這種矽膠微晶片只有 USB 隨身碟的大小，卻能夠模擬複雜的人類器官，如心、肺、腸道等功能，進而改善藥物的研發程序。晶片上內建微流控通道，通道旁排列特定的人類器官細胞；研究人員把化學成分注入這些通道當中，就能在顯微鏡下觀察這些人造「器官」對藥物的反應為何。
舉例來說，肺臟晶片有一側排列人類的肺臟細胞，另一側排列微血管細胞，兩者之間隔著一層滲透薄膜，讓空氣和液體可以通過。薄膜的一邊有空氣流通，另一邊注入類似血液的溶劑，兩旁真空室的收縮和舒展則可模擬呼吸動作。
目前哈佛大學的韋斯研究所（Wyss Institute）已複製出多種器官晶片，並持續測試評估當中。研究人員希望這些晶片能夠取代動物實驗，協助研發新藥。
本文節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 23 期（2016 年 08 月號）
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本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。
你確定你喝的水真的乾淨嗎？
如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。
幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？
濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯
19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。
1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。
19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。
進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：
• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物
• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢
• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等
這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？
濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。
然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。
辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。
不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。
為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：
1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。
2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。
3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。
在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。
濾水技術：不僅是進步，更是守護未來
人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。
今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。
然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。
*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞
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在澳大利亞的兒童派對上，常出現一種繽紛奪目，胖死人不償命的點心，叫做「仙子麵包」（fairy bread）。
其做法相當簡單，就是在吐司上塗奶油，灑滿多彩糖珠（nonpareils），再切成三角形[1]。美食與食譜網站不時會介紹它的各種華麗變體，例如：「仙子漢堡」、「仙子蛋糕」等[2,3]。
不過，現在有個美國的創新版本，卻是抱著救世的精神，榮登科學期刊。
偽造和不合格的藥品，不僅在全世界害人無數，每年還造成 2 千億美元的經濟損失。開發中國家所受的影響尤為嚴重，國際衛生組織（World Health Organisation）估計當地 1/10 的藥物都是假貨[4]。仿冒藥品和印刷偽鈔的概念雷同，正邪雙方拼的是製造和辨識的技術。
就拿澳洲藥物管理局（Therapeutic Goods Administration）官網上的照片來說，三粒外觀神似的輝瑞（Pfizer）藥丸齊聚一堂，令人看了直呼真假難辨[5]！就算仔細觀察它們的形狀、顏色、拼字與外包裝，又有幾個普通民眾看得出哪幾粒不能吃？
目前幾種藥物防偽技術，雖然理論上可行，但實際操作起來，多少都有缺點。比方說：
這些方法都勞師動眾，不易普及。
正在業界苦無新法之際，2022 年 5 月 6 日《科學報告》（Scientific Reports）期刊，發佈了〈糖果代碼：一種簡單、普遍、獨特、可食用，且能確認藥物真實性的識別〉[4]。該文作者美國科學家 William H. Grover，彷彿以「灑水觀音」之姿，慈悲地潑灑糖珠，祈願杜絕偽藥氾濫，並就此解救天下蒼生。
首先，他把撒糖珠的動作，輕鬆地加到現行的製藥程序裡。不管藥廠做的是藥丸、藥片或膠囊，沒有糖珠附著不了的固體。當糖珠被隨機揮灑，便會在固體表面形成獨特的圖案。就像沒有一塊「仙子麵包」長得完全相同，每粒裹上糖珠的藥丸從此也有了個人專屬的外表。儘管它們不會因此引領時尚潮流，但至少宛如 QR Code 附體，有了獨一無二的「糖果代碼」（CandyCodes）[4]。
接著，所有換上新裝的藥丸，在離開藥廠之前，都要來張個人紀念寫真。透過攝影，單一藥丸上每顆糖珠的位置與顏色，都將被記錄在藥廠的資料庫中。若嫌圖檔不好用，也可以將糖珠的排列組合，編成字串以利存取。如此一來，當藥丸抵達消費者手中，後者只要用手機拍照上傳給藥廠，就可以比對「糖果代碼」，為藥丸驗明正身[4]。
