基因微陣列系統之研究及其應用於微波及極低頻電磁場對細胞修復的影響之初探

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研究生：	蘇美芳
論文名稱：	基因微陣列系統之研究及其應用於微波及極低頻電磁場對細胞修復的影響之初探
指導教授：	許志楧
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 生醫工程與環境科學系 Department of Biomedical Engineering and Environmental Sciences
論文出版年：	2001
畢業學年度：	89
語文別：	中文
中文關鍵詞：	電磁場、微波、生物效應
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本研究的目的在研究受損細胞在進行DNA修復時照射電磁波對細胞所產生的影響。我們以鈷60或過氧化氫產生自由基傷害MRC-5細胞的DNA，使得細胞關於修復DNA的基因能夠表現而進行修復的工作，並在修復的同時，給予頻率為2450 MHz的微波或頻率為60 Hz的極低頻電磁波照射。照射之後，我們利用了三種方法觀察生物效應，分別為MTT比色法，單細胞電泳法與基因微陣列。
在MTT比色法的結果顯示，以鈷60傷害過的細胞，在進行DNA修復時接受電磁波照射，並不會影響其存活率。而以過氧化氫傷害過的細胞修復時，電磁波的照射會對其存活率造成影響。

至於單細胞電泳法與基因微陣列實驗的部份，我們在初步的實驗，無法看出電磁波對於受損細胞進行DNA修復的影響。在未來可能需要更多的實驗數據證明，才能確定電磁波是否或對受損細胞造成影響。

