0

0
0

文字

分享

0
0
0

細胞那麼多種,為什麼選擇研究「神經細胞」?神經科學家陳儀莊專訪

研之有物│中央研究院_96
・2018/01/06 ・3540字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 499 ・六年級

研究神經細胞,探索醫學新機會

人們可以感覺到身邊的一切、隨心所欲,依靠「神經細胞」健康地運作。中研院生物醫學科學研究所的陳儀莊特聘研究員,懷抱著對生物細胞的好奇,探索神經退化疾病的醫療新可能。

對陳儀莊博士而言,神經細胞的小小世界,是人類之所以生老病死的大世界。圖/張語辰

小時候就想當科學家嗎?

「小時候還沒想到要當科學家,但高中時最喜歡居禮夫人,覺得她很酷,還貼了一張她的照片在書桌前面。居禮夫人發現很重要的放射性物質,做了很有趣的事情,而且一生都在做這件事,那時候看了她的傳記,其中的故事對年輕的我影響很大。」

居禮夫人的故事對陳儀莊博士影響很大。圖/wiki

「我高中時數學和物理不好,但覺得生物非常非常有趣。因為生物是自然現象,例如人為什麼會長大、為什麼會死掉、為什麼會生病,這些都讓我很著迷。會喜歡生物還有跟老師怎麼教有關係,讀北一女時,高一我們要自己上山去捉渦蟲,抓到之後把它切一半、看它如何長出來,還有自己排青蛙的骨骼。」

因為自己動手認識生物,就會覺得生物特別特別有趣。

很容易對任何事情感到有趣嗎?

「對啊,很多事真的很有趣(害羞地笑)。隨著科技的發展,會有越來越多有趣的事,同時我們的生命也受到新的影響。」

「例如,有一種眼睛的細胞(Intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, 簡稱 ipRGCs),可以感覺到藍光,電腦、平板的螢幕都會發出這種光。過去科學家研究發現白天人們看這種藍光,會覺得很振奮、精神很好。但如果晚上看這種藍光,會打亂人體神經系統的光週期,也會影響情緒和健康[1]。我們覺得這個領域好有趣,正在以小鼠模型研究眼睛感受藍光和神經退化的關係。」

小鼠常被作為研究神經細胞的實驗物種。圖/Mike P@flickr

「還有一個有趣的例子。我們發現有一種酵素( type VI adenylyl cyclase , 簡稱 AC6 )表現在大腦負責形成記憶和控制交感神經的腦區,看來有重要的功能。我們就將 AC6 從老鼠身體裡面拿掉,看看會發生什麼事[2]。」

「結果發現當 AC6 拿掉後,老鼠會變得非常緊張、但非常聰明。因為交感神經系統發生問題,所以很容易產生緊張和便秘。這些老鼠常常在經過一些簡單的活動和訓練後,就腸道阻塞死掉了。但同時我們也發現,牠們的學習速度變得特別特別地快。這樣的小老鼠有點像個緊張兮兮的天才!」

「無論是神經網絡或觀察生理各種反應,都是我們實驗室喜歡探索的領域。」

在老鼠體內實驗的結果,對人類也有同樣效果?

「很多人會認為,老鼠怎麼會跟人一樣?這是我們研究神經退化疾病的過程中,遇到最困難的挑戰,但有許多科學方法可以確認這件事。」

正常的小鼠被抓起來會亂動,但帶有亨丁頓舞蹈症基因的小鼠神經退化,被抓起來時四肢是向內抱住。圖/林婷嫻、張語辰

以研究神經退化疾病中的「亨丁頓舞蹈症」為例,科學家會在小鼠體內裝一段亨丁頓舞蹈症病人的基因片段。正常的小鼠被抓起來會亂動四肢,但亨丁頓舞蹈症小鼠因為神經退化,活動沒有那麼靈敏,被抓起來時四肢是向內抱住。科學家藉由創造一隻亨丁頓舞蹈症小鼠,來比對亨丁頓舞蹈症人類的病徵,證明利用小鼠進行的實驗觀察,和人類疾病的病徵非常類似。

亨丁頓舞蹈症人類與亨丁頓舞蹈症小鼠相比,病徵有相同之處。資料來源/陳儀莊

「另外,我們也會申請捐贈的人腦切面,藉以確認我們在實驗小鼠中的神經退化研究發現,在人腦中也確實有發生。2012 年諾貝爾生理學或醫學獎其中一位得主──山中伸彌教授,他發現了小鼠誘導多能幹細胞( induced pluripotent stem cell ),是醫療發展上很重要的演進,未來除了小鼠模型,由人類幹細胞所演化的腦細胞,也是很適合探索人類疾病的實驗模型。」

