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微波爐的誕生|科學史上的今天:10/8

張瑞棋_96
・2015/10/08 ・947字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

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1945年初夏,二次大戰正酣。美國雷神公司(Raytheon)的實驗室內,磁控管部門主管史賓塞(Percy Spencer, 1894-1970)忙著測試一台雷達設備。美國軍方的雷達設備中,用以產生微波無線電信號的磁控管都是由他的部門負責製造,責任重大。

微波爐及其發明人史賓塞。圖片來源:pinterest

事實上,史賓塞從沒受過電學方面的正規教育。他七歲時就因為唯一扶養他的叔父過世而不得不輟學,靠打工賺錢養活自己。十六歲時,他聽說當地一家紙廠打算使用電力;在緬因州的偏遠小鎮長大,從未見過電的史賓塞躍躍欲試,他趕緊囫圇吞棗,塞進電力的相關知識,如願應徵上技術員的職缺。兩年後,他加入海軍,藉由努力自學與實務操作,很快成為無線電技術的專家。1925年,他退役後加入雷神公司一直至今。

史賓塞做完測試後,走出實驗室,想要拿出口袋中的巧克力棒解飢,才發現巧克力竟然融化了。史賓塞愣了幾秒鐘,唯一能想到的可能性就只有磁控管發射出的微波所造成的。微波會讓巧克力棒中的水分子來回旋轉,千萬個水分子彼此摩擦生熱,因此融化了巧克力。他拿玉米、雞蛋來做實驗,發現磁控管的微波加熱食物的效率極佳,於是他進一步做了個鐵箱子將磁控管包圍起來,前面用加了鐵網的玻璃門,讓微波在箱內無法逸出(微波的波長超過12公分,所以無法穿過鐵網),並加了可調整功率大小的開關,史上第一台微波爐於焉誕生。

史賓塞於1945年10月8日申請微波爐專利;一年半後,雷神公司推出第一部商用微波爐,高一米八、重340公斤,還得用水冷卻,主要在餐廳、火車、郵輪上使用。隨著技術演進,微波爐的體積與價格逐漸縮小,得以從1980年代開始走入家庭,如今已經幾乎是家家戶戶必備的家電產品。不過可別以為史賓塞因此發明而賺了多少授權金,他只有拿到公司給他象徵性的獎勵──2美元;這是雷神公司給予所有提出發明的正職員工一視同仁的獎勵標準,專利權就歸公司所有。

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史賓塞先後一共取得三百項專利,後來還當上雷神公司的副總裁與董事。不過最大的肯定或許是麻州大學頒給他的榮譽博士學位,彌補了他幾乎從未受過正式教育的缺憾。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 962 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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手機成癮上前線?俄烏戰爭有經驗
胡中行_96
・2023/10/19 ・4141字 ・閱讀時間約 8 分鐘

忽然慘遭襲擊,距離如此靠近,想必是走漏了行跡。「哪個混蛋帶手機?俺宰了你!」「我剛才打給媽媽。」撤兵五分鐘內,這裡便被炸得粉碎。一則又一則 2014 至 2022 年間的前線通訊故事,收錄於 2022 年 10 月《數位戰爭》(Digital War)期刊,[1]烏克蘭戰爭傳播學者 Roman Horbyk 記載俄烏戰爭頓巴斯戰役(the War in Donbas)的論文裡。[1, 2][註1]

位於烏克蘭東部的頓巴斯。圖/Leftcry on Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0

前線通訊設備

Roman Horbyk 訪問了 14 名烏克蘭軍人與 2 名配偶,以下是他們提到的幾種通訊設備:[1]

