Loading [MathJax]/extensions/MathMenu.js

0

0
1

文字

分享

0
0
1

找到了人體新器官?「間質」到底是新發現還是老朋友呢?

果殼網_96
・2018/04/23 ・2961字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 594 ・九年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 文/Yuki 小柒

最近幾天,以「科學家發現人體新器官」為主題的眾多報導忽然席捲網路世界,一度登上熱搜榜首,還迅速衍生出了「最大器官」、「經絡證據」等等說法。

很多人都迫不及待想知道「新器官」到底長什麼樣?為什麼之前沒發現?甚至莫名感到「身體裡仿佛多了點什麼……」,然而在這裡不得不先澆滅大家的好奇心,這次的所謂「重大發現」只不過又是一場由報導偏差引發的新「重大誤會」。

「新器官」說法從何而來?

就在上個月底(3 月 27 日),美國的一個科研團隊在《科學報告》雜誌(Scientific Reports)上發表了一篇題為〈Structure and Distribution of an Unrecognized Interstitium in Human Tissues〉的論文,中文譯作〈人體組織中一種新的間質組織結構及其分佈〉。1

原文標題。 圖/原始論文

美國 NBC 和 CNN 新聞採訪了該課題的負責人之一 Neil D. Theise 先生(紐約大學醫學院教授),Theise 在採訪中提到:「一開始我們覺得間質是個有趣的組織,但是仔細想想它和器官也有些相似之處」、「我們已經觀察了間質的結構,也正在進一步研究它的功能」。2

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

於是,這兩家新聞媒體提煉了作者的「感覺」和「想像」,分別發佈題為〈間質:科學家發現人體新器官〉和〈新發現人體最大器官〉的頭條新聞,並迅速在世界各地掀起一股「新器官」報導狂潮。國內一些媒體和網站將這些新聞觀點翻譯後,更是添油加醋,打出各種搶眼標題。

間質的概念在網路媒體傳播過程中被誇張和放大。 圖/CNN

然而,仔細閱讀過論文原文後,會發現無論是題目還是正文,通篇找不到新器官(New organ)的說法。一篇中規中矩的論文,就這樣憑藉作者的大膽猜想和媒體的捕風捉影,像一粒小麥硬生生的發酵成了蛋糕,變成「重大發現」。

間質並不是器官!

查閱「器官」在解剖學上的定義後不難發現,要成為「器官」必須具備兩個基本條件3

首先,器官是由多種不同的組織構成的;
其次,構成器官的各個組織要共同協作行使特定功能。以心臟為例,它由肌肉組織、結締組織、神經組織和上皮組織構成,這些組織在一起實現了輸送血液的功能。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那麼間質(間隙組織)是什麼?其實單單從字面就可以看出,它目前還僅在組織層面,離器官差著一個等級。間質的「廬山真面目」其實就是若干結締組織、膠原蛋白和內襯細胞組成的網狀微型液體腔(中學生物書裡寫的組織液還記得吧?間質其實就是容納組織液的地方)。把這樣一個非典型的簡單構造稱作器官,實在牽強。

退一步講,就算間質能憑藉簡單結構破格晉級器官,在衡量器官的第二個重要標準──具有明確功能方面,它也還未過關。且文章大半篇幅都是針對不同組織間質切片的觀察比對,沒有涉及間質功能的深入研究。作者僅僅簡單推測了間質的潛在功能;列舉出癌細胞在間質中轉移的可能性,並沒有提出足夠的檢驗資料支持論點。也就是說,網上看到的那些有關間質的神奇功能大多都是缺少事實根據的假設

間質結構示意圖。構成間質的膠原纖維相互交織形成網路狀,富含水分的間質液充盈其中。 圖/中文重製自原始論文

然而,有些報導不光把間質寫成器官,還非要讓間質當上器官之首,冠以「最大器官」稱號(皮膚表示:聽說有人要篡位?)。這種說法又是從哪兒來的呢?根據文章的描述,間質的分佈不像其他器官有各自固定的位置,它存在於我們的身體各處,無論表皮下還是內臟中,都發現了間質的蹤跡,作者通過「估算」得出間質體積約占全身 20% ──於是造成「最大器官」的假象。但是如果僅因為分佈多和比重大就能成為最大器官,那麼脂肪肯定會第一個跳起來抗議……。

間質在人體的分佈示意圖。 圖/中文重製自原始論文

間質也不是新發現的!

