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發現 X射線會造成基因突變:穆勒誕辰|科學史上的今天:12/21

張瑞棋_96
・2015/12/21 ・1103字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

1912 年,剛取得碩士學位的穆勒正式成為「果蠅室」的一員。這是由遺傳學權威摩根(Thomas Morgan)於1904年成立,專門研究果蠅的實驗室。果蠅的生命週期極短,從卵到成蠅僅需十天左右,一年之內可以繁衍三十代,而且染色體只有四對,易於比較分析,拿來做遺傳實驗再適合不過。

圖片來源:Herbert Gehr@gettyimages

穆勒還在念研究所時就常來果蠅室幫忙,耳濡目染之下,加上天資聰穎,他對於摩根與學生們做的研究早已了然於胸,因此才剛加入就滿懷抱負,打算大展身手。不料兩三年下來,他失望地發現許多實驗雖然是來自於他的點子,但發表論文時卻都沒提到他,因此在取得博士學位後即斷然離開。

穆勒自立門戶後仍是利用果蠅研究基因突變,不過也沒取得多少進展。主要是基因其實相當穩定,自然發生突變的機率不到十萬分之一,要等果蠅生出突變的後代就像守株待兔,可能很久都一無所獲。而且萬一突變的基因造成的性狀改變並不明顯,也可能視而未見。

1926 年,穆勒發現經 X射線照射過的果蠅所生的下一代,有很高的比例會產生性狀改變。經過多次實驗後,他於 1927 年發表論文,公開 X射線會造成遺傳基因突變的實驗結果。論文一出立即造成轟動,因為這代表從此就能視實驗需要,以人工的方式產生大量突變,不用再被動地苦等自然突變。穆勒不但成為知名的科學家,青年學子也紛紛投奔門下。不料就在他的實驗室才要大張旗鼓之際,1929 年發生經濟大蕭條而中斷了一切。

原本就有社會主義傾向的穆勒如今對資本主義更加失望,還幫忙一份左派刊物的編輯與發行。1932 年,他拿到一筆獎學金到柏林進行研究,第二年納粹執政後,他完全無法認同,於是乾脆遷往蘇俄,參與共產主義偉大的社會實驗。幾年後,搞偽科學的「赤腳仙仔」李森科(Trofim Lysenko)竟然開始否定孟德爾的遺傳理論,宣稱環境可以立即改變遺傳基因。穆勒一開始還與之爭論,但李森科是史達林欽點的紅人,勢力龐大;眼見一些反對的學者無故失蹤,穆勒為了保命,還是趕緊於 1937 年逃往英國,三年後才返回美國。

二次大戰結束後第二年,穆勒因X射線誘發人工突變的發現而獲頒 1946 年的諾貝爾生理醫學獎。他趁此再度向大眾提醒當年論文中就提及的警告:放射線對人體的致命危險。他也加入愛因斯坦等人的連署,呼籲停止發展核子武器。終其一生,穆勒始終滿腔熱血,言行合一;如果說科學家應有道德良知與社會責任,穆勒堪稱是最具代表性的人物之一。

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 ・ 1110 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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AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

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高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

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因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

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他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

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林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

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大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

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「魔術子彈」來了:HER2 基因突變肺癌的致命克星
careonline_96
・2024/10/20 ・2755字 ・閱讀時間約 5 分鐘

圖/照護線上

剛診斷為第四期肺癌的患者都相當沮喪,但現在對於晚期肺癌的治療已有長足的進展!新光醫院血液腫瘤科林瑛珠醫師指出,以前第四期肺癌患者的存活期大約只有6個月,隨著標靶治療的進步,若能找到合適的藥物,便有機會讓病情得到長期穩定控制,患者的存活期便能有望延長。抗癌藥物的進展日新月異,如今抗體藥物複合體(Antibody-drug conjugate ; ADC)漸漸運用於具有 HER2 基因突變的非小細胞肺癌,像魔術子彈一般精準攻擊癌細胞,幫助提升治療成效,讓患者多一項選擇。

