm × 500 nm，Data scale：20 nm，掃描速率 1 Hz。
圖 3-25 (a) ITO、(b) ITO|TB、(c) ITO|TB|FT、(d) ITO|TB|GOx 與(e) ITO|TB|ST 之 AFM 表面影像，其中 TB 是由氧化聚合法製備而得。
Scan size 500 nm × 500 nm，Data scale：20 nm，掃描速率 1 Hz。
a b c d e 4
5 6 7 8 9 10
11 A
B
R o u g h n e ss ( n m )
圖 3-26 (a) ITO、(b) ITO|TB、(c) ITO|TB|FT、(d) ITO|TB|GOx 與(e) ITO|TB|ST 之 AFM 表面粗糙度分析，其中曲線(A)為偶氮化修飾的電 極，而(B)為以氧化聚合而得。
由於 STM 的探針針尖比 AFM 細緻，理論上應可獲得較精確的待 測物表面，我也在液相中對前述電極進行 STM 影像分析，其結果如 圖 3-27 與 3-28 所示。也對表面影像做粗糙度分析，如圖 3-29，發現 ITO|TB 電極表面粗糙度變化情形與 AFM 結果相符，但由於粗糙度無 法分辨蛋白質粒徑所以我改用寬度做分析。我們也藉由 C-AFM 進行 分析，最後並將三種顯影技術對於蛋白質粒徑進行分析，所得結果如 表 3-2 所示。我們發現：由 STM 所測得的粒徑大小與文獻(23~25)最為 接近，代表探針針尖大小與成像方式是觀察奈米級影像的重要因素。
圖 3-27 (a) ITO、(b) ITO|TB、(c) ITO|TB|FT、(d) ITO|TB|GOx 與(e) ITO|TB|ST 在液相中所得的 STM 影像，其中 TB 是以偶氮環化修飾琺 製備而得。Scan size: 200 nm × 200 nm，穿隧偏壓：100mV，Data scale：
10 nm，掃描速率：15 Hz，溶液：二次去離子水。
圖 3-28 (a) ITO、(b) ITO|TB、(c) ITO|TB|FT、(d) ITO|TB|GOx 與(e) ITO|TB|ST 極在液相中所得的 STM 影像，其中 TB 是以氧化聚合法修 飾，Scan size：200 nm × 200 nm，穿隧偏壓：100mV，Data scale：5 nm，
掃描速率：15 Hz，溶液：二次去離子水。
a b c d e 4
5 6 7 8 9
A B
R o u g h n e ss ( n m )
圖 3-29 (a) ITO、(b) ITO|TB、(c) ITO|TB|FT、(d) ITO|TB|GOx 與(e) ITO|TB|ST 在液相中所得的 STM 影像面粗糙度分析。其中曲線(A)為 偶氮化修飾的電極，而(B)為以氧化聚合而得。
進行 C-AFM 分析前，我們先對 ITO；ITO|TB 以及蛋白質修飾後 電極進行 I-V curve 分析，發現若將偏壓設於 0.5 V 時，三者差異最 大，結果如圖 3-30 所示。有鑑於此，我們便將 C-AFM 偏壓固定於 0.5 V，以分析蛋白質吸附情形，結果如圖 3-31 與 3-32 所示。
1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -35
-30 -25 -20 -15 -10 10 15 20 25 30 35 -5 0 5
C u r r e n t (p A )
E (V) vs. SCE
(A) (B)
(C)
圖 3-30 以 AFM 導電探針對(A) ITO|TB|FT、(B) ITO|TB 與(C) ITO 所 測得的 I-V 曲線，掃瞄速度：1.97 Hz。
圖 3-32 以氧化聚合法所得的 ITO|TB 電極(a)吸附 FT (b)、GOx (c)、
與 ST (d)所測得之 C-AFM 影像，掃瞄速度：1 Hz，掃瞄範圍：1 m
× 1 m，Data scale：5 nA。
為降低基材粗糙度對 STM 影像分析之影響，我們也把鐵蛋白滴 在 HOPG 上，在水相進行 STM 分析，並成功觀察到鐵蛋白影像，
其高度為 12 nm，寬度約為 14 nm，如圖 3-34 所示，與理論值頗為 吻合。
表 3-5 各種顯影技術對蛋白質粒徑進行分析所得結果比較 _______________________________________________
AFM/nm STM/nm C-AFM/nm _______________________________________________
GOx 25.39 12.01 21.31 FT 20.05 12.89 24.58 ST 33.39 34.79 29.92
_______________________________________________
圖 3-34 以自製鉑銥合金探針在二次去離子水溶液中觀察單一鐵蛋白 吸附顆粒影像，Scan size: 80 nm × 80 nm，穿隧偏壓 : 100 mV，Data scale :10 nm，掃描速率：15 Hz