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個人製造的破曉時分-《FabLife》

馥林文化_96
・2013/11/07 ・3289字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

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FabLab現場

   FabLab 的「Fab」是從「FABrication(製造)」  與「FABulous(愉快的、美好的、快樂的)」這兩個單     字而來,如果對應空間的想像,FABrication就像是「工廠=製造」,而FABulous就像是「咖啡廳=談天」。

如果進一步對應實際的活動,可將FABrication與FABulous分別形容成「創造(製造東西)」與「溝通(與他人交流)」,而能與這兩種體驗產生直接連結的場所就是FabLab。

備有工具機的料理教室

事實上許多使用者都將FabLab看成介於「咖啡廳(社交場所)」與「工廠」之間的場所,而某些使用者也將FabLab看待成同時兼備這兩種型態的地方。看起來FabLab的確與早就存在的「工作坊(Workshop)」或「工作室(Studio)」有些不同,因為在FabLab的空間裡,咖啡廳與工廠這兩種完全不同性質的場所以一種不可思議的形式融合了。

之前FabLab之所以無法具體成型,其門檻在於機械安全管理的困難性,以及加工時產生的粉塵與噪音。也因為這樣的制約,導致咖啡廳與工廠這兩個空間必須彼此切割開來。

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但是當小型的3D印表機與裁切機問世後,這些數位工具機遠比傳統工具機來得便宜而安全,而且操作過程也不會發出噪音,因此總算能水到渠成地讓咖啡廳與工廠混合的構想付諸實現。而到了這個時代,也必須重新思考如何打造出能跟各種作業共處一室的隨性空間。

最理想的FabLab 是在同一處空間、同一張桌子上進行一連串的「企劃(創意發想)」、「設計(製作資料)」與「生產(輸出成品),這樣的光景彷彿是料理教室一樣。

只要有人完成作品,工坊裡就會立刻歡聲雷動。與「FABulous」這個詞相近的中文或許是「歡」或「悅」吧。

某個小鎮的FabLab

綜觀某個「小鎮」,四處設有圖書館、美術館、兒童會館、活動中心這類的公共設施,也設有工廠、印刷廠、工匠藝坊、媒體中心、電腦室等「製造」場所,當然也有電影院、咖啡廳、酒吧這些「交流」的場所。當這些場所在地區裡形成有機的連結時,讓FabLab扮演地區上的樞紐是最理想的。小鎮與FabLab之間的關係已在各國成為新的討論話題。柏林已有一處名為「開放設計城(Open Design City)」的設施誕生,其主旨在於讓造鎮運動與製造行為融為一體,而FabLab當然也列入在此設施的規劃內。

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當人們不將FabLab當成獨立的設施,而是當作「小鎮的一部分」討論時,一定會提到兩個話題:一個是資源循環的問題,一個則是社區設計的問題。

現在資源環境已成為眾所矚目的話題,因為在全世界透過網路交流製造技術與數位資料,各地方也以實體的形式採購各種有限的資源與原料。

若視個人製造為個人的「自產自銷」,其外圍還存在著另一種思維,也就是地區內部的「地產地銷」。在當地製造與使用當地所需的產品,之後就能將這些產品的數位資料當成衍生性產品銷往全球市場。「物品」留在當地,「資訊」流向全球,當這兩部分被完整地分割,就能透過不同的通路循環下去。

目前已有都市計劃採用此概念進行,其中最具代表性的就是以西班牙巴塞隆納的FabLab為中心規劃的「Fab City = Barcelona5.0」。日本目前也有類似的構想,例如由鎌倉FabLab的經營者渡邊Youka小姐為中心推動的「Fab Town」構想(這項構想將在第3章做介紹)。

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讓網路與實體世界一同製造

FabLab 相關人員之間很喜歡使用「DIWO(Do It With Others) 這個關鍵字來形容社區設計這項主題。DIWO衍生自DIY這個詞彙,而DIY則起源於一九四五年英國戰後復興市民運動。