肺癌治療已進入精準醫療時代,除了考量病理組織型態,也可透過基因檢測來幫助擬定治療策略。林瑛珠醫師指出,次世代基因定序檢測(NGS,Next Generation Sequencing)可一次檢測數十個甚至上百個基因變異,讓醫師能夠依照基因檢測結果來選擇對應的藥物。

在肺腺癌患者中,大約有 50%~60% 的病人可以找到基因突變,最常見的是 EGFR 突變,其他還有 KRASALKHER2ROS1BRAFMET 等。以具 EGFR 點突變的患者為例,使用相對應的標靶藥物已能有效延長患者的存活時間。林瑛珠醫師指出,一般大眾對 HER2 突變的印象多與乳癌相關,而肺腺癌的 HER2 基因突變佔比約為 3% 至 6%,且多為女性、非吸菸者,不容忽視。因為HER2基因突變與癌細胞的惡性度有關,具有 HER2 基因突變的腫瘤較容易轉移,且對化學治療和免疫治療的反應較差,也較容易復發。

圖/照護線上

過去沒有針對 HER2 基因突變的非小細胞肺癌的治療藥物,患者大多是使用化學治療、免疫治療來進行全身性治療,缺少直接作用於癌細胞的標靶藥物,治療成效較有限。林瑛珠醫師指出,過往討論度很高的 HER2 突變乳癌標靶藥物「魔術子彈」在乳癌治療成效良好,目前已新取得 HER2 基因突變的非小細胞肺癌適應症,讓患者有更多的治療可搭配選擇,有望突破 HER2 基因突變之非小細胞肺癌的治療瓶頸。

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「魔術子彈」屬抗體藥物複合體 ADC,是藉由連接子將 HER2 單株抗體與化療藥物組合而成,林瑛珠醫師解釋,因為單株抗體會與癌細胞表面抗原結合,癌細胞會將抗體藥物複合體內化至細胞內,連接子被癌細胞高度表現的酵素切斷後能釋出化療藥物,所以能夠精準地將化療藥物運送至癌細胞內產生毒殺效果,並且化療藥物可以穿透細胞膜到鄰近沒有表現 HER2 的癌細胞,克服腫瘤異質性問題而達到更好的腫瘤毒殺效果(旁觀者效應)。

非小細胞肺癌患者搭配次世代基因定序檢測 NGS,如果檢測發現具有 HER2 基因突變,便可以考慮使用魔術子彈。林瑛珠醫師指出,由於抗體藥物複合體 ADC 的作用機轉更精準,讓化療藥物直接作用在腫瘤細胞,有望提升腫瘤反應率和存活期,是這類患者的新抗癌利器。不過藥物治療仍須注意藥物相關的副作用,如噁心、疲倦等,因此醫師仍會根據病人的身體狀況,決定合適的治療選擇並妥善安排後續的監測計畫,以確保用藥安全。

圖/照護線上

日前次世代基因定序檢測 NGS(Next Generation Sequencing, NGS)已納入健保給付,可一次檢測多種基因變異,針對非小細胞肺癌實體腫瘤的基因檢測有健保給付相關方案,減輕患者經濟負擔。林瑛珠醫師指出,現在大多會建議患者在確定診斷時便進行次世代基因定序檢測,因為透過切片取得的肺癌檢體相當珍貴,及早進行次世代基因定序檢測,有機會找到最適合的標靶藥物,獲得越多的資訊,對治療的選擇很有幫助。

圖/照護線上

肺癌的治療持續進步,陸續也有新藥被研發出來,讓醫師有更多的武器來對抗肺癌。患者務必和醫師密切合作,善用各種治療工具,達到較佳的治療成效!

