4-1 13nm 金奈米粒子鑑定
本次實驗我們採用簡易的檸檬酸鈉所修飾過的金奈米粒子19, 32 利用加熱迴流系統下還原方式進行反應，在金奈米鑑定上首先利用穿 透式顯微鏡下可看到奈米粒子的大小為 13nm，另一方面我們從紫外 線吸收光譜儀上也可發現在 520nm 有金奈米的主要吸收波長如下圖 (3-1)所示，因此更進一步確定金奈米的材料特性。
圖-(3-1)金奈米 UV -Vis spectrum 與 TEM 成像圖
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4-2 石墨氧化物(GO)之鑑定與分析
本研究室採用 Hummer 法改良利用氧化法將石墨先還原成石墨 氧化物後再進一步利用聯胺還原，使其還原成氧化石墨烯，在這種利 用以溶液方式還原的石墨烯材料在鑑定上參考文獻[36][37][38]
[39][40]
，我們可以從穿透式顯微鏡(TEM)所示可以看出其片狀薄膜以及原子力顯微鏡(AFM)觀察期片狀結構的大小，結構其大小約為 1~100 微米，另一方面我們在另用紫外線光譜吸收儀應證在波長 230nm 有石墨氧化物的吸收波長，而在 XRD 的圖形中我們可以觀到 所合成的石墨氧化物與所符合於文獻的訊號，最後從 IR 圖形中也可 以看出，所合成的材料官查出在 3000–3400 cm-1有 OH 訊號及 1720 cm-1之 C=O 之訊號以及 1020cm-1有 C-0 訊號，其鑑定圖譜如下圖(4-2) 所示。
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圖-(4-2)石墨氧化烯鑑定之(a) UV-Vis spectrum (b) FT-IR spectrum (c)XRD (d) TEM 成像圖(e) AFM 成像圖
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4-3 Layer by Layber 結構分析
經由不斷旋轉塗覆的過程，因為在 GO 以及 AuNPs 之間會有電 荷吸引力的關係，所以會形成堆疊的結構，真實基材所呈現的情況如 下圖(4-3-1)所示，確實因為經由不斷塗覆個過程厚度與顏色都有改變，
另外一方面由於金奈米粒子與石墨烯氧化物都有吸收波長我們進度 一藉由鋪在石英玻璃上的堆疊結構觀察其吸收波長的變化，發現隨著 層數的增加，在 230nm 的石墨烯吸收值有上升的趨勢，而在 520nm 金奈米的訊號有些許的紅位移到 575nm 但也有上升的趨勢，而根據 文獻經過聯胺還原後，石墨氧化烯的吸收訊號會從 230nm 位移到 270nm,而在我們進行聯胺 還原後我們也可得到相同的印證，確實證 明材料從石墨氧化物還原成石墨烯，進一步我們再使用 SEM 的剖面 圖進行材料的研究探討，觀察堆疊 20 層的結構厚度，在圖中我們可 以觀察到厚度約為 250nm 左右，與我們所塗覆 20 層的厚度符合。其 實驗圖譜如下圖(4-3-2)所示。
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圖-(4-3-2) 石墨烯與金奈米 2-20 層堆疊結構鑑定圖 (a) 波長 200-700 之石墨氧化物與金奈米圖譜
(b) 波長 450nm-750nm 之石墨氧化物與金奈米圖譜 (c) 基板塗覆不同層數真實樣品
(d) SEM 之 20 層石墨烯與金奈米堆疊結構剖面圖
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及常見的奈米基質金奈米進行比較觀察訊號。19, 23
4-4-2 不同基質與木棉糖對 MALDI 分析之探討
木棉糖(Raffinose)方面我們可以在圖譜上觀察到在以金奈米粒子、
石墨烯為上層之 10 層堆疊結構以及有機酸 CHCA 為基質，同時都可 以在質譜圖上發現 m/z: [Raffinose + Na ]+ = 527 以及 m/z: [Raffinose + K ]+ = 543 但是以石墨烯為上層之 10 層堆疊結構擁有最好的訊號。其 結果如下圖(4-4-2)所示。
4-4-3 不同基質與葡萄糖對 MALDI 分析之探討
在葡萄糖(Glucose)方面，同樣的我們參考文獻比較了不同基質做 探討，在圖譜上我們可以觀察到只有以石墨烯為上層之 10 層堆疊結 構有 m/z: [Glucose + Na ]+ = 203 之訊號，其他基質無法觀察到有葡萄 糖的其他種類的訊號表現。其結果如下圖(4-4-3)所示。
