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化學也能是「綠色」的?跟我們的生活有甚麼關係?

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2018/09/12 ・3735字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 531 ・七年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託,泛科學企劃執行

  • 文/文詠萱

沒有理由讓這些不環保的用具(保麗龍餐具)繼續污染我們的街道、垃圾掩埋場以及河流

──紐約市長白思豪聲明,在法院宣布支持保麗龍禁令後[1]

1839年,德國藥劑師賽門 (Eduard Simon) 發明了發泡聚苯乙烯(Expandable Polystyrene,EPS),也就是大家所熟知的保麗龍。而 180 年後的今天,這種輕盈、不易腐壞、便宜而且能夠隔熱的材料,依然存在於我們的生活中,出現在免洗碗盤、生鮮容器、防撞包材等用途中。

保麗龍杯是很常見的免洗餐具種類之一。 圖/Steven Depolo@flickr

保麗龍做為最常見的包裝、儲藏材料,應用的數量非常龐大。因保麗龍的可塑性高、輕便、利於運輸且具有保溫作用,一直是全世界愛用的運輸防撞材料,這項材料讓人類生活更便利。

然而保麗龍在環境中不易分解,若不慎處理,流入海中將會成為難以處理的海洋廢棄物,我們要如何在化學材料帶來的便利與環境保護做到完美平衡?

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人們貪一時之快,保麗龍卻會在地球上存留很久。圖/David Gilford@flickr

或者更好的問題是,像保麗龍這樣不易回收、難以分解的化學材料,為什麼會拋棄式使用呢?化學材料的使用,要依照怎樣的準則才能對環境更加友善?

應用化學技術帶來永續發展的前景:綠色化學

無論是輕巧便捷的塑膠、保麗龍材料或是幫助蔬果生產的農藥肥料,都源自於化學工業在第二次世界大戰後蓬勃發展,人們掌握了化學知識、並用以改善生活;化學工業的開端,似乎替人類的未來帶來了光明的前景。

1962年,瑞秋‧卡森(Rachel Carson)出版《寂靜的春天》直指遭濫用的殺蟲劑如DDT等對生態環境的影響。由這個時期開始,許多工業帶來的污染問題也引起了人們對於化學物質使用的警覺。1990 年,美國頒布了「污染預防法」(Pollution Prevention Act),文件中正式使用了「綠色化學(green chemistry)」一詞,鼓勵各州由化學製程的生產源頭減量廢棄物的產生,並確立了低污染製程的研發。

而在後續的發展中,「綠色化學」的概念持續發展。在化學品的製程中應該要遵循哪些原則,才能夠避免對環境生態以及對人類的傷害?也就是要怎麼做才是真正符合綠色化學的宗旨呢?

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將化學與永續發展的精神結合,其實就是綠色化學的宗旨。圖/Robert Couse-Baker@flickr

1998 年,阿納斯塔斯 (Anastas, P. T.) 和華納 (Warner, J. C) 在合著的《綠色化學:理論與實踐》(Green Chemistry: Theory and Practice) 中提出12項原則(PRODUCTELVIY)[3],這些原則普遍受到各界接受與引用:

  1.  P:Prevent wastes (防廢):預先防止廢棄物產生,勝過於製造後處理廢棄物
  2.  R:Renewable materials (再生):物料的來源需要從可再生的方向來努力,將廢棄的化學產品回收,轉換成有用的資源,如無機金屬的部分,可另外回收再利用。
  3.  O:Omit derivatization steps (簡潔):製程中應選無毒或低毒物料,使用對人體健康、環境毒性最小或沒有的物質
  4.  D:Degradable chemical products (可解):選擇相同功能,但毒性最小的產品,產物在使用後,應可降解,而不會在環境累積
  5.  U:Use safe synthetic methods (保安):盡量不使用助劑(如溶劑、分離劑等),如需使用則選擇較無害的物質
  6.  C:Catalytic reagents (催化):降低製程的能耗,盡量選擇可於常溫常壓進行的節能程序
  7.  T:Temperature, Pressure ambient (節能):在技術可行和經濟合理的前提下,儘量採用可再生資源代替消耗性資源
  8.  E:E-factor, maximize feed in product (物盡):使用最少的原料製造出最高比例的產物,讓原料沒有浪費,化學合成應注重原子經濟效率(atom economy)
  9.  L:Low toxicity of chemical products (低毒):應盡量使用對人類和環境毒性最低的起始原料,這項原則另可擴大解釋為選用低危險性製程
  10.  V:Very few auxiliary substances (降輔):使用輔助性的材料需考量對於環境的影響,製程選擇使用後可分解無害的化學品和產品
  11.  I:In-Process Monitoring (監測):在製程中即時監控有可能產生的有害物質,並儘量避免產生這些有害物質
  12.  Y:Yes, it’s safe (思危):使用與生產可降低意外事故(如洩漏、爆炸、火災等)的化學品

綠色化學的核心即在於盡可能降低每個階段產生的有害物質,並節省資源使用,包括:生產原料時消耗最少的資源與能源、製程中盡可能避免產生有害物質,而最終得以將化學與永續發展的精神結合。

有了綠色化學12項原則,實際該怎麼做?

