中央研究院化學研究所-學術研究
研究方向
化學所配合優質生活與永續社會願景,因應國際上基礎化學與永續材料、永續能源、永續生命等研究領域及「綠能科技」、「生技醫療」等創新研發計畫,擬定達成研究創新、學術卓越、永續發展的目標,將材料化學、合成化學、觸媒化學、化學生物學等領域列為重點研究方向,進行創新性研發。除了基礎科學研究,同仁也著力於將研究成果進行專利佈局及技術轉移。藉由執行國家型計劃,化學所亦致力於運用創新科技對台灣社會面臨的環境、能源、健康議題提供前瞻技術。
一、材料化學研究
有機光電材料的應用與奈米材料的設計開發是化學所材料化學的重點研究方向,多個相關次領域的研究成果在國際上佔有重要的學術地位。主要研發成果包括應用在有機發光二極體的高效能藍色螢光有機材料、結合金奈米粒子與五環素所構成有機場效電晶體、首次製作出穩定的六環素單晶材料所構成的有機薄膜電晶體、成功設計製備出罕見巨型單壁金屬有機管狀奈米材料、將金屬有機結構的應用推展至光電材料及半導體材料,以及開發多種高效能材料應用於染料敏化、鈣鈦礦和有機光伏電池。另外,智慧應答分子、核殼奈米材料及生物材料也是研發的重點。最近重要成果報導之一為:藉由仿生結構設計,開發了適合生物機電介面電極的新穎導電高分子,用其組成奈米薄膜可獲得奈米生物電子界面,在此界面上利用電刺激的方式,可讓神經突觸有前所未見的增生效果。
二、化學合成方法開發及新穎催化反應
近年來,隨著能源催化及綠色合成化學技術需求,本所合成化學及觸媒化學研究也整合成為跨領域的研究團隊推動尖端合成及催化反應的技術發展及應用。目前,合成化學領域重點為合成方法開發及藥物合成,觸媒化學則以替代能源相關催化反應為主軸。本所近年在化學催化及合成領域代表性研究成果包括:(1) 合成方法學:鋰化矽醚建構苯環上鄰位羥基之酮類化合物,微波輔助一鍋化合成脫水醣及具位置選擇性保護基的硫苷醣,合成智慧型螢光探針應用於生物正交醣類標定 ; (2) 配位化學:新穎氮異環碳烯的合成及超高活性的金屬錯合物催化反應,新穎紫質錯合物應用於小分子活化,生物工程改變細胞色素及烷基羥基化酵素用以研究烷類至醇類轉換 ; (3) 替代能源催化:高效率氫氣製備及反應機構研究, 孔洞材料嵌入三銅錯合物進行甲烷至甲醇活化,木質纖維素分解及高值化。除了基礎科學研究外,本領域同仁也積極將研究成果申請專利技術並有兩項技術分別技轉至國內化工廠及新藥開發廠商。
三、化學生物學 : 從前瞻材料與方法創新展望健康永續策略
從生化巨分子的結構層次解析生物體內細胞功能與其作用機制,進而瞭解這些複雜的機制在重要疾病中扮演的角色,衍生出可能的藥物與檢測/治療方法,是化學所在化學生物學發展的重點。目前本所化學生物學領域研究主題涵蓋 (1) 開發新穎生物材料及應用,(2) 發展化學探針與尖端影像技術及結構生物學技術,(3) 癌症、感染性疾病、神經退化疾病的致病機制及治療藥物開發,(4) 開發蛋白質體方法探索疾病標記。本所在這些研究領域近年來的研究成果包括發展以質譜儀技術為基礎之新穎膜蛋白體及磷酸化蛋白質體定量技術,闡釋疾病機制及應用於生物標記開發以熱響應性奈米魔鬼氈作為關鍵元件,研發循環腫瘤細胞萃取系統,有效便捷地從血液樣品中萃取癌細胞及進行基因檢測。本所同仁也將觸角伸入神經退化性疾病「蛋白質的異常摺疊」在的相關研究,首度發現漸凍人中 TDP-43 蛋白的 C 端胜肽片段所產生的類澱粉狀纖維,並建構出可以在活體細胞中誘發 TDP-43 蛋白異常聚集的光控探針。在研究巨分子結構和基因轉錄的機制方面,不但成功地應用螢光共振能轉移效率, 定位出核醣核酸聚合酶上的核醣核酸出口通道,更以冷凍電子顯微鏡解析 Gdown1 蛋白質透過新型立體干擾促進對調控哺乳類的轉譯作用之了解。本所同仁亦成功建立以紅外線活化的激酶-上轉換粒子平台以控制細胞內信號傳遞。
借鏡非洲爪蛙!中研院團隊解開微脂體與胜肽互動之謎,打造精準投藥「智慧型微脂體」
Inspired from the African Clawed Frog! Academia Sinica Team Unravels the Mystery of Liposome-Peptide Interactions to Create "Smart Liposomes" for Precision Drug DeliveryJ. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 8, 8749–8760
Hua-De Gao, Jia-Lin Hong, Cheng-Bang Jian, Tzu-Ho Chen, Ning-Chu Chang, Suthasinee Meeroekyai, Ruei-Yu He, Yi-Ting Liao, Chun-Hsiung Wang, Chun-Jen Su, U-Ser Jeng, Meng-Chiao Ho, Yu-Ju Chen, Hsien-Ming Lee*
利用微脂體作為傳遞藥物載體已成為現代醫學的重要技術。將「胜肽」精準裝配於微脂體,使其如引信般作為訊號感測器,可實現多元及智慧型的精準釋放。然而,胜肽與微脂體膜結合後,其分子交互作用非常複雜,相關機制仍有許多未知。在過去研究中,科學家多半將胜肽與微脂體分開研究,這稱為「二元系統」。可是,一旦將胜肽直接連接到微脂體表面(即「一元系統」),多肽修飾的微脂體往往會變得極不穩定,導致藥物提前釋放,此一穩定性問題一直是難以克服的重大瓶頸。
為了突破此困境,中央研究院化學所李賢明副研究員帶領的研究團隊,系統性篩選多種具破膜能力的胜肽,希望能尋找一種在平時可維持微脂體穩定、接收訊號能精準啟動的理想多肽骨架,同時釐清其與微脂體膜的關鍵互動機制。研究團隊發現,一種源自「非洲爪蛙」表皮分泌的抗菌胜肽,正是突破的關鍵。在二元系統中,此胜肽對雙電性微脂體幾乎不具破壞性;在一元系統中,它卻展現出強大的功能性,這是以前所未知的。透過特殊的化學屏蔽設計,該胜肽是目前唯一可穩定停留於微脂體表面不引發洩漏,但在接收訊號後能成功啟動破膜活性的胜肽骨架,成功兼顧系統穩定性與釋放效率。
透過冷凍電子顯微鏡、小角X光散射及螢光顯微成像等多種尖端技術,研究團隊清晰捕捉了這個微觀世界的動態過程。當智慧微脂體接收到特定訊號時,表面的胜肽隨即被喚醒,在膜表面移動並逐步聚集,進而於局部精準形成暫時性缺口,使藥物得以順利釋放。此發現重新定義了引信式釋放多肽微脂體的設計,未來可望提升臨床精準投藥的安全性與效率。
本研究第一作者為高華德博士(現為中研院化學所博士後研究人員,原為臺灣大學化學系之博士生)。研究結合了跨領域技術:包括冷凍電子顯微術(中研院生化所何孟樵副研究員)、小角 X 光散射(國家同步輻射研究中心鄭有舜教授及蘇群仁副研究員) 、及中研院化學所質譜與影像核心設施及冷凍電子顯微鏡設施之技術協助。本研究感謝中研院材料與分析科技探索計畫(iMATE)與國家科學及技術委員會(NSTC)的經費支持。研究成果已於 2026 年 2 月 18 日發表於《美國化學會誌》(Journal of the American Chemical Society)。
