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「地表太空旅行」 兩小時從紐約到北京的真空運輸系統

Trr. 特誌_96
・2012/05/03 ・640字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 531 ・七年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

長途飛行耗時費力,同時必須消耗大量燃油和資源,現在美國運輸業者Evacuated Tube Transport Technologies(簡稱ET3)正在開發一項運輸技術,設計概念是在兩地間建構長長的密閉管狀通道,只要將管道內的空氣抽出,就能利用真空的引力把膠囊狀的磁浮車廂快速運送到另一地;這種膠囊車廂每台可以搭載六名乘客,或載運367公斤的貨物。ET3真空運輸系統的聯結設計就像高速公路,但膠囊車廂會自動從起點運送到終點;以國內運輸來說,時速為每小時600公里,未來若開發成為國際運輸,每小時則可高達6,500公里,換算起來,從紐約到北京居然只要兩小時,也難怪ET3會將這項計畫形容為「地表的太空旅行」!

ET3表示,乘客不會像坐自由落體的遊樂設施那樣臉都給擠扁了,旅途中依然可以體驗到普通氣壓環境的舒適度;此外真空運輸系統也兼顧綠色環保,加速時的能量消耗會在減速時恢復,而且與高速鐵路相比,建設真空運輸系統只需要二十分之一的材料,因為膠囊車廂的重量只有183公斤。在成本效益上,真空運輸系統的造價是高速鐵路的十分之一、高速公路的四分之一。ET3預估,只需要一組真空運輸管,就能超越一條高速公路的運量。雖然聽起來相當不可思議,但若能成功開發實行,恐怕會給地表運輸帶來全面革新呢!

資料來源:ET3 Transportation Concept Promises NYC to LA in 45 Minutes

 

延伸閱讀:Vactrain

原文發表於Trr.特誌

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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看過「水熊蟲」走路嗎?——牠的步態與 50 萬倍大的昆蟲很相似!
Riley Tu_96
・2021/09/17 ・2439字 ・閱讀時間約 5 分鐘

不到一毫米身長的水熊蟲,是一種多細胞微小的生物,在 18 世紀被科學家發現,歸類於緩步動物門,目前全球大約有 1000 種被發現,棲息地包括淡水沉積物、苔蘚類的水膜,有少數種類棲息於海水的潮間帶,甚至在喜馬拉雅山脈或深海都可以發現牠們的身影。

聽起來毫不起眼…嗎?那你就錯了,牠可是目前是第一種被認證可在太空中生存的動物,堪稱地表上最強的生物!

水熊蟲在顯微鏡下的樣子。圖/flicker, CC BY 2.0。

環境不太舒適? 那就「假死」一下吧

水熊蟲體長通常在 0.3-0.5mm 左右,擁有頭部和四個體節,身體的表面含有幾丁質(節肢動物外殼的成分),擁有 8 隻腳,末端有爪子、吸盤跟腳趾,在顯微鏡下觀察,看到牠們身形飽滿、動作又笨重,所以被科學家稱為「水熊蟲」。

在 2007 年 FOTON-M3 任務,水熊蟲在太空待了十天,隨後回到地球,發現約 70% 的水熊蟲存活,並成功繁衍後代;而在 2019 年 2 月 21 日,以色列的太空船創世紀號墜毀在月球,卻意外發現有大量的水熊蟲在 DVD 大小的鎳片[註1]

水熊蟲可以在乾燥、高溫(約為150 °C)、絕對零度(-272℃),面對輻射以及真空下的環境存活,因為具有四種隱生狀態–低濕隱生、低溫隱生、變滲隱生跟缺氧隱生,面對不利於生存的環境,牠們會捲縮起來,讓水分排出、暫停身體代謝,處於「假死」的狀態!

科學家們表示微重力和宇宙輻射,對水熊蟲影響不大,未來有望在太空研究中扮演重要的角色!

水熊蟲可以上山下海,不禁讓人心想,那些因太空船墜毀而登上月球的水熊蟲,至今是否還能行動? 

名字有「熊」、長了八隻腳,步態卻像蟲?

最近刊登在「美國國家科學院院刊」(Proceedings of National Academy of Sciences, PNAS)的一項新研究,透過用高速攝影記錄了水熊蟲的移動,意外發現水熊蟲的爬行方式跟比自己大 50 萬倍的昆蟲相似。

通常尺寸像緩步動物門一樣小的生物很少有腳,牠們不走路而只會四處滑動亂竄;水熊蟲卻擁有 8 隻腳,是一種很特別的生物,讓科學家不禁好奇,這麼微小的生物是利用什麼方式移動,於是對牠們進行了研究。