39 BLANK 發現，是本身 BLANK 的訊號干擾所致。其結果如下圖(4-4-4) 所示。
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於一般金奈米與 CHCA 基質之輔助游離，甚至有些在金奈米與 CHCA 無法觀察到，而在木棉糖中比較不同層數結構中可發現以 10 層堆疊 結構有較好的訊號表現，因此再利用此層數結構進行進一步探討其他 醣類分子，都可以有觀察到良好的訊號表現，因此本實驗所建構的基 板是一個有效輔助游離的基板。
由於我們是採用旋轉塗覆的方式進行基材的堆疊，在結構上會比 一般傳統典樣方式來的平整，分子之間的分散性也比較好，會有效的 減少結晶性不均勻的問題，而我們採用兩種都是良好應用在 MALDI 中的基質-金奈米與石墨烯材料，因此在能量傳遞比較完整且大大增 強分析物游離，導致有更良好的訊號
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圖(4-4-1)-不同石墨烯與金奈米(rGO-AuNPs)堆疊層結構為基質對木 棉糖(Raffinose)之質譜圖，質譜圖訊號 m/z: [Raffinose + Na ]+ = 527 , [Raffinose + K ]+ = 543 (a)2 層堆疊結構 (b)5 層堆疊結構 (c10 層堆結 構 (d) 15 層堆疊結構(e) 20 層堆疊結構。
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圖(4-4-2)-不同基質對木棉糖之質譜圖, 質譜圖訊號 m/z:
[Raffinose+Na]+ = 527 , [Raffinose + K ]+ = 543 (a)LBL-BLANK (b)以 石墨烯為最上層的 10 層結構(c)金奈米粒子 (d)有機酸 CHCA 為基 質。
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圖(4-4-3)-不同基質對葡萄糖(Glucose)之質譜圖,質譜圖訊號 m/z:
[Glucose+Na]+ = 203 (a)LBL-BLANK (b)以石墨烯為最上層的 10 層結 構基板為基質 (c)金奈米粒子為基質 (d)有機酸 CHCA 為基質
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圖(4-4-4)-不同基質對核醣(Ribose)之質譜圖,質譜圖訊號 m/z:
[Ribose+Na]+ = 173 (a)LBL-BLANK (b)以石墨烯為最上層的 10 層結 構基板為基質(c)金奈米粒子為基質 (d)CHCHA-BLANK (e)有機酸 CHCA 為基質
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圖(4-4-5)-不同基質對麥芽糖(Maltose)之質譜圖,質譜圖訊號 m/z:
[Maltose+Na]+ = 365 (a)LBL-BLANK (b)以石墨烯為最上層的 10 層結 構基板為基質(c)金奈米粒子為基質 (d)有機酸 CHCA 為基質
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47 強度的[Phenylalanine+Na]+= 188 以及[Phenylalanine+K]+= 204。其結 果如下圖(4-5-2)所示。
4-5-3 不同基質與精胺酸對 MALDI 分析之探討
精胺酸(Arginine)可以增強人體對抗細菌、病毒及腫瘤之免疫力、
促進生長激素之分泌，促進傷口癒合及肝細胞再生及肌肉形成及減少 脂肪囤積。在質圖譜中我們可以觀察到[Arginine +H ]+= 175,[Arginine
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+Na ]+= 197 之訊號，分別 CHCA 的圖譜中我們只有觀察到[Arginine +H ]+= 175，在金奈米粒子方面我們在圖譜在無法觀察到任何的訊號，
若是以石墨烯為上層之 10 層堆疊結構為基質我們可以觀察到
[Arginine +H ]+= 175,[Arginine +Na ]+= 197 。其結果如下圖(4-5-3)所 示
4-5-4 不同基質對纈胺酸對 MALDI 分析之探討
