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對抗空汙 王家蓁研發獨步全球氣膠檢測技術【環境科學領域】
食物、空氣、水本是生命賴以維繫不可或缺的要素,然而近年來人類所呼吸的「空氣」竟已成為生命中最不可承受之重。國立中山大學化學系王家蓁助理教授主持之氣膠及生醫材料科學實驗室成功研發「新一代多功能氣膠檢測儀」,為目前獨步全球之新穎氣膠探測技術,受到國內外產官學研界以及社會各界的高度關注。最近該團隊利用此技術將生物分子成功引入奈米級的水溶液氣膠狀態下,並藉此首度取得了半胱胺酸(必需胺基酸當中一具有相當重要生物活性的胺基酸分子)在不同酸鹼值水溶液環境下的價電子能級結構。

價電子能級結構特性直接影響的是一物質的化學活性,而一生物分子的化學活性往往決定了其生物功能。雖然傳統上要得到物質在氣態及固態的電子能級結構並非難事,然而要在高真空環境下得到物質在水溶液狀態下的電子能級結構,長久以來卻一直是相當困難的挑戰。早在1970年代,諾貝爾物理獎得主Kai Siegbahn即已開始努力找尋方法克服技術上的限制,欲探測物質在溶液態下的電子結構。 雖然先前已有歐美日等國家之權威學術機構 (如美國University of California, Berkeley及德國 Max Planck Institute等)利用Microjet技術將液態物質引入真空進行偵測,王家蓁老師所開發的水溶液氣膠技術證實具有較先前技術更高的解析度及更優越的實驗可調控性。

這項最新研究成果發表在美國化學學會《物理化學雜誌通訊 (The Journal of Physical Chemistry Letters)》並受到審查委員的高度推崇。審查委員認為這項工作優美地詮釋了半胱胺酸在生物過程中的重要性,並呈現了此新穎的液態氣膠光電子光譜技術的優越性。也認為此份工作以清楚簡潔的實驗數據及精練的呈現方式,對此一領域做了詳細的介紹,開展了光電子光譜於生物化學範疇的應用。更評價此工作非同一般通訊文章,高質量的研究勢將吸引廣大物理、化學家的注意。

網路爆紅《穹頂之下》影片,詳細說明中國十年來的「濃霧」現象其實是空氣中嚴重超量的懸浮微粒PM2.5所致。微細懸浮微粒就是「氣膠」,由多種物質混合而成,氣膠是微細懸浮微粒的泛稱。在環境科學、大氣科學及生醫材料科學等重要領域中,氣膠的重要性近年來逐漸為人所知,歐美等先進國家在過去數年,已重點投入大量研究經費及人才在氣膠的基礎研究上。王家蓁老師研究團隊所開發的新穎氣膠探測技術,在科技部及中山大學的大力支持下,完全是本土開發,不論在功能或解析度上,皆在國際上具有領先地位。

雖然PM2.5氣膠懸浮微粒與導致呼吸道、心血管、神經退化性等疾病及癌症之關聯性已被證實,其致病的基礎機理尚未完全釐清。這主要是由於目前對於不同化學成分PM2.5的基礎物化特性以及易受到PM2.5襲擊的生物分子本身之化學性質瞭解不夠深入之故。由於體內的生物分子正是最直接受到PM2.5 影響的物質,唯有清楚掌握這些分子本身的電子能級特徵,方能更深入了解當受到具氧化性或生物毒性的PM2.5 侵襲時可能發生的反應機制。利用此新穎氣膠探測技術,將可望幫助科學家對氣膠的基礎物理、化學及生化特性有更深入且全面的認識,並藉此解決目前氣膠在環境科學、大氣科學及生醫材料科學等相關領域的重大議題。王家蓁老師的研究團隊將持續致力於深入探討特定化學組成之PM2.5 以及易受到PM2.5 侵擾之生物分子之基礎物化特性,希望能夠找出對治PM2.5 對人體健康造成威脅之方法並改善空汙問題對環境造成的衝擊,守護公眾健康。
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