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「人工子宮」如何讓早產小羊在體外發育?

陳柏成 (Po Cheng Chen)
・2017/04/29 ・1579字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 576 ・九年級

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研究團隊藉由克服工程學、生物學、以及技術上等難題,如今終於打造出更好的人工子宮。這種人工子宮外觀為一個充滿液體的袋子,稱之為生物袋(biobag),讓早產的小羊在這裡待上四個禮拜,使其成長能更為成熟。雖然目前已有其他研究團隊設計過類似系統,但這次研究展示的成果,相對來得更為簡單直接。

研究團隊藉由發展生物袋(biobag)裝置,讓早產的小羊得以待在內部繼續成長。圖 / Children’s Hospital of Philadelphia

這種生物袋的裝置,主要為透過管子,以便達到人工羊水的傳輸作用。雖然目前實驗尚未達到完美,且相關人類試驗還需等上一段時間,但對於該研究的新進展,對於許多孕婦及早產的嬰兒來說,仍是一道希望的曙光。

目前在美國以及歐洲,一年有約九萬個早產兒[1]出生,而其中只有約10%到50%的存活率;除此之外,早產兒可能會面臨高風險的腦部傷害、肺部疾病及其他嚴重的併發症。雖然目前有一些科技可以幫助早產胎兒存活,例如人工呼吸器,但這同時也會傷到他們,例如他們脆弱的肺可能難以承受,並影響肺部的正常發展。另外在過去,研究人員也試圖發展人工子宮的技術,但這之間仍存在著缺點,例如藉由額外幫浦來推動血液,並由充氧器(oxygenator)達到氣體交換,但這可能會導致嬰兒的血液流動不平衡,進而影響身體機能。

  • 註1:早產兒係指懷孕週數滿20週,但未滿37週即生產之胎兒
  • 影片中展示早產的小羊如何在生物袋內存活,並逐漸成長。

而時至今日,來自美國費城兒童醫院的研究團隊在《自然傳播》期刊上發表了有關人工子宮的新研究,而這研究過程經歷了無數次的修正與改良。在研究人員第一次研究該實驗時,將出生前的小羊浸在含有電解液的人工羊水內,並將動物與充氧器進行連接。研究的目的在於了解,透過這樣的環境是否能讓小羊存活。這個策略後來達到了意料之外的成功,動物共存活了108小時;可惜的是,由於敗毒症及其他併發症的因素,導致這些小羊最後無法繼續存活;而這也意味著,該研究仍有待加強之處。

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經過一個月,團隊人員改善了原先的方法,他們發現交換(exchange)羊水的方式優於原先實行再循環(recirculating)的模式,並透過密封系統達到對外界的阻隔,接著透過臍帶連接小羊與氣體交換器,藉由牠自身的心臟來驅使血液及氧的循環。這種方式便有助於維持血壓及其他生理機能的穩定。

透過密封系統達到對外界的阻隔,接著透過臍帶連接小羊與氣體交換器,藉由牠自身的心臟來驅使血液及氧的循環。圖 / Nature Communications

經過了四個星期,將小羊從生物袋取出觀察後發現,雖然胎兒仍有一些輕微的併發症,但總體上來說,成果是不錯的。而這些完成動物試驗的小羊,除了部分被犧牲用來研究人工子宮如何影響胎兒成長外,剩下的小羊至今已存活一年多。研究團隊預計大約在三年後,就可以開始進行相關人體試驗。那麼是否能讓胎兒一開始就在人工子宮內成長?研究團隊主持人Flake表示,他的目標在於幫助那些早產的胎兒,所以並無法提供嬰兒早期發展的部分。

左圖為在生物袋中第四天的小羊,右邊的小羊與左圖為同一隻,並經歷了四週的成長。圖 / Nature Communications

目前這個研究仍有許多不確定性,例如胎兒在人工子宮內將如何面臨傳染疾病,抑或是這種新技術對嬰兒可能造成的長期影響。因此,在往後臨床試驗中,便需追蹤胎兒生理狀況一段時間,甚至好幾年,以確保我們不只是提高嬰兒的存活率,更可避免不必要的健康問題。

參考資料:

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陳柏成 (Po Cheng Chen)
12 篇文章 ・ 5 位粉絲
熱愛自然科學,曾擔任PanSci實習編輯,現於美國夏威夷大學就讀博士班。如有任何問題,歡迎來信:consciencecpc@gmail.com

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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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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。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

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?

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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。

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圖片來源/BRITA

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

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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。

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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 (圖片來源 / BRITA)

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。

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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。

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。

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(圖片來源 / BRITA)

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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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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