【追求卓越、關懷社會】台灣大學93年度研究成果發表會系列(2)~挑戰物質三態全球唯一『生物電子顯微鏡』首度揭開活體細胞膜水通道

由台大物理系教授趙治宇率領的液晶研究團隊，本週一12/20公開發表「挑戰物質三態 首度揭開活體細胞膜水通道」的相關研究成果。這項成果不僅打破了幾近真理的「物質固液氣三態」之傳統學說，更為揭開人類細胞物理特性、開啟整合生物／物理／醫學等相關研究，並應用於研究病毒如何入侵人類細胞的機制等，立下新的里程碑。~)

這位台大物理系的年輕教授指出，對於細胞膜水通道的探索目前受到高度重視。2003年的諾貝爾獎得主Agre與MacKinnon兩位科學家得獎的研究正是對於細胞膜水通道與離子通道的研究。他們的研究結果發現，水分子可以藉著鈉鉀離子與細胞膜表面受體反應後所形成的「通道」來進出細胞膜，這也是目前廣被學界接受的一種說法。~)

此外，亦有其他學者針對「水分子如何進出細胞膜機制」，提出各種不同的描述，例如「藉由滲透壓的不同，來交換細胞膜內外水分與離子濃度含量」等說法，但卻面臨無法實證的窘境。~)

此次趙治宇的研究團隊開發出獨步全球的「生物環境穿透式電子顯微鏡」，實際觀察到水分子的確可以藉由「滲透」方式進入蠕動的細胞膜，且進一步發現，進出細胞膜的水分子會破壞酯膜分子間的交互作用力，使得水與細胞膜呈現動態平衡時，細胞膜自然形成一種與傳統物質三態明顯不同的「新的物質狀態」。此項結果可說實證了水分子進出細胞不一定需要藉由離子通道，亦解決了眾家學派對相關說法的疑惑。~)

趙治宇同時表示，「生物環境穿透式電子顯微鏡」是目前居於世界領先地位的觀察技術，研究團隊經過多年努力，才得以成功開發出這項「觀察活體細胞」的高難度技術。對生物學家與醫學家來說，一般的電子顯微技術所製備的生物試片多為染色的乾切片或為冷凍後的死切片，並非活體細胞，因此，所得到的結果，往往不完全客觀正確。~)

未來藉由此項觀察活體切片的生物電子顯微技術，可以結合生物與與生化學家，觀察到具有生命的生物動態反應，因此可以拓展到醫療領域的研究，諸如觀察AIDS、SARS病毒進出酯膜的動態機制、心肌與肺水腫的現象，並藉由抗菌和酯膜的反應進一步分析抗生素殺菌的動態狀況，顯然將有助於相關疾病的防治。因此，本研究整合跨領域的研究資源的潛力無限，也將開啟物理及生化應用研究新的里程碑。~)

物理領域最高等級的期刊雜誌─《物理評論通訊》(Physical Review Letters)的12月第二期刊出了本項研究成果。值得一提的是，該期刊向來以不亞於《自然》（Nature）與《科學》(Science)雜誌的學術嚴謹度，受到專業領域的高度肯定，歷年來獲諾貝爾物理獎的先進研究亦多從該期刊登面世。~)

趙教授也特別對國科會長期支持此項研究經費表示感謝，並指出，國科會的研究支援對於基礎科學的研究極為重要而關鍵。記者會是由台大校長陳維昭主持，陳校長表示，趙教授的研究不但具有高度的學術意義，也顯著的具有整合生化／醫療領域的應用價值。他將協助推動相關研究團隊的整合，也期待國科會繼續給予重點的支持。

名詞說明~『酯膜結構』：趙教授發現人類的細胞膜的狀態，其實不同於傳統的物質三態，其狀態具有「部分柔性排列結構、但分子間位置相關連的程度又與液體相同」的「酯膜結構」。此結構可說是一種介於液體與液晶間的新物質狀態，因此，繼液晶發現後，本研究証實人體細胞是一種不同於傳統三態的新物質狀態。~)

『液晶』：一般物質具有固、液、氣三態，而「液晶」則是介於液態與固態間的「第四態」。液晶具有部分「柔性排列結構」，不似固態分子的排列規則，亦不似液態分子的雜亂無序。而就「分子間位置的相關連程度」而言，液晶大於液體狀態。但仍不若固態。~\