到了日本則換成「星期天木工」這個說法。「木工」會讓人直接聯想到房屋修繕或家具維修這類勞力的工作,但本來日文的「木工」一詞包含了「園藝(家庭菜園)、「手工藝(裁縫)」這類的家政工作以及「焊接」、「電子組裝」、「小工具製作」這類電腦性質的工作,是一種跨領域的作業。如今世界已透過網路連結,

DIY愛好者能透過網路分享知識,甚至能共同進行創作, 製造出「前所未有的作品」, 此時「DIWO(Do It With Others)」、「DIT(Do It Together)」、「DIO(Do It Ourselves)的這些活動也將愈發興盛。

DIWO一詞最早由媒體藝術家薩克利‧利伯曼(ZacharyLieberman)提出,意思是公開開發流程,並分享開發成果的共同創作模式。個人製造的主旨雖是「個人進行製造」但與「共同創作」的社群性活動其實是互為表裡的,而共同創作的聚會與社群也如雨後春筍般地誕生於網路世界與實體世界之中。

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從嚴肅到愚蠢全面囊括的「Fab」

FabLab不分男女老幼地吸引了各種領域的人,例如工程師、設計師、藝術家、研究人員、一般市民,而這些人在FabLab共同享受「製造的愉悅」與「交流的愉悅」,然後自主地開始了共同的專題。

聚集了各式各樣專家的DIWO現場與「發生的事件」融為一體,以詞彙來形容就是「故事」的誕生。而這樣的故事在得到「製造行為」的回饋之後而變得更有層次。「物品」、「事件」、「詞彙」這三者合而為一,並在該場合啟動與循環。

有時候三者看似渾沌, 但那其實是因為FabLab的活動太過多元,人們無法從外側看清FabLab的真貌,而且之所以會讓人們誤解,是因為FabLab同時也是一處實驗的場所,專門將「物品與事件」、「製造東西與說故事」、「個人與社群」、「位元與原子」、「資訊與物質」這類容易二元化的異質元素打散然後再重新組合起來。

實際上,FabLab的網絡讓許多原本沒機會迸出火花的元素有了彼此交流的機會,例如開發中國家以「解決社會問題」為實踐「製造」此一行為的目的,而已開發國家則以「自我實現、自我表現」為主題來推動「製造行為」。乍看之下,開發中國家與已開發國家對「製造」一詞的態度似乎截然不同,但在FabLab的網絡上卻是共存的兩種元素。從嚴肅(Serious)到近乎愚蠢(Silly)的東西幾乎都於FabLab的網絡上同時存在,可說是遊戲與工作並存的感覺,也是負面問題的正面解決法。字面上看似矛盾的事情,卻能透過製造行為的實踐而昇華,我已經親眼見證過無數次這樣的現場。

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Fab是「共同創作」的結果

現場的氛圍與「Fab」的親身體驗是否能以不同於「製造」的辭彙呢?老實說,FabLab裡的人們雖然不斷地在製造東西,但製造出來的卻不僅限於「東西」而已。物品、事件、詞彙三者融為一體的感覺到底能不能用文字具體形容呢?我為了找出適當的字眼而煩惱不已時,我的同事清水唯一朗先生建議了「共同創作」這個詞。

當某項東西必要且必須分享時,就會有一堆人聚在一起、發揮自己的專長,將該項東西做出來。在製造過程之中,充滿了每個人的身體性與社會性,這就是「共同創作」的感覺。或許過去的家庭手工業就是這樣的感覺吧,而家庭手工業的現在式或許就是「Fab」。我們憑依著數位技術讓「共同創作」重現。「共同創作」的後續就是「塑型」、「訂製」、「設計」這些作業。因為由相異個體進行的共同製造還必須使用「Facilitation(促進、平順地搬運、流暢地處理)」的技巧。

