單分子光譜技術在生物物理和化學分析上的應用:
I.微小脂質體的脂質動力學
II. 微流道內氧氣濃度梯度的量測和分析

趙孟軒

doi:10.6342/NTU201602829

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单分子光谱技术在生物物理和化学分析上的应用: I.微小脂质体的脂质动力学 II. 微流道内氧气浓度梯度的量测和分析

Biophysical and chemical investigation using single molecule spectroscopy: I. Lipid dynamics in lipid bilayer of small unilamellar vesicles II. Probing oxygen gradient across micro-fluidic channel

赵孟轩 , 博士　　导师：林金全　　

英文 DOI： 10.6342/NTU201602829

共聚焦显微镜； DMPC ； DPPC ；微脂粒；小型单层微脂粒；异构化；氧气淬息；侧向扩散；氧气梯度；微流道；马可夫分析； confocal microscopy ； DMPC ； DPPC ； liposome ； small unilamellar vesicles ； isomerization ； intersystem crossing ； oxygen quenching ； lateral diffusion ； oxygen tension ； Birth-death Markov process ； micro-fluidic device

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摘要 │ 参考文献 (165) │ 国际计量

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In the last decades, single molecule spectroscopy has been highly developed to visualize exactly one molecule in complex environments. The well-established method allows the investigation of heterogeneity which is hidden in ensemble observation and help to enlarge our knowledge raging from biology to material science. In topic I, we utilized the technique to explore lipid dynamics in the membrane of four types small unilamellar vesicles (SUV): DMPC, DMPC/cholesterol (55:45 molar ratio), DPPC, and DPPC/cholesterol (55:45 molar ratio). We observed that the polar region of membrane might become oxygen transport barrier where lipid polar heads and cholesterols reduce oxygen diffusivity. Moreover, we found that lateral translational diffusion of DiD in lipids membrane is not only highly dependent on the lipids membrane phase, but also sensitive to the microenvironment discrepancy. Through the diffusion coefficient and triplet-state 2D correlation spectrum, we found DiD may locate at huge lipids domain, the lipids-packing defects or DiD induced ‘bouquet’ ultra-small clusters. In topic II, we probed the oxygen gradient across microfluidic channels using single molecule spectroscopy. Dye molecule is served as a probe. Due to the oxygen sensitivity to the triplet-state lifetime, the random-distributed dyes could sense the oxygen concentration at specific place. Each probe was measured under wide-field mode so that the gas variation could be visualized simultaneously. The detection limit in space ~400nm originates from diffraction limit which is largely lower than commercial oxygen elctrode ~3mm. The small, highly-respond technique might be an inspiration to the detection of dissolved oxygen (DO) distribution in vessel and gas gradient across membrane.

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References in Part I
连结：
[6] Li, Q. F.; Wu, S. S. H. and Chou, K. C. Biophys. J. 2009, 97, 3224.
连结：
[9] Leung, B. O. and Chou, K .C. Applied Spectroscopy 2011, 65, 967-980.
连结：
[12] Gustafsson, M. G. L. J. Microsc.-Oxford 2000, 198, 82.
连结：
[13] Gustafsson, M. G. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 13081.
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