纈胺酸(valine)為必頇胺基酸功用為促進腦力，改善肌肉協調功能 及安定情緒。在進行 MALDI 精胺酸的探討，利用一般有機酸基質與 廣泛應用的金奈米進行比較，在圖譜中我們可以觀察到[Valine +H ]+= 118,[Valine+Na ]+= 140, [Valine+K ]+= 156 之訊號,分別在 CHCA 的圖 譜中我們只有觀察到[Valine +H ]+=118，在金奈米粒子方面我們在圖 譜在無法觀察到任何的訊號，若是以石墨烯為上層之 10 層堆疊結構 為基質我們可以觀察到[Valine +Na]+= 175,[Valine +K]+= 197 。其結果 如下圖(4-5-4)所示
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4-5-5 不同基質與絲胺酸對 MALDI 分析之探討
絲胺酸(Serine) 幫助肌肉及肝臟儲存肝糖，協助製造抗體，合成 神經纖維之外鞘。在質圖譜中我們可以觀察到[Serine+H ]+=106 [Serine+Na ]+= 128, [Serine+K]+= 143 之訊號，分別 CHCA 的圖譜中 我們只有觀察到[Serine+H ]+=106，在金奈米粒子方面我們在圖譜在 無法觀察到任何的訊號，若是以石墨烯為上層之 10 層堆疊結構為基 質我們可以觀察到[Serine+Na ]+= 128, [Serine+K]+= 143 之訊號。其 結果如下圖(4-5-5)所示
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圖(4-5-1)-以金奈米與石墨烯堆疊結構為基質之不同層數對苯丙胺 (Phenylalanine)之探討，質譜圖訊號 m/z:[Phenylalanine+H]+ = 188 ; [Phenylalanine+Na]+ = 204 (a)10LBL-BLANK (b)2 層堆疊結構 (c)5 層堆疊結構 (d) 10 層堆結構 (e) 15 層堆疊結構(f) 20 層堆疊結構。
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圖(4-5-2)-不同基質對苯丙胺酸(Phenylalanine)之質譜圖, 質譜圖訊號 m/z: [Phenylalanine +Na]+ = 188 ; [Phenylalanine +K]+ = 204
(a)LBL-BLANK (b)以石墨烯為最上層的 10 層結構為基質(c)金奈米粒 子為基質(d)有機酸 CHCA 為基質
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圖(4-5-5)-不同基質對精胺酸(Arginine)之質譜圖, 質譜圖訊號 m/z:
[Arginine + H ]+ = 175 ; [Arginine + Na ] = 197 (a)LBL-BLANK (b)以石 墨烯為最上層的 10 層結構(c)金奈米粒子 (d)有機酸 CHCA 為基質
(a)
(b)
(c)
(d)
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圖(4-5-4)-不同基質對纈胺酸(Valine)之質譜圖, 質譜圖訊號 m/z:
[Valine + H ]+ = 118, [Valine + Na ]+ = 140 ; [Valine + K ]+ = 156
(a)LBL-BLANK (b)以石墨烯為最上層的 10 層結構(b) 以金奈米粒子 (d)有機酸 CHCA 為基質
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圖(4-5-5)-不同基質對絲胺酸(Serine)之質譜圖, 質譜圖訊號 m/z:
[Serine + Na ]+ = 126 ; [Serine + K ]+ = 143 (a)LBL-BLANK (b)以石墨 烯為最上層的 10 層結構為基質 (c)金奈米粒子為基質 (d)有機酸 CHCA 為基質
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因此由上面的實驗結果發現，若是以我們材料基板為基質，比起 以傳統金奈米粒子為基質時，我們可以偵測出金奈米所偵測不出的化 合物，而且是有良好的訊號表現，另一方面我們比較傳統有機基質 CHCA 我們同樣可以達到相等的訊號偵測，更一步進有優勢的是，在 低分子量的背景值，CHCA 常有很嚴重的干擾 ，而以我們的基材是 在背景值是比較沒有雜訊，這在做比較深入的真實樣品的分析的時候，