自古以來日文是一種將「物品」與「事件」視為一體的語言,而這種感覺或是一連串發生的事件才是「Fab」這項活動的本質。邊製作邊交流的實驗工坊請容我老話重提一次,個人製造不僅局限於「技術層面」而已。大家都知道3D印表機與裁切機都是既有的機具,現在盛行的則是將使用主體移往新的舞臺,重新發現使用這些機具的目的與意義,為製造行為帶來全新的風貌與多樣性。

發掘某種既有技術的嶄新應用方式,然後再以此為起點,重新思考製造的形式與意義,是亙古不變的真理。工具機目前正在改頭換面的光明大道上,所需的動力無非是拓展出更多無窮的可能性以及適當的場域。

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最理想的是有願意探索未知價值的實踐者和號召這些一起嘗試錯誤、「邊製造邊交流」的實踐者聚集的據點。如此一來,「Lab(實驗工坊、研究室)」的重要性才能浮出檯面。

FabLab的核心精神就是「允許失敗」,所以容許某種程度的荒誕。不具常態的瘋狂實驗工坊通常源自車庫或屋簷下,而當這樣的實驗工坊受到社會洗禮,並與咖啡廳、工廠、活動中心、辦公室結合之後,就會成為一處軟硬體兼備的設施,也擁有向各種領域擴展的能力。

Fab「Lab」是播下種子的場所。讓個人的創意與社會、文化內涵滲入數位製造的技術中,將為「製造方法」增衍更多的可能性與層次。這就像是一種反覆進行異種交配、化學反應與品種改良的過程。導師與管理者將帶領著公民,一同為「Fab」開拓展更大的可能性,並將「Fab」打造成一處勇於實驗的工坊。因為「Fab」不是「讓(既有的)1放大成100的場所」,而是「從0到1」的實驗場所。

 

摘自PanSci 2013 十一月選書 《FabLife:衍生自數位製造的「製作技術的未來」》,由馥林文化出版

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馥林文化_96
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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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如何 3D 列印不會崩壞的蛋糕?
胡中行_96
・2023/03/30 ・1892字 ・閱讀時間約 3 分鐘

「那無疑是我從沒嚐過的味道」,論文的第一兼通訊作者 Jonathan David Blutinger 回想起初期的失敗,委婉地承認:「其實不難吃,只是與眾不同。我們畢竟不是米其林大廚。」[1]所幸皇天不負苦心人,在多次修正後,美國哥倫比亞大學的團隊,終於做出原料一樣,但是不再坍塌的蛋糕,並於 2023 年 3 月的《npj 食品科學》(npj Science of Food)期刊上分享食譜。[2]

3D列 印蛋糕的失敗百態。圖/參考資料 2,Supplementary Figure 1(CC BY 4.0)

3D 列印蛋糕的食譜

研究團隊的終極目標,是希望將來任何人均能用簡單的軟體烹飪,3D 列印再雷射加熱,創造經濟、健康且美味的餐點。他們選擇的食材相當普遍,全部都從美國紐約的 Appletree Market 超商購買。[2]

材料

Skippy 花生醬、J.M. Smucker 草莓果醬、Nutella 榛果巧克力醬、Betty Crocker 糖霜、Krasdale櫻桃淋醬、拿叉子搗爛的香蕉泥;以及用食物調理機攪 2 分鐘製成的全麥餅乾糊(8 塊全麥餅乾、2 湯匙的牛油和 4 茶匙的水)。[2]

步驟

(1)冷藏材料,使其變得濃稠,以穩定結構。[2]

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(2)把各種材料灌入分別的 7 支針筒(30ml;14 gauge)。[2]

(圖/參考資料 2,Supplementary Figure 3(CC BY 4.0))

(3)將針筒裝進特製的 3D 食物印表機。[2]

(圖/參考資料 2,Supplementary Figure 2(CC BY 4.0))

(4)把壓克力餐盤擺在 3D 印表機下,盛接針筒擠出的條狀物。其直徑約 1.5 毫米,會逐漸累積出蛋糕的半成品。[2]