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筆記重點整理

  • 如果基因檢測發現非小細胞肺癌具有 HER2 基因突變,可以考慮使用魔術子彈。抗體藥物複合體 ADC 的性質,能夠讓化療藥物直接作用在腫瘤細胞,有望提升腫瘤反應率和存活期。不過藥物治療仍須注意藥物相關的副作用,如噁心、疲倦等,因此醫師仍會根據病人的身體狀況,決定合適的治療選擇並妥善安排後續的監測計畫,以確保用藥安全。次世代基因定序檢測 NGS 已納入健保給付,現在大多會建議患者在確定診斷為肺癌時便進行次世代基因定序檢測,因為透過切片取得的肺癌檢體相當珍貴,及早進行次世代基因定序檢測,獲得越多的資訊,對治療的選擇很有幫助。
  • 肺癌治療已經進入精準醫療時代,除了考量病理組織型態,還可透過基因檢測,幫助擬定治療策略。次世代基因定序檢測(NGS)可一次檢測數十個甚至上百個基因變異,讓醫師能夠依照基因檢測結果選擇對應的藥物。
  • 在肺腺癌患者中,HER2 基因突變大概佔 3% 至 6%,但也不容忽視。因為 HER2 基因突變與癌細胞的惡性度有關,具有 HER2 基因突變的腫瘤較容易轉移,對化學治療和免疫治療的反應較差,而且較容易復發。
  • 治療 HER2 基因突變之肺癌「魔術子彈」屬於抗體藥物複合體 ADC,是藉由連接子將 HER2 單株抗體與化療藥物組合而成,因為單株抗體會與癌細胞表面抗原結合,癌細胞會將抗體藥物服和體內化至細胞內,連接子可被癌細胞高度表現的酵素切斷後釋出化療藥物,所以能夠精準地將化療藥物運送至癌細胞產生毒殺效果,並且化療藥物可以穿透細胞膜到鄰近沒有表現 HER2 的癌細胞,克服腫瘤異質性問題而達到更好的腫瘤毒殺效果(旁觀者效應),就像「魔術子彈」一樣。
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如何找到肺癌對應基因?臨床實驗幫助病友翻轉病情!
careonline_96
・2024/04/24 ・2515字 ・閱讀時間約 5 分鐘

給 每一位剛踏上抗癌路上的鬥士與戰友

確診晚期肺癌的病友,在治療初期若是能與醫師密切配合,就有機會可以找到很好的治療方式,讓病情翻轉。進入治療前,首先會透過基因檢測,找出關鍵的基因突變,若是未發現常見基因突變,也可利用次世代基因定序,找出罕見基因。肺癌的治療已像慢性病一樣,只要妥善運用基因檢測與接續治療策略,就有機會延長病友的存活期,無論是帶有 EGFR、ALK、ROS1、BRAF、HER2、RET、MET、KRAS、NTRK 等基因突變,目前也都已經有很好的標靶藥物可治療,病友只要了解自己的疾病概況,與醫師充分溝通,一起把握每一次治療的機會!

大林慈濟醫院副院長賴俊良醫師

次世代基因定序助攻!揪出罕見肺癌改善病友預後

一名確診晚期肺癌的 50 多歲男性,在進行一般的基因檢測時並沒有找到突變基因,病程也加速惡化,且伴隨糖尿病、高血壓、腎功能衰退,全身嚴重浮腫。所幸,再接受次世代基因定序檢測後,很幸運地發現他是較罕見的 MET 基因。賴俊良醫師說,MET 基因分為不同的突變型,而該名病友屬於較少見的擴增型,後續在使用相對應的標靶藥物治療後,全身浮腫的狀況逐漸改善,病情也受到控制,且恢復到原本的工作與生活。

