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疾疾,過敏原現形!新發明 iEAT 鑰匙圈大小檢測食物過敏原

PanSci_96
・2018/02/09 ・2966字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 586 ・九年級
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  • 首圖說明:過敏性醫用物聯網檢測裝置 iEAT,僅一個鑰匙圈的大小,方便攜帶,且快速而精確,10 分鐘的時間就可以讓食物過敏的人安心吃下食物。 圖源/科技部生命研究發展司提供

不容忽略的過敏體質

過敏症狀的複雜程度、嚴重性和表徵各有不同,而引起人體過敏反應的過敏原非常多,且過敏反應又有急性與慢性等區別,因此很多情況無法辦別身體對於何種物質過敏。其中,由食物所引起的慢性過敏與急性過敏反應,於醫療保健與公共衛生方面是一項日趨嚴重之問題──當患有外源性過敏者誤食吃了引起過敏的食物,就得面臨痛苦的過敏來襲,有時甚至會付出生命的代價。

在美國,約有 5000 萬人患有嚴重的食物過敏反應,每年有 20 萬人因為食物過敏而急診治療,其中有 9 萬人甚至引起過敏性休克,每年美國在食物過敏相關的費用就需要 250 億美金,2006 年的數據指出,在美國有 3-4% 的成人及 6% 的小孩有食物過敏的問題,到 2014 年數據已攀升至 5% 和 8%。全球食物過敏的例子也正在增加,特別是在小孩的比例,更是明顯。

讓過敏原現形!過敏性醫用物聯網檢測裝置 iEAT

林幸瑩博士與黃貞翰博士在獲科技部赴國外從事博士後研究之補助後,隨即前往世界頂尖大學與研究機構──美國哈佛大學醫學院與麻省總醫院進行研究,研究團隊發展出一套過敏性醫用物聯網檢測裝置 iEAT (integrated Exogenous Antigen Testing)──僅一個鑰匙圈的大小,方便攜帶,且快速而精確,10 分鐘的時間就可以讓食物過敏的人安心吃下食物。

磁電化學裝置主要組成部分:過敏原萃取組件,檢測過敏原的電子分析儀,以及顯示結果的隨附智能手機APP程序。 圖/科技部生命研究發展司提供

以容易造成過敏的麩質為例,美國的「無麩質」食品規定每公斤麩質含量需低於 20 毫克,但許多過敏者在此濃度下仍會有嚴重的過敏反應,而此裝置的靈敏度則是每公斤含有 0.1 毫克的麩質就可以檢出,標準遠高於美國法規,可以幫助嚴重麩質過敏的人避開標示無麩質,卻仍含有少量麩質的食品。另外,為了增加食品風味,或是保存及製造上的需求,現今食品加工業上有需多額外添加物,人們常在無法得知道情況下誤食了含有過敏原的食品。為此,研究團隊測試了波士頓當地各餐廳食品,並成功偵測一些人們認為不會含有過敏原的食物而受到過敏原的污染,像是生菜沙拉中含有麩質,可能是來自沙拉醬;啤酒中含有酪蛋白與卵白蛋白,則可能來自穩定啤酒泡沫的添加物等。

此過敏原檢測裝置的出現,能讓有食物過敏的人可以放心安全飲食,另外,其他相關的應用包括環境荷爾蒙(食品包裝容器中釋放出雙酚A)、農藥、引起食物中毒毒素之檢驗等,食品業或餐廳業者也可將其用於監測自家產品是否有含有過敏原,毒素等污染,以確保銷售安全性或建構自家產品安全履歷。

即時現場食物監測。研究團隊測試了Boston當地各餐廳購買的食品,成功偵測一些人們認為不會含有過敏原的食物而受到過敏原的污染,像是生菜沙拉中含有麩質,可能是來自沙拉醬;啤酒中含有酪蛋白與卵白蛋白,則可能來自穩定啤酒泡沫的添加物等。這些檢驗的結果經由藍牙傳輸於手機並可儲存雲端資料庫。 圖/科技部生命研究發展司提供