(5)論文有寫到運用藍光和紅外線,為蛋糕加熱。不過,實驗方法的段落,僅提及 3D 印表機附設的藍光雷射二極體(blue laser diode),也就是下圖中黑色的長方體。[2]

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圖/參考資料 2,Supplementary Figure 4(Left;CC BY 4.0)
3D 列印蛋糕從失敗到成功的各個版本。影/參考資料 2,Supplementary Video 1(CC BY 4.0)

從上面的影片,可見早期幾個版本的蛋糕,非常容易崩垮。[2]研究團隊於是依據物質受力變形時,展現的黏性和彈性特質,即黏彈性(viscoelasticity),將食材分為「結構」與「填料」兩類,並在軟體中改變設計:[2, 3]用結構性強的全麥餅乾糊,作為蛋糕各層的形狀基礎,又以花生醬和榛果巧克力醬輔助支撐,再填入其他相對柔軟的原料。最後,他們調整 3D 印表機的針筒高度,並減緩列印的速度。如此擠出來的流體,尾端便不會蜷曲。能避免繩捲效應(coiling effect或rope-coil effect),破壞蛋糕表面的平整。要不然有時會出現本文開頭的圖組中,最末一塊蛋糕那種毛躁的外貌。[2]

a. 列印成功的蛋糕;b. 切開看內餡;c. 蛋糕設計;d. (1)全麥餅乾糊、(2)花生醬、(3)草莓果醬、(4)榛果巧克力醬、(5)香蕉泥、(6)櫻桃淋醬和(7)糖霜。圖/參考資料 2,Figure 1(CC BY 4.0)

3D 列印食品的推廣

目前 3D 列印食物尚未普及,此蛋糕的成形有如曇花一現。這一方面是基於科技新穎,懂得操作的人還少;另方面則因為這種印表機索價不菲,不是誰都玩得起。如果要商業化,研究團隊認為得採取 Gillette 刮鬍刀和 Nespresso 咖啡機的經營模式:壓低主要產品本身的價格,後續再從耗材獲利。換句話說,廠商賣出廉價的 3D 食物印表機,之後消費者就會以零買或長期訂購的模式,購買列印用的食譜和食物匣。食物匣的內容物,發展空間多元。除了碎肉和花生醬等泥狀物;也能推出醬油、橄欖油等液體;食鹽與胡椒之類的顆粒;還有百里香或香芹這類碎片等,任何可食用的東西。[2]

此外,在薄利多銷和產品開發的同時,也要提升大眾的接受度。偏好天然食材,或是不信任食品產業,都是對 3D 食物列印存有疑慮的原因。研究團隊提出的解方,是宣傳它的好處,例如:精準調配營養,不浪費材料;降低能源耗損;以及客製化的食譜等。[2]當然,似乎也就避而不談犧牲纖維質,以求列印順暢等問題。[1]總之,他們描繪出科技烹飪的美好願景,並且排除萬難,要讓飲食邁向全新時代。倘若有天上述的市場成熟,產品賣相比論文中的蛋糕誘人,您會願意品嚐嗎?

  

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致謝

特別感謝許凱勝先生協助確認技術細節。

參考資料

  1. Sample I. (22 MAR 2023) ‘Have your cake and print it: the 3D culinary revolution is coming’. The Guardian.
  2. Blutinger, J.D., Cooper, C.C., Karthik, S. et al. (2023) ‘The future of software-controlled cooking’. npj Science of Food, 7, 6.
  3. Gan H, LAM Y. (2008). ‘Viscoelasticity’. In: Li, D. (eds) Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics. Springer, Boston, MA.
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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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活體犧牲不再?讓蚊子吸食水凝膠去吧!
胡中行_96
・2023/03/02 ・2680字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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以往病媒蚊研究中,人類志願者及受試動物,得犧牲小我以造福蒼生。活生生地,讓蚊子叮咬並吸食他們的血液。現在,美國科學家用充滿動物血液的水凝膠餵蚊子;將來或許還能改為填充蛋白質營養液。[1]從此以後,科學家便能像主持以酒代血的天主教感恩祭,慷慨地對蚊子說:「你們大家拿去喝,這一杯就是我的血,新而永久的盟約之血,將為你們和眾人傾流,以赦免罪惡。」[2]