且讓我們回到開頭的故事:保麗龍經久不腐的特性使得它完全不適合作為用過即丟的拋棄式產品。2019年 1月1日,經過數年的訴訟,美國紐約市將正式禁用保麗龍餐具,引起了許多矚目。但是僅僅禁用並沒有真正解決人們需求,我們應當如何找出真正優良的替代品呢?

參考綠色化學的第 4 條原則:選擇相同功能,但毒性最小的產品─現行最明顯的替代方案即是以紙杯、聚丙烯等較易回收或分解的材料代替保麗龍,降低其廢棄物的數量。但是,考慮到現行大量使用的拋棄式產品仍然會造成許多問題,採取第10條原則:設計可分解對環境無害的化學品與產品,或許才是對於保麗龍難題的真正解方。

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科學家正努力找出保麗龍的替代方案:臺灣工研院曾研發改良澱粉使其具有發泡特性,如能成功市場化,即可取代保麗龍的包裝功能;而澱粉屬天然材料,使用後即可掩埋自然分解。美國馬里蘭大學材料與工程學系2018年研究新發表的「Nanowood」[6]則試圖取代保麗龍作為建材隔熱的角色。

「Nanowood」中除去了木材中的木質素 (lignin) 與半纖維素 (Hemicellulose),內部餘下的骨架纖維素纖維 (cellulose fiber)構造即可達到極佳隔熱效果,再加上能製成的形狀、厚度多元等特性,未來若能量產製作,有望能取代保麗龍,成為絕佳的隔熱材料。另外,在寄送商品時,會在箱子內塞些填充物防止撞擊,而這些填充物也研發出可降解的材料,讓具長鏈分子的材料因紫外光、加熱等自然環境因素,轉化為能回歸自然界中的元素,如二氧化碳、水等。

美國馬里蘭大學材料與工程學系2018年研究新發表的「Nanowood」則試圖取代保麗龍作為建材隔熱的角色。圖/原始論文

全球一同投入創意與研究達成「綠色化學」

除了保麗龍,化學工業的產品遍及我們的生活,尚待處理的「歷史共業」還有很多,而這些化學物質的取代、製程的改良都需要許多人共同努力。美國環保署在1996年就設立了「美國總統綠色化學挑戰獎」,針對「使用替代合成途徑」、「使用替代反應條件」以及「設計較安全的化學品」頒發獎項,希望能鼓勵相關的業者、研究人員投入與創意進行研發。

有許多國家也立法具體限制化學產業製程中產生的副產品種類與濃度,如近年來逐步增加管制範圍的「斯德哥爾摩公約」即逐步評估並嚴加管制化學產業製程中出現的持久性有機污染物。而針對溫室效應與廢氣排放,美國、日本、歐盟等國家亦立法推行含有酒精的汽油,期望可降低廢氣排放,並減少對石油的需求。

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圖/pixabay

目前臺灣產業界可看到許多執行綠色化學精神的案例,需耗用大量水資源的鋼鐵業中,中鋼由建廠初期每噸鋼耗水10噸,降為近年的4.8噸,提升了用水回收再利用率[10];永光化學公司研發出加氫還原技術,取代染料製造業原有鐵粉還原法,以解決產生大量含鐵污泥廢棄物的問題。[8]

人類科技、化學知識可說是一種雙面刃,帶給我們便利、舒適生活的化學工業,也是會造成失控環境污染的公害來源。而掌握這個雙面刃唯一的方法,就是遵循綠色化學的宗旨,逐步改進目前的原料、製程、能源,懷抱著永續經營的理念,真正讓化學帶來未來的美好生活。

參考資料

  1. Jorgensen, J., Goldberg, N., & Hussain, K. 6/13/2018 Styrofoam ban to start in 2019, Mayor de Blasio says Daily News
  2. 行政院環境保護署,綠色校園動起來 跨部推動作夥來,2017年。
  3. 蔡蘊明,綠色化學(Green Chemistry) ― 拯救地球的未來,綠色online高瞻自然科學教學資源平台。
  4. 周德璋,開創新局的永續化學:綠色化學:以友善環境為出發點的化學 (上) ,臺灣化學教育,2017年。
  5. 周德璋,開創新局的永續化學:綠色化學:以友善環境為出發點的化學 (下) ,臺灣化學教育,2017年。
  6. 李吉祥等人,綠色化學技術於工研院研發現況,工業技術研究院
  7. 蘇宇傑,臺灣發泡聚苯乙烯 (EPS) 回收策略之研究,2015年。
  8. 陳永祥等人,化學中的清流–對環境友善的綠色化學,科技大觀園,2005年。
  9. Li, T., Song, J., Zhao, X., Yang, Z., Pastel, G., Xu, S., … & Jiang, F. (2018). Anisotropic, lightweight, strong, and super thermally insulating nanowood with naturally aligned nanocellulose.Science advances4(3), eaar3724.
  10. 中鋼公司 社會企業責任報告書

延伸閱讀

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行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/

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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

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IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

肺部為何會變成「菜瓜布」?

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

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雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

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找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

  1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
  2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
  3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

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最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


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受保護的內容: 潛藏在電腦外殼的環境賀爾蒙——多溴二苯醚
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