研究團隊也成功發展出 iKEA 與 piMEX 等可攜式檢測裝置,將相關醫療物聯網裝置延伸於感染、癌症與器官移植長照等臨床醫學應用,已陸續發表多篇重要研究論文,包含生醫理工等跨領域頂尖期刊《美國化學學會 ‧ 奈米》(ACS Nano)。並且,所開發之攜帶型檢測裝置整合成鑰匙圈的大小,搭配萃取目標物(如:病原菌核酸、過敏原、癌細胞外泌體……等)之套件組與感應電極晶片,偵測後的結果會以藍芽連線至手機顯示,並上傳於雲端資料庫進行診斷比對與管理。使用者或醫護人員只要將經由萃取套件處理過的檢體置放於晶片上,插入檢測器後,10 分鐘內,就能獲得結果。此裝置體積小便於攜帶,且建構價格大概在美金 40 元左右,檢測晶片耗材低於 4 元,不僅價格便宜,且操作簡單準確快速,已吸引各界詢問合作與投資開發,目前於美國已有間公司正將此技術進行產品商業化。本研發成果亦以「磁電化學整合外源性過敏原於食品檢測(Integrated Magneto-Chemical Sensor For On-Site Food Allergen Detection)」為題,於 2017 年 8 月刊登於《美國化學學會 ‧ 奈米》(ACS Nano)期刊。

另一種應用:腎臟移植排斥反應檢測

上述研發之檢測裝置亦可應用於醫療方面,例如 2017 年 11 月發表「整合式腎臟外泌體分析於腎臟移植排斥反應檢測 (Integrated Kidney Exosome Analysis for the Detection of Kidney Transplant Rejection)」研究論文於《美國化學學會 ‧ 奈米》期刊,是針對利用體液採集進行非侵入式器官移植病患排斥反應長照監控系統研發。器官移植患者終生必須進行同種異體移植排斥反應監測,但目前的臨床黃金檢測標準必須重複進行侵入式檢體採集檢測,此侵入式手術具有併發症的風險和較高的成本。而利用採集移植病患之血清肌酐或尿蛋白是非侵入性的替代方式,但其檢測之準確度較低並無法針對排斥反應之早期檢控。

臨床腎臟移植排斥反應檢測結果。a) T細胞滲透進入移植之腎臟釋出細胞外泌囊泡於腎小管中,並可經由尿液收集取得。腎小管中有引起發炎反應的淋巴細胞(右方組織切片圖之箭頭處)。由電子顯微鏡觀察出病患尿液中之細胞外泌囊泡可經由具 CD3 之奈米粒子標記出(右上小圖白色箭頭處,比例尺為 50 奈米)。b) 病腎臟排斥患者經由本系統可檢測出高數量級的CD3陽性細胞外泌囊泡反應。c) 急性細胞排斥病患(ACR, acute cellular rejection)中 CD3陽性細胞外泌囊泡反應遠高於其他患者。 圖/科技部生命研究發展司提供

在本團隊研究中,推斷出 T細胞在攻擊腎臟同種異體移植物時會釋放細胞外泌囊泡(此外泌囊泡亦可用於發炎症狀的替代標記),並開發磁電化學之醫療物聯網整合平台利用採集患者尿液檢測免疫細胞釋放到尿液中的細胞外泌囊泡,進行檢測腎臟移植排斥反應,在臨床實驗上,此 iKEA 物聯網裝置在腎臟排斥患者中顯示出高數量級的 CD3陽性細胞外泌囊泡反應,在檢測準確度上可高達 91.1%。此快速、非侵入式並具有物聯網功能之 iKEA 裝置,能提供須長期照護之器官移植病人在居家生活中即可獲得高效益的生理監控管理,提供長照病患嶄新的生活。