這樣的技術,目前在中研院幾個幹細胞研究室已經可以很成功地建立。譬如,科學家可以從你身上抽一點血或是皮膚,把四到六個基因放進去,就能發展成為「人類誘導性多功能幹細胞」,進而分化成為你的腦細胞、神經膠細胞等等。

「這對神經科學研究很重要,因為人體活的細胞不易取得,但透過人類誘導性多功能幹細胞所建立的模型,我們可以進行藥物篩選、看看有沒有副作用,藉以確認實驗室裡的研究成果和人體之間的關係。」

當初為何朝「農業化學」和「細胞與分子生物」這條路邁進?

「1980 年代剛開始出現 DNA 研究,可以做到 DNA 複製( Cloning )讓我覺得很酷。當時台灣這方面研究不多,剛好台大農化系有在做生物化學、酵素、營養相關的研究,例如學習用皮革做資源再生、或是做實驗觀察老鼠的換肉率,這些對年輕的小孩來說非常有魅力。」

1980 年代剛開始出現 DNA 研究。圖/pixabay

「那時候研究方向的選擇很多,老師就告訴你一個很有趣的觀念,然後讓你試試看。 我們半夜要去屠宰場,請老闆割下牛的腎上腺給我們,回來把它培養成初級細胞(Primary Cell Culture),接著讓初級細胞長在小小的磁珠上,養在很小的管子裡,讓液體通過、觀察它分泌出一些神經傳導激素。當時覺得在這樣類似組織的立體結構中作實驗,比平面的細胞培養皿似乎更有趣得多,後來就一直往分子醫學的方向發展。」

人體細胞那麼多種,為什麼選擇探索「神經細胞」?

「我的博士論文是研究神經內分泌,從這時就開始關注神經科學,但也跟整個大環境有關係。台灣社會漸漸進入超高齡老化,神經退化疾病是這十年來很顯著的健康問題,政府開始重視神經退化疾病的研究,提供資源讓我們跟跨領域專家合作,並成立研究團隊。」

為什麼會需要跨領域團隊?「因為當我們透過研究知道神經內分泌的機制何者最為重要時,還不能立刻發展成藥物,需要在神經內分泌的機制中找到可以成為藥物的分子,並請生化學家及分子模型學家將分子結構解出來、才能設計適合的藥物,接著請化學家依此分子結構來合成化合物。」

藥物合成後,還要放入小動物和大動物的體內,透過實驗來觀察這種藥物能否進入腦中作用,及這些藥物代謝的效果,並依實驗結果修改藥物。這整個過程,需要不同專業的團隊成員共同努力。

神經退化疾病是這十年來很顯著的健康問題。圖為大鼠的海馬迴神經細胞。圖/ZEISS Microscopy@ flickr

沒有生命的化學式 vs. 有生命的細胞分子,喜歡哪一個?

所有有生命的細胞分子,基礎都不脫離看起來沒有生命的化學式。

「讀台大農化系時,要學習物理化學、有機化學、分析化學,那時候覺得好無趣,現在好後悔喔。希望那時候我能學得好一點,現在作研究會更容易一些。」

「生物醫學」領域的學生,未來發展有哪些新世界?

「我剛回國的時候,很希望能到中研院工作,因為可以專心作基礎研究。除了基礎研究之外,現在這個世代的年輕同學在職涯上的選擇比我們當年要多得多,已經有些不錯的產業在台灣深耕,不但願意投注資源來進行研發,也需要受過博士訓練的人才來幫忙選題(尋找合適發展為產業應用的生物科技成果)、研發、甚至建立良好的產品品質管制流程,才能做出真正可以應用的生物科技產品。」

「這些對生物醫學領域的學生是新的機會,也是挑戰。大家要儘量在求學過程中,不僅努力本行,也要多讀多聽其他領域的研究發展,才能進行跨領域對話,發揮想像力和實踐力來拓展新領域。」

未來充滿了不可限量的可能,加油!!