說到排列組合，學過「庭院深深深幾許」的讀者，是否好奇「糖果代碼」的各種可能性，夠不夠應付藥廠的龐大出貨量？科學家 William H. Grover 採用每顆 2.3 毫克，8 種不同顏色的糖珠：深藍、淺藍、紅、粉紅、綠、橙、黃和白色。每顆能編寫 3 個 2 進位（23=8）位元的資訊，於是 1 公斤的糖珠就可乘載 130 萬位元的資訊量。此外，糖珠的售價相當便宜，1 美元能購買 2 萬 9 千顆糖珠[4]。
由於糖珠是隨機地包覆在藥丸外層，排列組合的結構，比 1D 的條碼和 2D 的 QR code 複雜。美國科學家 William H. Grover 用 Python 語言，寫了個程式來將每張藥丸的照片，轉換成一條條二進位的代碼字串，再計算可能性的總數。經過一番努力之後，他推估這個做法，足以創造 1017 組不會重複的「糖果代碼」。如果還是擔心數量不夠，也可以使用更多顏色，或不同形狀及尺寸的糖珠，來增加排列的組合[4]。
當然，科學家的野心絕不侷限於製藥，否則跟只會做或吃「仙子麵包」的販夫走卒，又有何差異？William H. Grover 認為「糖果代碼」的概念，將來還可以被運用在其他產品。例如：於瓶蓋或其他包裝上，黏貼彩色的小粒子，來遏制盜版[4]。雖然他的願景才剛被《科學報告》期刊公諸於世，但將來或許就真的被廠商採用了。到時候市面上，便會充斥著各式各樣的仙子商品。
輾轉反側，徹夜難眠的時候，您幾點起床？就算醒了，工作效率是否異常低落？
在此，請您非但別只想到自己，還要拿出一點同理心：因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲，也深受困擾。
2022 年 4 月的《科學報告》期刊，有一篇標題冗長的論文，叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson，認為歌唱的時辰與類型，對於喜鵲的社交生活相當重要，並以此做為研究主題[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前，有些人就已經沒什麼社交生活，更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV，人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。
於是，牠們就被科學家抓去做實驗了。
首先，研究團隊架設陷阱，用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後，再關進裝有監視器的房間裡。接著，為了測量腦電波圖（electroencephalogram, EEG）與肌肉電位圖（electromyogram, EMG），科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉，植入電極貼片（electrodes），方便之後記錄睡眠狀態[1]。
然後，喜鵲們就去接受特訓。
研究團隊準備了一種木製食器，左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡，盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前，不加以掩飾；第二次猶抱琵琶半遮面；第三次開始蓋子完全擋住凹槽，令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期，全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」（associative learning），蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子，發現下面藏有食物。這樣重複 15 次，讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難[1]。
結訓後，研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」（chilled, unmoving mealworms），為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動，科學家也期望牠們展現「反轉學習」（reversal learning）的能力。將蓋子的顏色調換，要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點[1]，例如：
凡是順利通過模擬考的喜鵲們，便能晉升至下一關。
在實驗的主要階段，喜鵲們被劃為三組，分別體驗下列三種睡眠模式之一：無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪，以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招，包括：迫近或拍打鳥舍、發出噪音，或是輕撫充滿睡意的喜鵲[1]。如同可憐的臺灣中學生，明明前晚都沒睡飽，隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲，怎麼失常。
正式測驗的結果不出所料，沒睡飽的喜鵲容易犯錯，而且要花較長的時間，才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機，傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示，失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度（alertness）、注意力、警戒等級（vigilance）等，都會受到負面影響[1]。
除了喜鵲考試的成績，科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺，也不要唱歌。最後就算唱了，單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出，頻寬變得狹窄，內容相較貧乏，顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通，大同小異。當一個人睡眠不足，說話的速度會緩慢下來，咬字不如平常清晰，語句重覆的機率提高，甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息[1]。
澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域，分辨敵友，並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落，也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果，與喜鵲有那麼多的相似處，下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前，我們是不是應該先睡飽，再來思考怎麼社交呢？
備註：此實驗結束後，參與受試的澳洲喜鵲，均在 2019 年 7 月被野放。
狐禪
胡中行