事實上,「間質」的概念由來已久,早在上世紀 50 年代就有過間質的相關報導了4。從原文對間質的描述可以看出,作者觀察到的間質是人體內能夠容納細胞外液(即間質液)的組織空間,這和很早前就提出的「細胞外間質」屬於同一範疇,所以它既不是新提出的,也算不上是首次發現。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

有關間質(interstitum)的研究,早在上世紀50年代就有文獻發表。 圖/見參考資料[4]
另外值得一提的是,這個科研團隊先前沒有間質的相關研究經驗,間質結構是他們在手術中偶然觀察到的(採訪中作者也坦言這是他們首次報導間質)。一些業內專家對間質是新器官的說法也不贊同5

芝加哥大學分子工程學院兼本·梅癌症研究所教授 Melody Swartz 評論:「所有器官都有間質組織,就像所有器官都有血管和淋巴是一個道理。」、「大家早就知道間質內有間質液,這些間質液在間質中能夠流動。」、「我強烈地感覺到作者和媒體嚴重歪曲了這篇論文。」

哈佛醫學院放射腫瘤學副教授 Timothy Padera 表示:「不會過多關注該研究,幾十年來已有的間質研究資料應該足以糾正這一錯誤描述。」

挪威貝根大學生理學教授 Helge Wiig 致力於間質研究數十年,他對這篇文章的看法是:「這是個本不該掀起波瀾的舊課本知識。」5

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

新研究到底發現了什麼?

這篇文章的「新」並不在於「發現新器官」,而是首次採用了一種新的技術方法──鐳射共聚焦顯微內視鏡檢測法,觀察了一些已存在的組織結構。以往人們觀察這些組織時需要先採樣,再經過一系列處理和染色製作成組織切片,最後放到顯微鏡下觀察。這些處理過程破壞了間質的原有結構,讓間質由於失水而變得「乾癟皺縮」。而鐳射共聚焦顯微內窺鏡可以直接對人體組織進行即時觀測,不會破壞組織形態,因此間質原本充滿流動液體的結構才被完整的呈現在螢幕上。與其說「發現了間質」,不如說「看清了間質」更恰當。

一台鐳射共聚焦顯微內視鏡。 圖/NARA INSTITUTE of SCIENCE and TECHNOLOGY
顯微內窺鏡監測到的人體膽管粘膜下網路結構。 圖/原始論文

借助新的觀測技術,科學家能夠比以前更客觀的瞭解到皮下和內臟原有間質組織的結構,並為癌症等疾病的診斷提供一些參考依據。這些研究成果很有意義,但不能說是發現了新器官,也不能作為經絡學說的證據。

「這就好比一個研究團隊買了架非常昂貴的望遠鏡,觀察火星和木星之間(小行星帶)的一個點,看到沒人見過的小行星,然後宣佈他們發現了新的行星,但我們都知道那些不是行星。」──美國西北大學生物醫學工程教授 Matthew R. Glucksberg 如是說。5

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
果殼網_96
108 篇文章 ・ 9 位粉絲
果殼傳媒是一家致力於面向公眾倡導科技理念、傳播科技內容的企業。2010年11月,公司推出果殼網(Guokr.com) 。在創始人兼CEO姬十三帶領的專業團隊努力下,果殼傳媒已成為中國領先的科技傳媒機構,還致力於為企業量身打造面向公眾的科技品牌傳播方案。

0

1
1

文字

分享

0
1
1
伺服器過熱危機!液冷與 3D VC 技術如何拯救高效運算?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/11 ・3194字 ・閱讀時間約 6 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文與 高柏科技 合作,泛科學企劃執行。

當我們談論能擊敗輝達(NVIDIA)、Google、微軟,甚至是 Meta 的存在,究竟是什麼?答案或許並非更強大的 AI,也不是更高速的晶片,而是你看不見、卻能瞬間讓伺服器崩潰的「熱」。

 2024 年底至 2025 年初,搭載 Blackwell 晶片的輝達伺服器接連遭遇過熱危機,傳聞 Meta、Google、微軟的訂單也因此受到影響。儘管輝達已經透過調整機櫃設計來解決問題,但這場「科技 vs. 熱」的對決,才剛剛開始。 

不僅僅是輝達,微軟甚至嘗試將伺服器完全埋入海水中,希望藉由洋流降溫;而更激進的做法,則是直接將伺服器浸泡在冷卻液中,來一場「浸沒式冷卻」的實驗。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但這些方法真的有效嗎?安全嗎?從大型數據中心到你手上的手機,散熱已經成為科技業最棘手的難題。本文將帶各位跟著全球散熱專家 高柏科技,一同看看如何用科學破解這場高溫危機!