 iEAT 過敏檢測研究成為新聞寵兒

值得一提的是在 iEAT 過敏檢測方面之研究應用,更被美國化學學會特選為專題新聞焦點,主動發送給全球超過千餘家的大眾媒體、國際科學網站進行報導;哈佛醫學大學暨麻省總醫院並特別以「Tiny Testing Device Will Aid Food Allergy Sufferers」作為標題刊登此項研究;亦被美國新聞媒體 CBS 特選為醫學特刊分別以標題「Researchers Working On Portable, Life-Saving Food Allergen Detector」與「Food Allergy Detection Device Could Remove Danger Of Dining Out」進行兩則新聞影片播報;美國國立衛生研究院(National Institutes of Health, NIH)報導中更提及「…此研究解決了日常隨處可見,但卻隱藏有高風險且具有生命威脅的食物過敏危機」、美國醫學學會(The Journal of the American Medical Association, JAMA)並以「攜帶式食物過敏檢測器發展之時代即將來到」之標題作為刊登報導等,充分展現出此研究成果的重要與未來性。

iEAT 研究成果目前已超過千家學術期刊新聞媒體等主動進行相關報導。 圖/科技部生命研究發展司提供

林幸瑩博士目前於哈佛醫學院與麻省總醫院擔任研究員,致力於發展智慧型醫用物聯網於臨床醫學與癌症檢測等相關研究;黃貞翰博士目前於中央大學生醫科學與工程學系擔任助理教授,並持續進行攜帶性醫用檢測裝置;與醫學影像系統等相關研究與應用。

  • 本文編修自科技部生命研究發展司新聞稿,原標題為〈科學家研發可攜式食物過敏原檢測及醫學診斷相關應用〉。
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PanSci_96
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卡西尼號最終任務啟動!探索土星與土星環之間的未至之境
PanSci_96
・2017/04/26 ・729字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 507 ・六年級
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  • 藝術家繪製在土星和土星環之間的卡西尼號。Credit: NASA/JPL-Caltech
  • 資料整理:y編

美國國家航空暨太空總署(NASA)的卡西尼號探測器(Cassini)以17世紀發現了土星大紅斑的天文學家喬凡尼·卡西尼(Giovanni Domenico Cassini,1625-1712)為名,任務為環繞土星並對其大氣、衛星、磁場及光環等等進行調查。

卡西尼號最後一次近掠泰坦的影像。Credit: NASA/JPL-Caltech

卡西尼號於1997年10月15日發射升空,在2004年7月1日抵達土星開始上工出任務;而在20年後的現在,卡西尼號跟土衛六泰坦(Titan)說了再見以後,將執行它的最終任務:連續22週穿越土星環!任務開始於2017年4月22日,而在台灣時間2017年4月26日17點時他將第一次穿過土星環表面,再此之前從沒有過探測器與土星冰環有如此親密的接觸。

卡西尼號最後22圈環繞土星的軌道。Credit: NASA/JPL-Caltech

在繞完22圈之後卡西尼號將會何去何從呢?為了避免探測器上可能有的地球微生物會污染到土星,在2017年9月15號任務完成並將資料傳回地球之時,這個人類最接近土星的探測器將會墜落於土星大氣,結束卡西尼號這20年來的壯遊;也期待後續關於泰坦和土星的資料分析,能讓我們對行星的誕生能有更多的認識!

  • NASA在任務頁上很煽情的有一個任務結束倒數器,在9月卡西尼號任務終結之前,都可以去關心一下任務進度喔。
卡西尼號往天國的倒數計時任務倒數計時器:NASA The Grand Finale Toolkit
  • google 4/26的首頁動畫

參考資料:

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再見派翠克爺爺!台北動物園元老級無尾熊身體機能退化離世
活躍星系核_96
・2016/10/11 ・1218字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 455 ・五年級
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  • 首圖由臺北市立動物園提供

臺北市立動物園無尾熊爺爺「派翠克」,因老化導致多重器官功能衰竭,於 10 月 10 日傍晚 17:59,以 19 歲的高齡離世。(人類紀錄中最長壽的無尾熊為 22.1 歲)