 

參考資料

註解

  • 1. Schmidt et al., 2011, Intrinsically photosensitive retinal ganglion cells: many subtypes, diverse functions. Trends in Neuroscience, 34: 572-580.
  • 2. Chien et al., 2013, Lack of Type VI Adenylyl Cyclase (AC6) Leads to Abnormal Sympathetic Tone in Neonatal Mice. Experimental Neurology. 248: 10-15.

 

本著作由研之有物製作,以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
研之有物│中央研究院_96
296 篇文章 ・ 3924 位粉絲
研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

0

0
0

文字

分享

0
0
0
不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
251 篇文章 ・ 321 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

0
0

文字

分享

0
0
0
50 歲的健康決定 70 歲的大腦!給「三明治世代」的失智症精準防護指南
PanSci_96
・2026/05/08 ・1912字 ・閱讀時間約 3 分鐘

本文由 AI 協助生成,內容經編輯審閱。

上有高堂老母要照顧、下有孩子要養,你是正處於 45 到 55 歲的「三明治世代」嗎?2025 年的台灣,正式邁入了每五人就有一位長者的「超高齡社會」。看著逐漸年邁的父母,許多人心中最大的恐懼就是:「萬一他們失智了怎麼辦?」甚至會擔心:「我以後也會這樣嗎?」

不過,好消息來了!隨著科學進步,失智症的防治已經從過去的「晚期無奈照護」,轉向「極早期精準預防」。醫學研究更發現,阿茲海默症的病理變化,其實在症狀出現的 15 到 20 年前就已經悄悄開始。這代表著,45 到 55 歲的中壯年時期,正是扭轉大腦命運的黃金窗口!

對抗失智的新武器:血液檢測與清除病灶的新藥

過去要確診阿茲海默症,往往得依靠昂貴的腦部影像檢查或是讓人心驚膽戰的腰椎穿刺。但近年來高精準度的血液檢測(例如血漿 p-tau217)已經有了突破性的發展。這意味著,未來我們或許只需透過簡單的抽血,就能在中年時期提早揪出大腦裡堆積的壞蛋白,精準預測未來的失智風險。

不僅診斷變簡單,治療也有了顛覆性的改變。近期有幾款能清除腦中類澱粉蛋白斑塊的新藥(如 Lecanemab 與 Donanemab)陸續問世並取得核准。它們能真正做到「疾病修飾」,也就是直接清除病灶、延緩認知衰退,而不是只求減輕症狀。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

然而,這些新藥所費不貲,一年自費可能高達百萬台幣,且健保尚未全面給付。這殘酷的現實提醒我們:提早做好財務規劃(例如有長照或外溢機制的商業保險),並且將焦點放在「前端預防」,絕對比生病了才找藥吃來得划算許多。

權威期刊《刺胳針》點名!你不可忽視的 4 大護腦重點

國際頂尖醫學期刊《刺胳針》(The Lancet)的最新報告指出,只要我們能控制好生活中的某些風險因子,理論上就能預防或延緩高達 45% 的失智症發生!針對中壯年族群,有四個關鍵因子絕對不能忽視:

1. 壞膽固醇(LDL)過高

以前我們只知道高膽固醇會傷心血管,現在發現它也超級傷腦!過高的壞膽固醇不僅影響腦部供血,還可能促使類澱粉蛋白生成與堆積。控制好膽固醇不再只是為了護心,更是為了護腦。

2. 視力與聽力衰退

中年開始出現的老花眼、初期白內障,或是因長期戴耳機受損的高頻聽力,千萬別當作「老了正常」就不理它。根據感官剝奪假說,視覺與聽覺輸入的減少會讓大腦接收到的刺激變少,進而加速皮質萎縮。戴上合適的眼鏡或助聽器,就是低成本又高效益的護腦手段!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

3. 睡眠「碎片化」

工作壓力大,總是睡睡醒醒嗎?研究指出,對 30 到 40 歲的中壯年來說,睡眠的「連續性」比「總時數」更重要!大腦的膠淋巴系統主要在深層睡眠時進行「大掃除」,清除澱粉樣蛋白等代謝廢物。如果睡眠頻繁被打斷,大腦裡的垃圾越積越多,未來的認知功能自然會亮起紅燈。

沒空又不想花大錢?「在地版麥得飲食」與「週末戰士」來救駕

大家都知道防失智的「麥得飲食(MIND Diet)」能降低 53% 的阿茲海默症風險,但天天買藍莓、羽衣甘藍實在太傷荷包。別擔心,台灣在地食材其實就是最強的護腦寶庫!