運算=發熱?為何電腦必然會發熱?

為什麼電腦在運算時溫度會升高呢? 圖/unsplash

這並非新問題,1961年物理學家蘭道爾在任職於IBM時,就提出了「蘭道爾原理」(Landauer Principle),他根據熱力學提出,當進行計算或訊息處理時,即便是理論上最有效率的電腦,還是會產生某些形式的能量損耗。因為在計算時只要有訊息流失,系統的熵就會上升,而隨著熵的增加,也會產生熱能。

換句話說,當計算是不可逆的時候,就像產品無法回收再利用,而是進到垃圾場燒掉一樣,會產生許多廢熱。

要解決問題,得用科學方法。在一個系統中,我們通常以「熱設計功耗」(TDP,Thermal Design Power)來衡量電子元件在正常運行條件下產生的熱量。一般來說,TDP 指的是一個處理器或晶片運作時可能會產生的最大熱量,通常以瓦特(W)為單位。也就是說,TDP 應該作為這個系統散熱的最低標準。每個廠商都會公布自家產品的 TDP,例如AMD的CPU 9950X,TDP是170W,GeForce RTX 5090則高達575W,伺服器用的晶片,則可能動輒千瓦以上。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

散熱不僅是AI伺服器的問題,電動車、儲能設備、甚至低軌衛星,都需要高效散熱技術,這正是高柏科技的專長。

「導熱介面材料(TIM)」:提升散熱效率的關鍵角色

在電腦世界裡,散熱的關鍵就是把熱量「交給」導熱效率高的材料,而這個角色通常是金屬散熱片。但散熱並不是簡單地把金屬片貼在晶片上就能搞定。

現實中,晶片表面和散熱片之間並不會完美貼合,表面多少會有細微間隙,而這些縫隙如果藏了空氣,就會變成「隔熱層」,阻礙熱傳導。

為了解決這個問題,需要一種關鍵材料,導熱介面材料(TIM,Thermal Interface Material)。它的任務就是填補這些縫隙,讓熱可以更加順暢傳遞出去。可以把TIM想像成散熱高速公路的「匝道」,即使主線有再多車道,如果匝道堵住了,車流還是無法順利進入高速公路。同樣地,如果 TIM 的導熱效果不好,熱量就會卡在晶片與散熱片之間,導致散熱效率下降。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那麼,要怎麼提升 TIM 的效能呢?很直覺的做法是增加導熱金屬粉的比例。目前最常見且穩定的選擇是氧化鋅或氧化鋁,若要更高效的散熱材料,則有氮化鋁、六方氮化硼、立方氮化硼等更高級的選項。

典型的 TIM 是由兩個成分組成:高導熱粉末(如金屬或陶瓷粉末)與聚合物基質。大部分散熱膏的特點是流動性好,盡可能地貼合表面、填補縫隙。但也因為太「軟」了,受熱受力後容易向外「溢流」。或是造成基質和熱源過分接觸,高分子在高溫下發生熱裂解。這也是為什麼有些導熱膏使用一段時間後,會出現乾裂或表面變硬。

為了解決這個問題,高柏科技推出了凝膠狀的「導熱凝膠」,說是凝膠,但感覺起來更像黏土。保留了可塑性、但更有彈性、更像固體。因此不容易被擠壓成超薄,比較不會熱裂解、壽命也比較長。

OK,到這裡,「匝道」的問題解決了,接下來的問題是:這條散熱高速公路該怎麼設計?你會選擇氣冷、水冷,還是更先進的浸沒式散熱呢?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