目錄
中文摘要……………………………………………………………….…i

英文摘要…………………………………………………………………ii

致謝……………………………………………………………………...iii

目錄……………………………………………………………………...iv

圖表目錄……………………………………………………………….viii

第一章 前言

1.1 文獻回顧………………………………………………………….1

1.1.1 微波部份……………………………………………………..2

1.1.2 極低頻部份…………………………………………………..3

1.2 研究方向與目的………………………………………………….4

第2章 原理……………………………………………………………...5

2.1 電磁波的特性…………………………………………………….5

2.1.1電磁波能量及場強單位………………………………………5

2.1.2 特徵吸收率…………………………………………………..8

2.2 電磁波生物效應的物理機制…………………………………….8

2.3 電磁波生物效應………………………………………………...11

2.3.1 熱效應………………………………………………………11

2.3.2 非熱效應……………………………………………………12

2.4 電磁波對DNA的效應………………………………………….12

2.4.1 DNA的傷害與修復…………………………………………12

2.4.2 游離輻射對細胞的傷害……………………………………13

2.4.3 過氧化氫對細胞的傷害……………………………………14

2.4.4 假設電磁波影響DNA傷害與修復的模型建立…………...15

2.5 生物實驗原理…………………………………………………...16

2.5.1 MTT比色法 ………………………………………………..16

2.5.2 單細胞電泳法………………………………………………17

2.5.3 基因晶片系統………………………………………………17

第3章 實驗系統………………………………………………………20

3.1 電磁波照射儀器系統….………………………………………..20

3.1.1 微波波段電磁場……………………………………………21

3.2 微陣列基因晶片系統…………………………………………...22

3.2.1 排印系統……………………………………………………23

3.2.2 雷射掃描系統………………………………………………23

3.3細胞株…………………………………………………………….24

第4章 實驗設計與流程……………………………………………….25

4.1 MTT比色分析法………………………………………………...25

4.1.1 電磁波直接傷害……………………………………………27

4.1.2 經過鈷60傷害後電磁波的影響………………………...…27

4.1.3經過過氧化氫傷害後電磁波的影響………………………..28

4.2單細胞電泳法…………………………………………………….29

4.2.1 經過鈷60傷害後電磁波的影響………………………...…30

4.2.2經過過氧化氫傷害後電磁波的影響……………………..…31

4.3微陣列基因晶片實驗流程…………………………………….…31

4.3.1 玻片的備製…………………………………………………31

4.3.2 探針的備製…………………………………………………32

4.3.3 標的物的備置………………………………………………32

4.3.4 雜交…………………………………………………………32

4.3.5 掃描與數據分析……………………………………………33

4.4 微陣列基因晶片控制組與實驗組設計………………………...33

4.4.1 經過鈷60傷害後電磁波的影響…………………………..33

4.4.2 探針的選擇…………………………………………………34

第5章 實驗結果與討論……………………………………………….35

5.1 MTT比色分析法………………………………………………...35

5.1.1 電磁波直接傷害……………………………………………35

5.1.2 經過鈷60傷害後電磁波的影響…………………………..37

5.1.3經過過氧化氫傷害後電磁波的影響……………………….37

5.1.4 統計結果與討論……………………………………………41

5.2 單細胞電泳法…………………………………………………...42

5.3 基因微陣列……………………………………………………...43

第6章 結論……………………………………………………………45

參考文獻………………………………………………………………..47

附錄A 微波電磁場時變強度量測…………………………………….49

附錄B 極低頻磁場時變強度量測…………………………………….50

附錄C 在室溫下細胞生長的情形…………………………………….51

附錄D  RNA 樣品的準備……………………………………………53

圖表目錄

圖2.1 電磁波頻譜……………………………………………………….6

圖2.2 時變電磁場對細胞的影響……………………………………….9

圖2.3  MTT結構圖……………………………………………………17

圖2.4 微陣列基因晶片原理示意圖…………………………………...19

圖3.1 溫度回饋系統…………………………………………………...21

圖3.2 微波電磁場實驗裝置示意圖…………………………………...21

圖3.3 微波照射的實驗裝置圖………………………………………...21

圖3.4 極低頻磁場實驗裝置示意圖…………………………………...22

圖3.5  Helmholtz 線圈裝置圖………………………………………..22

圖3.6 排列點印系統裝置……………………………………………...23

圖3.7 雷射掃描系統裝置……………………………………………...24

圖4.1 實驗設計示意圖………………………………………………...25

圖4.2  MTT比色法細胞溶解後的情形………………………………27

圖4.3  MRC-5細胞對鈷60照射劑量的存活曲線…………………...28

圖4.4  MRC-5細胞對不同濃度的過氧化氫存活曲…………………28

圖4.5  MRC-5細胞經過氧化氫(0.7 mM)傷害後細胞存活情形…….29

圖5.1  MRC-5細胞受不同時間極低頻磁場照射後的存活率………36

圖5.2  MRC-5細胞受不同時間微波電磁場照射後的存活率………37

圖5.3  MRC-5細胞經過鈷60照射後再接受不同時間極低頻磁場照射後的存活率…………………………………………………………..38

圖5.4  MRC-5細胞經過鈷60照射後再接受不同時間微波電磁場照射後的存活率…………………………………………………………..39

圖5.5  MRC-5細胞經過過氧化氫傷害後再接受不同時間極低頻磁場照射後的存活率………………………………………………………..40

圖5.6  MRC-5細胞經過過氧化氫傷害後再接受不同時間微波電磁場照射後的存活率………………………………………………………..41

圖5.7 單細胞電泳法實驗結果………………………………………...43

圖5.8 基因微陣列掃描過後的影像…………………………………...43

圖A.1 微波電磁場強時變圖…………………………………………..49

圖B.1 磁場強度時變圖………………………………………………..50

圖B.2 磁場背景強度時變圖…………………………………………..50

圖C.1 細胞在室溫與培養箱裡生長的差異…………………………..52

表4.1 參考組與實驗組的設計………………………………………...34

表4.2 基因機能的選擇原則…………………………………………...34

表5.1  MRC-5細胞受不同時間極低頻磁場照射後的存活率………36

表5.2  MRC-5細胞受不同時間微波電磁場照射後的存活率………36

表5.3  MRC-5細胞經過鈷60照射後再接受不同時間微波電磁場照射後的存活率…………………………………………………………..38

表5.4  MRC-5細胞經過鈷60照射後再接受不同時間極低頻磁場照射後的存活率…………………………………………………………..37

表5.5  MRC-5細胞經過過氧化氫傷害後再接受不同時間極低頻磁場照射後的存活率………………………………………………………..39

表5.6  細胞經過氧化氫傷害再加以極低頻磁場照射後用Trypan Blue染色計算的細胞存活率………………………………………………..40

表5.7  MRC-5細胞經過過氧化氫傷害後再接受不同時間微波電磁場照射後的存活率………………………………………………………..41

表5.8 細胞存活率經One-way ANOVA運算的結果…………………42

參考文獻
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