  • 手機:有些軍人同時擁有廉價、續航力長達 4、5 天的按鍵式手機;以及附帶相機、上網等功能,卻十分耗電的智慧型手機。兩者搭配分別的電話號碼,區隔公務與私用。一旦發現按鍵式手機遭敵軍追蹤,「我就把它丟進河裡。…跟家裡聯絡的那支,則放在基地。」另外,也有軍人放棄脆弱的智慧型手機,擁抱適合戰場的復刻經典:「我剛買了 Nokia 的按鍵式新款,堅不可摧。」[1]
  • 筆記型電腦:比手機笨重,弄丟或必須毀屍滅跡的時候,損失又更大。「我們單位的指揮官有台筆記型電腦,儲存大家緊急聯絡人的資料。在可能即將被大規模轟炸的關鍵時刻,…他生起小火,把筆電燒了。」[1]
  • 平板電腦:雖然容易損壞,但是能在連線後,將反裝甲佈雷資訊,即時更新至 Kropyva 地圖。針對這個非營利組織 Army SOS 開發的軟體,受訪軍人讚譽有加。[1, 3] [註2]此外,民間專家設計的火砲射擊計算軟體 Bronya,也安裝在平板電腦裡。原本幾分鐘的計算時間,縮短至幾秒。私人層面,平板電腦多作娛樂用途。[1]
  • 無線電站台:多半為北約或其他來源的二手貨,為高階軍官處理要務的管道,比手機安全。[1]
  • 無線電對講機:在戰爭早期難以取得,到了後來「…我們用對講機聯絡敵軍,然後互嗆。嗯,就只是張揚,其實聰明人應該竊聽,而非吵架。」[1]
  • 野戰電話:由通信部隊牽電話線,經濟、安全,不像手機或網路通訊容易被駭,是僅次於無線電站台的公務選擇。除非遇上密集轟炸等物理性攻擊,否則不太受干擾。[1]
  • 衛星電話:多為高階指揮官所用。優點是可以在地底防空洞安心通話,而且還收得到訊號;缺點則是昂貴且罕見,使用者要承擔的責任較高,所以有些受訪者承認他們會盡量避免。[1]

整體而言,手機是最受歡迎的通訊設備。烏克蘭通訊業者在 2000 跟 2010 年代,以華為和 Ericsson 的設備,設立手機訊號基地台。跟城市相比,鄉村的訊號較差;而俄軍佔領區就使用俄國的服務。前線訊號不穩,部份原因是俄國刻意搗亂。「大卡車以人道援助之名抵達,卸下來的貨只有 10 包糖,其他都是訊號干擾設備。」[1]2014 年克里米亞危機(the Crimean crisis)的時候,俄羅斯曾出動 R-330Zh Zhitel 機動電戰車,偵測、分析,並干擾 100 至 2,000 MHz 的衛星和手機通訊。[4]

烏東前線充電中的手機。圖/參考資料 1,Figure 3(CC BY 4.0

假消息的傳播

對前線的軍人來說,手機最重要的功能之一,就是瀏覽網路新聞。烏克蘭官方的軍媒流行不起來,臉書倒是壓倒性地大受歡迎。這無可避免地,衍伸出事實查核的問題。有些人對假消息相當敏感,知道資訊會被操弄;許多則是抵達前線後,才開始有所警覺。[1]

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通訊軟體也是假消息傳播的管道,因此烏軍不得使用跟俄羅斯有關的 Viber,但向敵軍散佈錯誤訊息時除外。Telegram 維持開放至 2018 年;而 SkypeWhatsApp 則從未被禁。[註3]網路訊號微弱時,上述通訊軟體無法運作。大家會改用BluetoothSHAREit(茄子快傳),進行短距離的檔案傳輸。值得注意的是,儘管烏克蘭受訪者將此二者歸類為較安全的選項;[1]印度並不准許軍人安裝 SHAREit。2017 年印度媒體報導,該國政府列出 42 個向中國回傳資料的間諜程式,除了 SHAREit,其他上榜的知名軟體,還包括:微博、微信和 QQ 等。[5]

當然,也有人偏好傳統的資訊交流管道。「為了得知新聞,我們會打電話給彼此。」不過,原職為記者的前線軍人不以為然:「士兵對戰爭資訊非常沒興趣。」娛樂才是主要需求。[1]

電力、網路及娛樂

2014、2015 年深陷熱戰的時候,頓巴斯前線缺乏穩定電力與網路。然而隨著時間推移,壕溝和掩體的基礎設施逐漸升級:通常直接從附近的電網偷接,也有人用攜帶式發電機發電。後來不僅電力改善,還有閉路攝影機、電視機、冷凍櫃、無線網路,甚至三溫暖。[1]