我們可以把進口莓果換成同樣富含花青素的「桑椹」,或是抗氧化超強的「芭樂」和「紅龍果」。昂貴的綠色葉菜,用菜市場一把幾十塊的「地瓜葉」或「空心菜」就能完美取代;豐富的 Omega-3 脂肪酸,可以從台灣人熟悉的「虱目魚」和「鯖魚」中攝取(記得避開油炸!)。用「苦茶油」代替橄欖油,就能吃出台味十足的高 CP 值護腦餐。

至於運動,如果你總是感嘆平日上班太累沒空,頂尖期刊《Nature Aging》的研究給你了一個科學解方:做個「週末戰士」吧!研究證實,把一週需要的中高強度運動(約 150 到 300 分鐘)集中在週末一兩天完成,例如去爬個台北象山或台中大坑步道,預防失智的效果和每天規律運動的人幾乎沒有顯著差異。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

結語:為大腦開個「認知存摺」吧!

過去的失智症宣導常訴諸恐懼,但我們應該將它轉化為「大腦資產管理」的概念。就像存退休金一樣,45 到 55 歲正是為大腦累積「認知存摺」的最佳時機。我們有高達 45% 的風險是可以自己掌控的。

這個週末,不妨帶爸媽去吃一頓少油煎鯖魚配燙地瓜葉的護腦大餐,再一起去附近的步道走走流點汗。這不僅是照顧長輩,減輕未來的負擔,更是為自己的大腦超前部署,一起迎向精準又健康的樂齡未來!

參考資料

  1. Study Details | NCT07232667 | Digital Technology for Active and Healthy Ageing in Taiwan
-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

0

3
0

文字

分享

0
3
0
「滿腦子塑膠?」–顯微鏡揭露健康危機
顯微觀點_96
・2025/12/02 ・2337字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文轉載自顯微觀點

塑膠垃圾早已是全球性的環境難題。除了塑膠製品丟棄成為海廢後,隨波漂流跨越國境影響生態外,大量廢棄物流入海洋、陸地並分解為塑膠微粒,可能隨著食物鏈進入魚貝類,最後再回到餐桌,在在引發健康疑慮。

大腦裡的塑膠湯匙

今年二月,一篇發表於《自然醫學》(Nature Medicine)期刊的研究指出,人體大腦中發現的塑膠微粒量大到相當於一整支塑膠湯匙,且可能與失智症相關,更是引發全球關注。

美國新墨西哥大學藥學系教授馬修・坎彭(Matthew Campen)的研究團隊,以 2016 年和 2024 年的死者器官樣本,分析微塑膠與奈米塑膠(microplastics and nanoplastics, MNPs, 後續統稱為塑膠微粒)在主要器官系統中的相對分布。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

過去透過顯微光譜學(visual microscopic spectroscopy methods)已觀察到肺、腸道與胎盤等器官中存在塑膠顆粒,但這些方法多半受限於觀察粒徑大於5微米的塑膠微粒,更細小的奈米塑膠則難以被偵測到。

因此,坎彭團隊結合化學分析與顯微觀察,運用了多種互補的技術,包括熱裂解氣相層析質譜儀(Py-GC/MS)、衰減全反射式傅立葉紅外線光譜儀(ATR–FTIR),以及搭配光學與電子顯微鏡,為分析化學提供「看得見的」證據。

他們證實了人體腎臟、肝臟和大腦中皆存在塑膠微粒,主要成分為聚乙烯(PE),其他聚合物濃度則較少。而和肝臟或腎臟相比,腦組織中的聚乙烯比例更高。以透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy, TEM)觀察到腦中的塑膠微粒呈奈米級碎片狀,尺寸多小於 200 nm,寬度不到 40 nm。

研究團隊在平均年齡 45 至 50 歲的死者腦組織中觀察到,每克腦組織約含 4800 微克的塑膠微粒,佔腦質量的 0.48%;且相較於 2016 年樣本,2024 年的大腦塑膠量增加近 50%。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「這意味著我們大腦的 99.5% 是腦,其他則是塑膠。」坎彭如此說道。

團隊分析失智症患者的腦樣本後發現,塑膠微粒濃度更高,且明顯分布於發炎細胞區域與血管壁沿線。研究推測失智症與塑膠微粒之間可能存在關聯,但尚無法證明因果。因為失智症典型症狀如腦萎縮、血腦障壁受損與清除機制不佳,也可能導致塑膠微粒更易累積、濃度升高。因此,仍需改進分析技術與更大規模的研究,以釐清塑膠微粒對神經健康的真實影響。