標靶藥物各有專攻 找到對應基因才能發揮效果

台灣的肺腺癌以 EGFR 基因突變為主,其他基因突變相對稀少,包含 ALK、KRAS、BRAF、ROS1、RET、NTRK 等。賴俊良醫師說,由於國人常見的致癌基因約佔一半以上,因此,通常會先檢測這些突變基因,若是找不到突變基因,則是會採取更先進的檢測方法找出突變基因,而次世代基因定序是目前肺癌精準治療的重要工具,可以更準確地找到驅動關鍵基因,醫師也可以從而制定精準的治療策略,進而大幅改變病友的預後。

晚期肺癌的治療藥物已有相當大的突破與進展,在過去不知道有這些基因突變時,部分病友的預後較差,但現在針對主要的驅動基因,幾乎都有相對應的藥物可以治療,賴俊良醫師說,有些病友知道標靶藥物治療成效佳,堅持只接受標靶治療,其實概念上並沒有這麼簡單,不同的驅動基因要使用不同的標靶藥物,才有辦法發揮治療效果。

臨床試驗安全性高 為病友帶來新契機

一般人聽到臨床試驗,常直覺是白老鼠,賴俊良醫師說,這樣的錯誤觀念仍有待匡正,其實所有藥物都必須先經過動物實驗,確認有明顯的治療成效,才會進到人體試驗,且第一期、二期、三期分別有不同的條件與目的,只有在第一期和第二期執行成果中,顯示其具有前景的試驗,才會進入第三期,在臺灣進行的臨床試驗都已具有相當完善的規範,也會在保護受試者的情況下進行。病友若是治療遇到瓶頸時或是可能需要自費或是參加臨床試驗,賴俊良醫師建議,若符合可以參加臨床試驗的條件,病友及家屬可以進一步與主治醫師討論了解,也有機會可以找到新契機,讓病情翻轉。

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他的故事 談面對恐懼

罹癌就像暴風雨 家人陪我度過每個關卡

曾經聽人家說「罹癌是上天給的禮物」,這個天上掉下來的禮物很痛苦、很折磨,也狠狠把我 K 醒!才 53 歲的我,去(2023)年 3 月起連續兩個月咳個不停,確診為肺腺癌第四期,我的腦子一團亂,醫師開始為我化療,治療期間我吃不下、甚至沒辦法走路,家人擔心再化療下去可能連命都沒了。

就像落水的人,拼命想抓住救生圈,經過不斷打聽,朋友介紹到大林慈濟賴副院長的門診。第一次住院待了 33 天,治療期間,好像一個人漂浮在汪洋中,害怕上不了岸,擔心得連呼吸都困難;沒想到最後可以出院,體力還變好,原本沒辦法行走,後來能夠走出醫院,過了這個坎,好像就沒有什麼好怕的了。

過去從事餐飲業,每天至少一包菸,加上廚房的油煙,破壞身體免疫力。以前認為跟家人除夕吃團圓飯很平常,罹癌住院 33 天的經驗,讓我知道這個「平常」代表「幸福」。治療中,太太、兒女一路陪我度過每個關卡,從身體不舒服的第一天,到住院、標靶藥物和門診追蹤,可靠又溫暖的陪在身旁。

我有十幾年糖尿病的歷史,罹癌後發現血壓、腎臟指數飆高,全身浮腫,醫院安排做次世代基因定序檢測,醫師說,我是 MET 基因中第二類比較少見的擴增型,從去年 5 月開始服用標靶藥物治療,全身浮腫的狀況改善了,病情也控制住,除了容易累,體力比較差,沒有影響到生活,我想老天爺在給我機會。

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癌症就像一場暴風雨,考驗自己的內心,生活變得很慌亂,遇到事情就去面對它、解決它,慢慢把腳步站穩後,暴風雨過去了,接下來的每一天都要好好過,或許癌症真的是一個生命的禮物,敦促著我們找回人生最重要的事,也提醒正在看這封信的學弟妹們,醫療這麼發達,穩定用藥就可以擁有好的生活品質,不要放棄;開心是一天,不開心也是一天未來每一天,我選擇開心地過。

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