烏東前線軍營的插座。圖/參考資料 1,Figure 4(© Valeriy Markus;CC BY 4.0

「習慣了窮忙,突如其來的寂靜,會令你覺得有鬼。」在暫時無聊的前線,「奇怪的想法開始自心底萌生」。士兵下棋、看電視消遣,或用手機聽音樂、追劇、打遊戲。電視訊號受俄羅斯系統性的干擾,網路連線又不穩定。「那些出入總部文明環境的人,會把東西下載到隨身碟給我們。」是說通暢的連線,也非絕無壞處。俄國情報單位就觀察電子設備朝遊戲網站的流量,試圖招募成癮的烏軍。[1]

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另外,蠻多喜歡閱讀的軍人,用手機和平板電腦儲存電子書,容量大、輕便、好攜帶。有一名神父將宗教書籍、音樂與儀式紀錄,裝進平板電腦。「我主持婚禮、洗禮等儀式,盡己所能照顧當地平民的心靈,並在前線小鎮建立了教堂及教區。」[1]

正在下棋的前線烏軍。圖/參考資料 1,Figure 9(© Valeriy Markus;CC BY 4.0

手機通訊的風險

對講機、手機和無線電站台都會被監控,所以指揮官一般傾向面對面討論事情。可是在私人層面,軍人不得不用手機與親友聯絡。「某回老婆打來問:『你現在在哪?』背景馬上就聽得到特別的聲音,代表(己方的安全單位)正在錄音。我說:『兄弟,把它關掉,讓我跟老婆說話。我合法。』」烏克蘭軍人頗習慣被同胞和敵軍監聽。即使通信部隊的成員,懷疑從雜音或是訊號跳頻,能辨識通話遭駭;許多軍人深信不疑,並發展出各種維護資安的溝通暗號。[1]

Norton防毒軟體公司的文章,也提及聽到雜音有可能是被監聽,還列舉其他徵象,例如:手機暗自不斷地向第三方傳輸,加快了電池耗電及數據用量;無故發出怪聲,或螢幕沒事亮起來;收到監控軟體故障時,傳來的亂碼訊息;以及因為尚未完成背景傳輸作業,所以拖長關機時間等。[6]

另一種手機通訊風險,總是隨關懷而來。彼時彈幕包圍,「我躲到某處,然後說:『我晚點再回電,現在正忙。』這樣他們就不會聽到砲聲隆隆。」很多烏克蘭的軍人跟家裡約定:他們只打電話,但絕不接聽。遇到適合的時機,便主動報平安。這當然無法阻止焦慮的家屬或放假的同袍,明知故犯:「我打去看他會不會接。有的話,必然一切都好;沒有的話,大概是人在掩體裡,或者正慘遭砲擊。那我就等他打回來。」至於文字溝通,容易啟人疑竇。「當你收到訊息,天知道是誰傳的;而當你傳出訊息,也不曉得誰會閱讀。」[1]

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更麻煩的是,就算通訊的時機和方式恰當,內容也沒有外流;光是開、關機,或無關緊要的手機操作,都還是有其危險。比方說,偵測荒野裡使用中的手機數量,可以推估該處的軍力。或是,「當我們開始用迫擊砲轟炸,會被要求關閉手機,以免干擾瞄準。結束後,才允許開機。」[1]

禁手機,像廢娼?