液冷與 3D VC 散熱技術:未來高效散熱方案解析

除了風扇之外,目前還有哪些方法可以幫助電腦快速散熱呢?圖/unsplash

傳統的散熱方式是透過風扇帶動空氣經過散熱片來移除熱量,也就是所謂的「氣冷」。但單純的氣冷已經達到散熱效率的極限,因此現在的散熱技術有兩大發展方向。

其中一個方向是液冷,熱量在經過 TIM 後進入水冷頭,水冷頭內的不斷流動的液體能迅速帶走熱量。這種散熱方式效率好,且增加的體積不大。唯一需要注意的是,萬一元件損壞,可能會因為漏液而損害其他元件,且系統的成本較高。如果你對成本有顧慮,可以考慮另一種方案,「3D VC」。

3D VC 的原理很像是氣冷加液冷的結合。3D VC 顧名思義,就是把均溫板層層疊起來,變成3D結構。雖然均溫板長得也像是一塊金屬板,原理其實跟散熱片不太一樣。如果看英文原文的「Vapor Chamber」,直接翻譯是「蒸氣腔室」。

在均溫板中,會放入容易汽化的工作流體,當流體在熱源處吸收熱量後就會汽化,當熱量被帶走,汽化的流體會被冷卻成液體並回流。這種利用液體、氣體兩種不同狀態進行熱交換的方法,最大的特點是:導熱速度甚至比金屬的熱傳導還要更快、熱量的分配也更均勻,不會有熱都聚集在入口(熱源處)的情況,能更有效降溫。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

整個 3DVC 的設計,是包含垂直的熱導管和水平均溫板的 3D 結構。熱導管和均溫板都是採用氣、液兩向轉換的方式傳遞熱量。導熱管是電梯,能快速把散熱工作帶到每一層。均溫板再接手將所有熱量消化掉。最後當空氣通過 3DVC,就能用最高的效率帶走熱量。3DVC 跟水冷最大的差異是,工作流體移動的過程經過設計,因此不用插電,成本僅有水冷的十分之一。但相對的,因為是被動式散熱,其散熱模組的體積相對水冷會更大。

從 TIM 到 3D VC,高柏科技一直致力於不斷創新,並多次獲得國際專利。為了進一步提升 3D VC 的散熱效率並縮小模組體積,高柏科技開發了6項專利技術,涵蓋系統設計、材料改良及結構技術等方面。經過設計強化後,均溫板不僅保有高導熱性,還增強了結構強度,顯著提升均溫速度及耐用性。

隨著散熱技術不斷進步,有人提出將整個晶片組或伺服器浸泡在冷卻液中的「浸沒式冷卻」技術,將主機板和零件完全泡在不導電的特殊液體中,許多冷卻液會選擇沸點較低的物質,因此就像均溫板一樣,可以透過汽化來吸收掉大量的熱,形成泡泡向上浮,達到快速散熱的效果。

然而,因為水會導電,因此替代方案之一是氟化物。雖然效率差了一些,但至少可以用。然而氟化物的生產或廢棄時,很容易產生全氟/多氟烷基物質 PFAS,這是一種永久污染物,會對環境產生長時間影響。目前各家廠商都還在試驗新的冷卻液,例如礦物油、其他油品,又或是在既有的液體中添加奈米碳管等特殊材質。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

另外,把整個主機都泡在液體裡面的散熱邏輯也與原本的方式大相逕庭。如何重新設計液體對流的路線、如何讓氣泡可以順利上浮、甚至是研究氣泡的出現會不會影響元件壽命等等,都還需要時間來驗證。

高柏科技目前已將自家產品提供給各大廠商進行相容性驗證,相信很快就能推出更強大的散熱模組。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
大腸桿菌是好菌還是壞菌?只分布於人體大腸嗎?——《生物學學理解碼》
PanSci_96
・2019/04/16 ・1757字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

課本介紹人體大腸中的大腸桿菌 (Escherichia coli) 有助於維生素吸收,但新聞報導時有感染大腸桿菌而死亡的案例,究竟它是有助於人體健康的益菌還是讓人生病的病原菌?此外,大腸桿菌顧名思義應分布於大腸,其他腸道區域也有大腸桿菌嗎?