腦組織發現塑膠微粒
使用偏光顯微鏡和電子顯微鏡觀察腦組織切片,發現存在塑膠微粒。圖片來源:坎彭團隊研究論文(Fig. 2)

調查塑膠微粒的名偵探

要找出肉眼看不見的塑膠微粒,無疑像大海撈針一樣,而這正是顯微鏡技術發揮關鍵作用之處。

顯微鏡是目前辨識塑膠微粒最重要的工具之一。由於塑膠顆粒的尺寸從幾毫米到幾奈米不等,外觀、顏色、透明度差異極大,肉眼觀察幾乎無法分辨。透過顯微鏡,不僅能觀察形態與結構,還能搭配光譜分析,確認化學組成。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

光學顯微鏡是最基礎的工具,可快速辨識顏色、大小與形狀。若搭配偏光濾鏡或螢光染劑,可提高透明塑膠的辨識度。這種方法操作簡便、成本低,常用於初步篩選樣本,但解析度受可見光繞射限制(約200 nm),對奈米級塑膠仍力有未逮。

而螢光顯微鏡與共軛焦雷射顯微鏡則能提供更清晰的影像與深度資訊,適合觀察顆粒在細胞或組織內的分布。不過,染劑與天然有機物反應時,仍可能造成誤判。

當需要更高解析度時,便是電子顯微鏡登場的時候。掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)能清楚呈現微塑膠表面的粗糙度、裂紋與附著物;若結合能量散射 X 光譜(EDS),還能分析表面元素,確認是否為碳基塑膠。穿透式電子顯微鏡(TEM)則是研究奈米塑膠的關鍵,能觀察到顆粒內部結構與與細胞交互作用的情形。

除此之外,原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)也是研究塑膠微粒的重要工具。它以極細的探針在樣本表面掃描,達到原子級的立體圖像,不僅能觀察顆粒粗糙度,還能分析硬度和附著力,對研究塑膠老化或表面污染吸附特別有用。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

另一方面,由於單靠影像無法證明顆粒成分,因此常會結合如微傅立葉紅外光譜(μ-FTIR)或微拉曼光譜顯微鏡(μ-Raman)等光譜分析技術,準確辨認不同聚合物類型。

坎彭團隊的研究正是運用這些技術層層驗證,不同顯微影像共同構成一條完整的證據鏈,塑膠微粒在人體中的分布情形得以現形。

先以偏光顯微鏡觀察、定位組織切片中的「折射性顆粒」,並在肝、腎中見到1–5 µm的桿狀或顆粒狀結構,以及在腦部觀察到小於1 µm的顆粒。

再利用掃描式電子顯微鏡(SEM)搭配能譜分析(EDS)觀察這些「疑似塑膠」的顆粒表面形貌與化學組成,驗證這些顆粒是主要由碳與少量氧構成,而幾乎沒有金屬或矽元素的塑膠。最後使用穿透式電子顯微鏡(TEM)來觀察奈米級的塑膠微粒。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

從光學顯微鏡到電子顯微鏡,從紅外光譜到拉曼分析,這些儀器不只完成研究採樣,更是環境真相的揭露者。每一項技術都像是不同層級的偵探工具,拼湊出塑膠在環境與人體之間的行蹤。

塑膠顆粒
塑膠微粒可能隨著食物鏈進入魚貝類,最後再回到餐桌。圖片來源:Adobe Stock

參考資料:

  • Nihart, A.J., Garcia, M.A., El Hayek, E. et al. Bioaccumulation of microplastics in decedent human brains. (2025). Nature Medicine,31, 1114–1119https://doi.org/10.1038/s41591-024-03453-1
  • Kalaronis, D., Ainali, N. M., Evgenidou, E., Kyzas, G. Z., Yang, X., Bikiaris, D. N., & Lambropoulou, D. A. (2022). Microscopic Techniques as Means for the Determination of Microplastics and Nanoplastics in the Aquatic Environment: A Concise Review. Green Analytical Chemistry, 3, 1–54.
  • Human brain samples contain an entire spoon’s worth of nanoplastics, study says

延伸閱讀:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

顯微觀點_96
53 篇文章 ・ 13 位粉絲
從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。
繁 简