2015 年 7 月,烏克蘭國會禁止戰區士兵,使用手機、相機、無線電收音機和電腦。只是在缺乏安全通訊系統的狀況下,手機到頭來仍是最可靠的溝通設備,大家有命難從。到了 2017 年 8 月,迫於情勢,只得重新開放。[1]俄羅斯方面,也大同小異。《紐約時報》(The New York Times)報導,俄國前線士兵的手機被長官沒收,於是去偷烏克蘭人的,好打電話回家。時常通話暴露位置,而被炸翻也就在所難免。[7]

俄國擁戰派部落格形容 21 世紀前線的手機禁令,「跟廢娼一樣沒用」。[7]Roman Horbyk 也指出,烏克蘭人往往將之視為可接受的風險。畢竟除此之外,尚有諸多遭受攻擊的原因,而手機卻有不可取代的功能。「置身烽火數載,人們不再留意防彈背心與鋼盔。你無法逃脫命運。…我看過別人在砲擊下打手機。…自己則不會在遇襲時關機。相反地,當時很想發送道別簡訊。真的,只是我終究沒傳…」,受訪者笑道:「因為要是活下來了,怎麼辦?」[1]

  

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備註

  1. 俄烏戰爭是從 2014 年俄羅斯併吞克里米亞(Crimea)算起。[1]
  2. 原論文稱開發地圖軟體的民間組織為 Armiya SOS。[1]基於翻譯的緣故,網路上能查到數種拼法,例如:Army SOS、АРМІЯ SOS(Армії SOS)和 ARMIA SOS 等。[8, 9]他們的官方網站,採前二者;[8, 10]而早期的臉書頁面,曾用過最末者。[9]
  3. 原論文裡的禁用軟體清單,適用範圍應該僅限於軍人。根據自由之家(Freedom House)2023 年的報告,烏克蘭人仍大量使用 Viber 和 Telegram。[11]

參考資料

  1. Horbyk, R. (2022) ‘“The war phone”: mobile communication on the frontline in Eastern Ukraine’. Digital War, 3, 9–24.
  2. Roman Horbyk’. Academia, U.S. (Accessed on 17 OCT 2023)
  3. Defense Mapping Software’. Army SOS, Ukraine. (Accessed on 14 OCT 2023)
  4. R-330Zh Zhitel Russian Cellular Jamming and Direction Finding System’. OE Data Integration Network (ODIN), U.S. (Accessed on 17 OCT 2023)
  5. D’Mello G. (01 DEC 2017) ‘The Government Has Named 42 Apps “Chinese Spyware”, Including Big Names Like TrueCaller’. India Times.
  6. Stouffer C. (13 JUN 2023) ‘How to tell if your cell phone is tracked, tapped, or monitored by spy software’. Norton, U.S.
  7. Yuhas A, Gibbons-Neff T, Al-Hlou Y. (04 JAN 2023) ‘For Russian Troops, Cellphone Use Is a Persistent, Lethal Danger’. The New York Times, U.S.
  8. Improving Ukraine’s Defense Capabilities Since 2014’. Army SOS, Ukraine. (Accessed on 14 OCT 2023)
  9. Ukraine Army SOS’. Facebook. (Accessed on 14 OCT 2023)
  10. Ми покращуємо обороноздатність України з 2014 року’. Army SOS, Ukraine. (Accessed on 14 OCT 2023)
  11. Freedom on the Net 2023 – Ukraine’. Freedom House, U.S. (Accessed on 16 OCT 2023)
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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凍傷了?來微波加熱一下~
胡中行_96
・2023/02/20 ・1975字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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俄羅斯西伯利亞的科學家,於 2023 年 1 月的《科學報告》(Scientific Reports)期刊上,發表了一些看似能防止烤雞的外皮過焦,同時確保內部肉質鮮美多汁的技巧。比方說,一般作法「由外部加溫很危險,不是每次都能得到正向的結果…」。若改用微波,則「所需的溫度相對不高」,但要力求整體均衡,「不能只有外層受熱」。遺憾他們說了半天,卻跟食物無關,其實是在介紹如何安全又有效地,用特製的微波裝置,治療凍傷患者的四肢。[1]

當然不是把凍傷患者,丟進家用微波爐裡。圖/osseous on Flickr(CC BY 2.0)

微波的對象與裝置

就像料理烤雞,得先弄來雞隻和烘烤的設備;進行這項研究前,需要滿足兩個條件:

  1. 招募凍傷的人:在氣候冷冽的西伯利亞,要造成凍傷,難度並不高。不過,根據《赫爾辛基宣言》(Declaration of Helsinki),人體試驗應該符合倫理,將志願者可能受到的傷害降至最低。[2]不能隨便把人往雪地扔的研究團隊,在當地 Tomsk 市的 2 家醫院守株待兔,期望意外凍傷的人自己找上門。2018 至 2021 年間,每年的冬季他們都耐心等候,總共蒐集到 14 名超過 20 歲的男性,簽署受試同意書。[1]
  2. 製作微波裝置:研究團隊精心打造的裝置(下圖),簡單來說,就是一台方便手腳伸進去加熱的微波爐。前面的圓形入口,包覆著具隔絕效果的金屬材質,以保護傷患與研究人員,免於非必要的輻射暴露。此裝置的微波頻率為 2.45 吉赫(GHz);而功率可達 200 瓦特(watts;簡寫 W),即每秒產生200 焦耳(joule;縮寫 J)的熱能。[1]換句話說,頻率與家用微波爐無異,功率卻低了數倍。[3]

由於研究團隊只想幫傷患加溫,沒有要煮熟他們的意圖,便設定開到 60 瓦特。再加上操作時,會喪失些許熱能,最後傷患實際接收到的,大約僅有 30 至 40 瓦特每個患部加熱 1 至 3 次,每次 30 分鐘。雖然感覺微溫,但不至於難受。9 名傷患接受上述治療;另外 4 個嘗試了不同的功率;還有 1 人則是時間長度減半。[1]

可以把手腳伸進去加熱的微波爐。圖/參考資料 1,Figure 2(CC BY 4.0)

加溫的原理

平均而言,當人體組織的溫度低於攝氏 15 度左右,血液和淋巴循環會停止。身體各部位略有差異,手指的下限是 19 度;而腳趾為 15 度。為凍傷患者回溫時,目標溫度大約是 20 到 25 度上下,要觸及整個患部,而非僅有表層。讓身體恢復運作,才能透過循環,順利輸送藥物。以往從外部加溫的作法,會舒張表層血管,卻容易在深層血管收縮的情況下,導致壞死和截肢等問題。相對地,低功率的微波可以穿透到組織深層,逐漸舒張血管,促進血液與淋巴的循環,不會有上述副作用。[1]

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天寒地凍的西伯利亞 Tomsk 市。圖/Артём Полоз on Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0)

凍傷的等級

凍傷依照程度,可以分為 4 個等級:[4]

  1. 第一級:麻木、脫屑、感覺異常、中央蒼白,以及周圍水腫或紅腫。[4]
  2. 第二級:起水泡,周圍紅腫或水腫。[4]
  3. 第三級:失去整層皮膚組織,還長了出血性水泡。[4]
  4. 第四級:不僅皮膚,連深層組織都喪失了。[4]

微波的療效

此研究受試者的凍傷程度涵蓋上述四級,治療時除了微波,也採用標準療程的消毒與藥物,並視情況選擇是否手術。整體來說,科學家對微波相當滿意,覺得能降低截肢的機率。此外,雖然第一、二級的傷勢輕微,效果比較不明顯;但是他們認為無論初步評估的凍傷程度,每個傷患最好都要接受微波。因為診斷難免失準,若因此錯過治療時機,實在得不償失。[1]

既然如此,未來遇到凍傷患者,是不是都該抓來微波一下?儘管研究證明了科學家的假設似乎可行,目前的受試者就區區幾名男性,不足以建立一套完善的操作指南。臨床上不同體型、年紀或性別的傷患,或許適合不同功率或時間長度的微波治療。這些都有待將來進一步試驗,才能推廣運用。[1]

  

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參考資料

  1. Dunaevskiy G, Gavrilin E, Pomytkin A, et al. (2023) ‘Reduction of amputations of frostbitten limbs by treatment using microwave rewarming’. Scientific Reports, 13, 1362.
  2. WMA Declaration of Helsinki – Ethical Principles for Medical Research Involving Human Subjects’. (06 SEP 2022) World Medical Association.
  3. Radiation: Microwave ovens’. (01 JUN 2005) World Health Organization.
  4. Basit H, Wallen TJ, Dudley C. (27 JUN 2022) ‘Frostbite’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
胡中行_96
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