1999 年 7 月 31 日,2 歲多的無尾熊「派翠克」,從澳洲庫倫賓野生動物園來到臺北市立動物園,是第一批元老級無尾熊,陪伴著大家度過了 17 個年頭,有著許多愛護牠的粉絲。今年(2016 年)已達高齡 19 歲的「派翠克」,牙齒已磨損、營養吸收率低,且在 17 歲時就因白內障及水晶體異位造成視力開始模糊,因此保育員近幾年來特別注意牠的體重、進食量和排便量等各項健康指標,並啟動高齡無尾熊的照護機制,除精心調配每天的尤加利樹葉外,後來也增加餵食代奶和鐵劑來補充「派翠克」的營養。

動物園保育員提供毛巾給派翠克保暖。圖片由台北市立動物園提供
動物園保育員提供毛巾給派翠克保暖。圖片由台北市立動物園提供

10 月 8 日,保育員發現「派翠克」在棲架上同一位置休息少有移動,排便量也下降許多,且主動採食尤加利葉的意願低,因此改以手飼的方式餵食。但「派翠克」採食時間很短,沒過幾分鐘就會停下來休息,即使新鮮樹葉就在嘴邊,也不大有意願伸手抓樹葉。同日保育員開始輔以代奶補充營養,並在地上鋪軟墊,防止「派翠克」不慎墜落受傷。

10 月 9 日「派翠克」秤量體重為 7 公斤,較上週下降了 300 公克,精神不佳,秤完體重後要上樹時有點無力。晚間 11 多睡醒後在棲架上搖搖晃晃,似乎想要自己移動位置但卻沒有力氣,後來慢慢下了棲架,到地面的軟墊上趴著休息。

10 月 9 日精神略差但仍努力吃東西的派翠克。圖片由台北市立動物園提供
10 月 9 日精神略差但仍會吃嘴邊東西的派翠克。圖片由台北市立動物園提供

10 月 10 日上午保育員餵食「派翠克」代奶,剛開始牠仍會進食,但漸漸地喝代奶的意願降低,手飼樹葉也吃得很少。保育員與獸醫一直陪伴在牠身旁,期望能協助「派翠克」減輕身體的不適,或在緊急時刻採取必要治療。保育員定時替牠量測呼吸頻率,同日下午 13:10,「派翠克」的呼吸次數一度上升到每分鐘 120~130 下(休息狀態約 10-15 次/分鐘),後來慢慢緩和下來。傍晚「派翠克」於 17:59 心臟停止跳動,離開了大家,享年 19 歲 1 個月又 2 天。

無尾熊爺爺「派翠克」的一生,為無尾熊館的保育員、動物園所有工作人員,和市民們創造與堆砌了許多美好的回憶,動物園也因著照顧牠累積珍貴的照養管理資料與經驗。牠強韌的生命故事,總是鼓舞著每天照顧牠的保育員,是大家心中永遠的「老派」。「老派」,謝謝你!曾經陪伴我們走過這段路。

回憶 6 歲的派翠克。圖片由台北市立動物園提供
來回憶 6 歲的派翠克吧。圖片由台北市立動物園提供
  • 派翠克家族小檔案
    長子 Q 比         2003/7/4 (母 Ligi)
    次子 Q 弟         2005/7/6 (2015死亡、母 Ligi)
    長女 Q 妹         2013/1/10 (母 Empress)
    三子 Q 仔         2014/4/14 (母 Emily)
    孫女 Nicole      2012/1/15 (母 Tiwi)
    孫子咖啡派      2012/2/15 (母 Coral)
    孫女 Grace       2015/10/7 (母 Empress)

(本文改寫自臺北市立動物園新聞稿

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活躍星系核_96
754 篇文章 ・ 93 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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從新媒體時代走到自媒體時代,如何用好內容與科學方法探索未來?
PanSci_96
・2018/11/23 ・1540字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 517 ・六年級
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編按:面對茫茫資訊海,光要接受就很難了,更別說要在這大海中把自己的專業內容投放給你想投放的人。到底該如何讓自己的專業知識不要只有曖曖內含光?若想要從事新媒體工作,又有如何在有限的資源之下達到最大的效益呢?