大腸桿菌。圖/pixnio

大腸桿菌小檔案

大腸桿菌屬於兼性厭氧的革蘭氏陰性桿菌,由德國細菌學家西奧多 · 埃希 (Theodor Escherich) 於 1885 年嘗試找出霍亂病原時,於結腸中分離鑑定,因此大腸桿菌的屬名為埃希氏菌屬 (Escherichia) ,而 coli 是指  「colon」 (大腸中的結腸)。 埃希最早將之命名為 Bacterium coli commune(大腸中普通的桿菌),阿爾多 · 卡斯特拉尼 (Aldo Castellani) 與阿爾伯特 · 約翰 · 查爾默斯 (Albert John Chalmers) 於 1919 年更名為 Escherichia coli,以紀念埃希的貢獻,但直到 1958 才被官方認定 (Emerg. Infect. Dis., 2015) 。

是好菌?

人體大腸中的大腸桿菌與我們的關係常為互利共生,大腸桿菌可合成並釋放人體所需的營養素,包含維生素K 、 B12 等;人體製造凝血因子時需要維生素K 的參與。

大腸桿菌可由腸道中獲得營養與有利的生長環境,亦能抑制其他病菌生長,幫助維持腸道菌落。

還是壞菌?

大腸桿菌通常不致病,因此大部分的菌株並非致病菌,但有些菌株會引起食品中毒,通稱為病原性大腸桿菌  (EEC) ,依據其致病機制,主要可分為六種亞群(施等人, 1997 )。最常見的致病性大腸桿菌是因細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,稱為「旅行者的腹瀉」 (Traveler’s diarrhea) 。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

致病性大腸桿菌常引起「旅行者的腹瀉」(Traveler’s diarrhea)使人精神不濟。圖/pixabay

另一種致病性大腸桿菌,是 1982 年於美國爆發出血性結腸炎的大腸桿菌 O157 : H7 ,該種菌株透過內毒素破壞腸道與腎臟,可能造成腸道出血與溶血性尿毒症 (HUS) 。大腸桿菌 O157 : H7 產生的內毒素稱為類志賀氏毒素 (Shiga-like toxins 或 verotoxin) ,與痢疾志賀氏桿菌 (Shigella dysenteriae,為桿菌性痢疾的病原菌之一)產生的志賀氏毒素相似。科學家認為痢疾志賀氏桿菌的內毒素基因經噬菌體傳遞,被帶入大腸桿菌中,形成大腸桿菌 O157 : H7  菌株。

大腸桿菌依血清型區分不同菌株。圖/《生物學學理解碼》。

大腸桿菌的數量與分布

人類胃腸道內居住著許多微生物,形成一個複雜的生態系統。一個人的糞便中可鑑定出 400 多種細菌,主要為厭氧菌。腸道是氧氣濃度受限的環境,分布了兼性厭氧菌 (facultative anaerobes) ,包含大腸桿菌與葡萄球菌 (Staphylococcus) ,佔腸道微生物數量的 0.1%。人體的上消化道(胃、十二指腸、空腸和迴腸前段)細菌菌落較為稀疏,細菌濃度小於 104 個生物體 / 毫升腸液。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

比較各段消化道內厭氧菌與大腸桿菌的數量(修改自  Gorbach, 1996 )。圖/《生物學學理解碼》

下消化道中以大腸分布的菌落最多濃度約為 1011 個細菌 / 克糞便,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍 (Gorbach, 1996) 。換句話說,大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在迴腸中數量較多,但主要分布於大腸。

人體各消化器官的分段。圖/《生物學學理解碼》。

破除大腸桿菌的刻板印象

◎一般腸道內的大腸桿菌與人體互利共生,大腸桿菌通常不致病。
◎部分種類的大腸桿菌菌株會引起食品中毒,稱為病原性大腸桿菌。致病性大腸桿菌常是透過細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,或是如大腸桿菌 O157 : H7 透過內毒素,破壞腸道與腎臟。
◎人體的上消化道細菌菌落較為稀疏,下消化道中以大腸分布的菌落最多,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍。
◎大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在小腸的迴腸段中數量較多,但主要仍是分布於大腸。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

情資來源:

 

 

 

本文摘自《生物學學理解碼:從研究史、生態、生理到分子生物,完整剖析39個高中生物學疑難案例》,紅樹林,2019  年 3 月出版。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----