Utilizing liposomes for drug delivery is a vital technology in modern nanomedicine. Equipping the liposome surface with "peptides" to act as signal transducers works much like a trigger, enabling diverse and smart precision-release designs. However, the molecular interactions between peptides and liposomal membranes following chemical conjugation are highly complex, with related mechanisms remaining largely unknown. In past studies, scientists mostly studied peptide-liposome interactions as two chemical entities, which is known as a "binary system". Yet, once a membrane-active peptide is directly conjugated to the liposome surface (forming a "unary system"), peptide-modified liposomes often become highly unstable, leading to premature drug leakage—this encapsulation stability issue has been a major bottleneck that is difficult to overcome.
To break through this dilemma, the research team led by Associate Research Fellow Hsien-Ming Lee at the Institute of Chemistry, Academia Sinica, systematically screened various membrane-lytic peptides. The goal was to find an ideal peptide backbone that maintains liposome stable in the signal waiting state and activates precisely upon receiving a signal, while simultaneously elucidating its key interaction mechanisms with the liposome membrane. The research team discovered that an antimicrobial peptide (AMP) secreted from the skin of the "African clawed frog" was the key to this breakthrough. In binary systems, this peptide exhibits almost no destructive power against liposomes; however, in a unary system, it demonstrates powerful functionality. Through a specialized chemical masking design, it is currently the only AMP backbone capable of remaining fully inert when masked on the surface without inducing leakage, while activating its membrane-lytic activity upon receiving a signal, successfully balancing liposome encapsulating stability and release efficiency.
By employing cutting-edge techniques such as cryo-electron microscopy, small-angle X-ray scattering, and fluorescence-lifetime imaging microscopy, the research team clearly captured the dynamic processes of this microscopic world. When this smart peptidyl liposome receives a triggering signal, the surface peptides are immediately awakened, moving and gradually aggregating on the membrane surface, and then creating a membrane defect to release the drug. This discovery redefines the design principles of trigger-responsive peptidyl liposomes, and is expected to significantly enhance the feasibility of clinical peptide-modified liposome for precision drug delivery in the future.
The first author of this study is Dr. Hua-De Gao (currently a postdoctoral researcher at the Institute of Chemistry, Academia Sinica, and originally a Ph.D. student at the Department of Chemistry, National Taiwan University). The research integrated cross-disciplinary technologies, including cryo-electron tomography (Prof. Meng-Chiao Ho, Institute of Biological Chemistry, Academia Sinica), small-angle X-ray scattering (Prof. U-Ser Jeng and Prof. Chun-Jen Su, National Synchrotron Radiation Research Center), and technical assistance from the Mass Spectrometry and Imaging core facilities at the Institute of Chemistry and the Academia Sinica Cryo-EM Facility. This study gratefully acknowledges financial support from the Academia Sinica iMATE Program and the National Science and Technology Council (NSTC). The research findings were published in the Journal of the American Chemical Society on February 18, 2026.