泛科知識最新推出了兩門課──「科學讀寫力建立個人品牌」與「新媒體方法教你手把手做自媒體」,其實是為了解決兩大問題:第一個想解決的是傳播困境,第二則是在訊息混亂的當代找回判斷力。如果你曾有想過以上的問題,就讓我們一起來用新時代的方式解決吧!

打算從事媒體工作、或者正在從事媒體工作的你也有以下感覺嗎?

  1. 演算法一直在改,不想再被平台綁架?
  2. 想做內容,但手段與資源卻很有限?
  3. 有源源不斷的創意卻不知怎麼落實?

又或者,當你在從事知識領域相關工作時,常煩惱:

  1. 面對大量的資訊不知如何判讀,對知識感到焦慮
  2. 想寫出面面俱到的好文章卻苦無方法還只能靠靈感
  3. 文章沒人讀、不知怎麼策劃、擴散不出去又收不到反饋?

因應媒體三大趨勢,用兩門課交卷

泛科知識最新推出了兩門課──「科學讀寫力建立個人品牌」與「新媒體方法教你手把手做自媒體」,其實是為了解決兩大問題。第一個想解決的是傳播困境,第二則是在訊息混亂的當代找回判斷力。

這兩門課希望給予有知識的人們一套完善方法、提供更好的工具讓他們得以應用,並成為大家的發射器。唯有將內容傳播得更好更遠,才能有效抑制糟糕的訊息;而透過課程培養更多種子在未來長大,也是泛科知識一直在做的事情。

過去很多新媒體成立的模式跟手法都是用垂直主題,這樣的力道更集中且能造成深刻的印象。到了現在,則出現越來越多「個人」、強調人格化的操作,其中,我們可以觀察到三個主要趨勢:

第一:人們的信任回到個人身上。現在「新媒體不新」成為了一個機構化的問題,同時,部分新媒體也缺乏跟人互動的感覺。不過,以個人為角度經營,遇到的困難也不一樣,泛科知識則想將我們的經驗和觀察和大家方享。

第二:影音成為主要傳播方式。影音傳播可說是近年顯學,如何將文字改成影音,是我們一定要學習的技能。很多 youtuber 早已搶佔了先機、泛科學也長期經營影音頻道,我們期待大家能來學習影音內容的製作過程與基本觀念,善用自己的資產,用低成本達成高效果。

第三:強調跨媒體的合作。跨媒體合作如今已是必備方式與手段,如果一開始能把這個概念放進內容策略當中,相信可以讓你的合作越來越多。此外,各家平台制度與演算法不斷更改,要如何在捉摸不定的演算法下求存?我們希望能在這門課中,跟著泛科好友們一起與時俱進。

想將知識傳播得更好、更遠?請跟著我們一起向前

泛科知識知識長 P 編鄭國威說:「希望透過這兩門線下大課讓泛科學院課程能從 1.0 版本進化到 2.0 版本。課程就像是一本書,如果要改版他也加上最新的案例,泛科學院的課程要藉此方法打磨與增補,除了向學員們展現今年的成績,也想先讓學院的夥伴可以更新與體驗最新內容。」

知識長鄭國威說,這兩門課的獨特性就是泛科知識一直以來的訣竅──「從無到有」,從沒有資源開始成長,我們學到了很多事情,也想把我們真正學到的功夫分享給大家。我們透過多年的實戰演練,保持著很不錯的成績,相信打造的課程具有一定可靠性,我們認為這樣的知識與課程價值是高的,這兩堂課是第一次由我們內部的同仁,把自己運營的方式一次提供給大家。

無論你具備某些專業、對自己相當有把握,又或者你完全沒有基礎,都不用擔心聽不懂或門檻過高。不管你是大學生、研究生,或是想成為作家、影音 youtuber 的社會人士,只要你想將知識傳播得更遠,都應該來上這兩門課!

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