我們的材料是可以更佔有優勢的。
由於我們的材料最後一層所塗覆的是石墨烯，因此可以大量避免 分析物與金奈米粒子所接觸，在胺酸酸裡的官能基含有 NH2及 COOH, 這兩種官能基都與金有良好的鍵結能力，常用來修飾金奈米表面，因 此我們將石墨烯塗覆在最上層可以有效的減少胺基酸分析物與金奈 米有直接的接觸，而進行反應，因此可以大大改善游離的問題，我們 推測此原因，所以我們的基材擁有比金奈米粒子有更好的訊號偵測結 果。
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4-6 胜肽對 MALDI 分析之探討
胜肽是較短的蛋白質，許多胜肽有重要的生物功能或活性,胜肽 鍵 (peptide bond) 是由一個胺基酸的酸基，與次一胺基酸的胺基，行 脫水縮合反應而成的 C-N 鍵，具有雙鍵的性質, 兩個胺基酸以胜肽 鍵連成的二元体，稱之為雙胜 (dipeptide)，三個胺基酸則以兩個胜肽 鍵連成三胜 (tripeptide)，許多胺基酸連成多胜 (polypeptide)；再大的 胜肽即為蛋白質。因此我們想要進一步研究由胺基酸所組成的胜肽在
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(4-6-2)所示。另一方面在 Bradykinin 的質譜同中，我們可以觀察到 [Bradykinin+H]+=1061 之訊號。其結果如下圖(4-6-2)所示
圖(4-6-1)-以金奈米與石墨烯堆疊結構為基質之不同層數對穀胱甘肽 (Glutathione)之探討，質譜圖訊號 m/z:[Glutathione +H]+ = 330 ; [Glutathione e+ K ]+ = 346 (a)2 層堆疊結構 (b)5 層堆疊結構 (b)10 層堆結構 (d) 15 層堆疊結構(e) 20 層堆疊結構。
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圖(4-6-2-a)-不同基質對穀胱甘肽(Glutathione)之質譜圖, 質譜圖訊號 m/z: [Glutathione + Na ]+ = 330 ; [Glutathione + K]+ = 347; (a) 金奈米 為基質(b) 以金奈米為最上層 10 層堆疊結構為基質(c) 有機酸 CHCA 為基質(d) 以石墨烯 10 層結構為基質(e) 以石墨烯為最上層的 10 層 堆疊結構基質
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
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圖(4-6-2-b)-不同基質對穀胱甘肽(Glutathione)之質譜圖, 質譜圖訊號 m/z: [Glutathione + Na ]+ = 330 ; [Glutathione + K]+ = 347; (A)金奈米 粒子塗覆 10 層為基質(B) 石墨烯塗覆 10 層為基質(C)以石墨烯為最 上層的 10 層疊狀結構為基質
(a)
(b)
(c)
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圖(4-6-3)-穀胱甘肽訊號穩定度之探討
(a)金奈米為 10 層堆疊結構及石墨烯為 10 層堆疊結構穩定度 (b)樣品實際圖
(a)
(b)
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圖(4-6-4)-不同基質對阿斯巴甜 (Aspartame)之探討與 Bradykinin 之 質譜圖, 質譜圖訊號 m/z: [Aspartame + Na ]+= 317 ; [Glutathione + K]+= 333; [Bradykinin + H ]+=1061; [Bradykinin + Na ]+ =1083;
[Bradykinin + K]+ =1099 (a) 金奈米粒子為基質偵測阿斯巴甜(b) 以石 墨烯為最上層的 10 層結構為基質偵測阿斯巴甜(C) 金奈米粒子為基 質偵測 Bryadykinin(d)以石墨烯為最上層的 10 層結構為基質偵測 Bryadykinin
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