圖/Australian Department of Foreign Affairs and Trade on Flickr(CC BY 2.0)

餵食蚊子的水凝膠

1944 年科學家 Samuel Gertler 合成的化合物 DEET(中譯「待乙妥」或「敵避」),在二戰期間被美軍用來驅蚊。[3]之後各種防蚊成份的研究過程,仍免不了仰賴人類和動物的活體貢獻。隨著近年 3D 列印與生物相容水凝膠的技術發展,開發替代品的時機逐漸成熟。理想上,餵食蚊子的水凝膠製品,要具備高解析度的 3D 列印血管、擴散於組織中的血液、對多種蚊子的吸引力、低廉的成本,以及較少的動物實驗倫理問題。此外,最好還能搭配一組攝影器材,與相應的數據運算模型。[1]

2023 年 2 月,美國研究團隊於《前沿生物工程與生物科技》(Frontiers Bioengineering and Biotechnology)期刊上,介紹他們一體成形的嘗試成果。[1]

水凝膠的「食譜」

類似於做捲心酥,要先調配麵糊,烘烤定型,才能在裡面填充內餡。此實驗的第一個步驟,是製作稍後能注入血液,或者其他液體的水凝膠。研究團隊先把適當比例的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、明膠甲基丙烯(GelMA)、甘油(glycerol)、LAP 光敏劑檸檬黃食用色素(tartrazine),混合在一起。[1]透過數位光源處理(digital light processing),使原料遇光固化,將內有曲折空管的水凝膠薄片,3D 列印出來。[1, 4]每批產出3份水凝膠,費時約 23 分鐘。[1]

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接著,成形的水凝膠,被丟進磷酸鹽緩衝生理食鹽水(phosphate buffered saline),浸泡至少 2 天。這段期間內,多餘的色素會不斷流出,所以要勤換水,直到水質清淨。上述從頭到尾的程序,一旦商業量產,成本即可降低。如果在無菌環境中製造,還能冷藏儲存數月。[1]

注入液體

再來,就要幫捲心酥灌多元口味的內餡了。科學家購買了,已經去除凝血功能的研究級脫纖血(defibrinated blood)。[1, 5]依照要進行的實驗,將這些血液或是其他液體,裝進針筒。接著,用注射泵浦(syringe pump)和管路,將針筒裡的內容物以 100 μL/min的速率,推進水凝膠裡。此實驗過程中,一支針筒透過管路,最多連接 6 份水凝膠。[1]

蚊子實驗

美國科學家將多塊水凝膠,分別放置於幾個玻璃罩內。每個罩子裡,引進 20 至 30 隻母蚊子,當作主要的觀察對象。[1]由於母蚊子吸血是為了產卵,所以裏頭還加上幾隻公蚊子作陪,來促進其食慾。[1, 6]攝影機全程對準水凝膠,記錄蚊子的活動,時間總長約 30 至 45 分鐘。[1]基於個別實驗的目的,方法設計上稍有差別:

  1. 餵食觀察:使用充滿血液的水凝膠餵食蚊子,調整溫度與設備,替換蚊子的品種,並優化攝影機的紀錄。簡單講,就是做不同的嘗試,為後面的實驗打好基礎。[1]
  2. 食物選擇:為蚊子奉上動物血液、紅墨水和磷酸鹽緩衝生理食鹽水,三種「口味」的水凝膠,並貼心熱菜到37°C。後二者沒什麼營養價值,單純想看牠們好不好騙。[1]
  3. 防蚊成份:3個玻璃罩裡,血液飽滿的水凝膠,都溫熱至37°C,但分別為沒塗料、塗抹DEET,以及敷上一層檸檬尤加利油(lemon-eucalyptus oil)萃取物。測試蚊子會不會因為外層的化合物,放棄吸食水凝膠裡的血液。實驗重複5次,受試的蚊子也每次更換。[1]
A. 充滿血液的水凝膠;B. 配有攝影機的玻璃罩;C. 建立辨識蚊子的運算模型;D. 不同的蚊子品種、液體和防蚊成份。圖/參考資料1,Figure 1(CC BY 4.0)

結果與展望

餵食觀察的錄像,歷經截圖、挑選、標註和校正等程序,成果被拿來訓練電腦找蚊子。於嘗試及調整後,此運算模型不僅能辨識影片中的蚊子,還會分別「未進食」與「進食中或吸飽血」的腹部形狀,平均準確率高達 92.5%。這個模型,馬上被運用在後面的實驗裡。[1]

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在選擇食物時,紅墨水和磷酸鹽緩衝生理食鹽水,顯然騙不過受試的蚊子;牠們唯獨吸食有動物血液的水凝膠。未來研發蛋白質營養液時,也可以用雷同的方式,評估蚊子的接受程度。為了引誘牠們,以後也能加碼在水凝膠上,塗抹真實皮膚會有的化學物質,並且在附近散佈二氧化碳。若是成功了,成品就能在其他病媒蚊實驗中,替代動物血液。如此便減少血液傳播疾病的風險,[1]以及使用動物血液的倫理問題。

另一個實驗的 DEET 和檸檬尤加利油萃取物,一如預期地令蚊子完全不想靠近。倒是沒塗料的對照組,卻意外只有 13.8% 的低餵食率。科學家覺得應該歸咎於水凝膠太小,有些蚊子擠不進去。將來製作時,得加大表面積。[1]

A. 截圖、標註、校正、訓練運算模型,並評估成果;B. 未進食(正紅色)與吸血(桃紅色)。圖/改作自參考資料1,Figure 2局部(CC BY 4.0)

整體而言,論文的第一作者 Kevin Janson 博士,很滿意這個自動分析功能,迅速又穩定的運算模型。在研究驅蚊效果方面,身為論文作者之一的 Omid Veiseh 教授,則認為他們的設計,未來也可以用於測試其他化合物。至於病媒蚊的品種,此實驗主要採用的,是會傳播黃熱病(yellow fever)、登革熱(dengue fever)和茲卡熱(Zika fever)的埃及斑蚊(Aedes aegypti)。另一位作者 Dawn Wesson 教授表示,假使想套用此模型跟設備,在習性迥異的野生品種上,就得再花時間研究。[7]

  

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參考資料

  1. Janson KD, Carter BH, Jameson SB, et al. (2023) ‘Development of an automated biomaterial platform to study mosquito feeding behavior’. Frontiers Bioengineering and Biotechnology, 11:1103748.
  2. 教學方案」天主教台北總教區教理推廣中心(Accessed on 23 FEB 2023)
  3. American Chemical Society. (20 JUN 2020) ‘N,N-Diethyl-m-toluamide (DEET)’. Chemistry for Life.
  4. A Dowon, Stevens LM, Zhou K, et al. (2020) ‘Rapid High-Resolution Visible Light 3D Printing’. ACS Central Science, 6 (9), 1555-1563.
  5. Technical Support – FAQs’. Thermo Fisher Scientific. (Accessed on 23 FEB 2023)
  6. Harrison RE, Brown MR, Strand MR. (2021) ‘Whole blood and blood components from vertebrates differentially affect egg formation in three species of anautogenous mosquitoes’. Parasites Vectors 14, 119.
  7. Gillham AB. (09 FEB 2023) ‘Human test subjects may no longer be needed for mosquito bite trials thanks to invention of new biomaterial’. Frontiers Science Communications.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。