圖/GIPHY

洛克菲勒大學的研究團隊,在顯微鏡下長時間持續觀察水熊蟲,並記錄其行走的步態(走路時身體各部位週期性的動態表現)。研究人員 Jasmine Nirody 表示,水熊蟲在沒有外力干擾下,有時牠們會很冷靜,以每秒半個身長的速度悠閒地漫步;當牠們看到對自己有吸引力的事物,這時會像踩了油門般,加快速度往目標物前進,可以達到每秒兩個身長。

研究團隊從水熊蟲移動的步態,以科學角度來解釋,我們平常走路,腳跟後蹬,此時會產生靜摩擦力,所以水熊蟲的爬行是靠著腳與地面接觸獲得動力,然而當我們行走在不同環境 ( 光滑或粗糙地面 ) ,會受到不同壓力、產生靜摩擦力不同,不過牠們的肢體協調很靈活,不管在大海或沙漠,牠們都會去應變不同環境!

水熊蟲跟昆蟲、甲殼類動物很相似,牠們都是在不同速度下步態相同,而脊椎動物會依據不同的速度改變其步態。

對此,研究團隊有兩種解釋,第一種是緩步動物可能跟螞蟻或是果蠅這類昆蟲或其他節肢動物有演化上的共同祖先,甚至有相似的神經迴路;第二種可能性是緩步動物和節肢動物並沒有共同的祖先,這兩類不同群體的生物為了生存,而演化出相同的行走。

但這只是兩種假設性說法,到底答案是什麼,還需要科學家們進一步研究。

水熊蟲的一小步,是科技上的一大步

水熊蟲的研究除了對動物運動學有很大的進展,科學們之後有望研究出,微小尺度行動的機器人!

某種水熊蟲的雌蟲。圖/WIKIPEDIA, by Gąsiorek P, Vončina K。

例如 2020 年美國康乃爾大學跟賓夕法尼亞大學的研究團隊,設計出小於 0.1 毫米的微小機器人,一塊晶片上就可以製造出約一百萬個機器人。

從 4 吋晶圓切下的一塊晶片上,表面約有 100 萬個微型機器人。圖/參考資料 4

這個微小型機器人由矽太陽能光電材料製作的簡單電路,跟四個電化學執行器製成的腳組成。研究團隊把機器人放在 200 微伏電壓、10 奈瓦功率的雷射光照射,從顯微鏡下觀察,會發現這些機器人在液體中游動。

這些機器人目前只能移動,其他功能還需要開發,水熊蟲的研究對微小型機器人的設計有很大的幫助,如果機器人再經過改良,在醫學上也有幫助,例如:運送藥物、人工受精、執行組織切片或微型手術等,雖然當中也有風險,需要經過跨領域的專家協助,找出適合臨床的使用。

除了微小型機器人,也對仿生機器人有幫助,其中昆蟲機器人考量到複雜機構學、運動學、動力學、昆蟲步態等研究,未來昆蟲機器人朝向以微小尺度、可進入角落或縫隙、環境監測等目標前進!

註解

  1. 以色列的太空船創世紀號,是由「以色列方舟使命基金會」(Arch Mission Foundation)與其他民間機構合作發起的月球登陸計畫。由於該計畫的目的包括備份「地球生物學」的相關資料,基金會在發射計畫中,攜帶了一個稱作月亮圖書館(The Arch Lunar Library)的裝置,在大約一張光碟片大小的 25 片鎳片中,記錄了人類的歷史及科技等資料。此外,創世紀號裡也放入了25 名人類血液和毛髮樣本,以及部分生物的樣本,其中包括了本文所談論的水熊蟲,在經脫水乾燥後,保存於合成樹脂內。

參考資料

  1. Creature Survives Naked in Space, SPACE.com
  2. ‘Water bears’ are first animal to survive space vacuum, New Scientist.
  3. The physics behind a tardigrade’s lumbering gait, Science Daily.
  4. Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots, Nature.

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連假無法逃離宿命!為什麼會塞車呢?
fabg
・2016/02/04 ・1643字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 430 ・四年級

Source: flickr

塞車的秘密

相信大家都曾碰過高速公路發生「塞車」,如果塞車的理由是前面發生車禍或有車輛拋錨,那還可以理解。但是更常見的情形是明明前面沒有狀況,可是就是塞車、塞著塞著又慢慢地變順暢了,這究竟是為什麼呢?

人類科技發展到今日,飛機、火車、輪船都具能夠讓電腦自動駕駛,唯獨就是只有跑在路上的車輛很難靠著電腦控制,到目前為止也頂多是用「自動定速」的方式來減輕駕駛的負荷。雖然每個人的駕駛習慣不太一樣,但是畢竟駕駛是需要經過訓練的過程,所以其實也相去不遠。所以,當很多車輛在一條路上形成「車流」時,人類的反應習慣,就對於車流有非常關鍵的影響特性。

根據交通工程師的統計,他們發現在一台又接著一台的「穩定車流」中,駕駛會形成一個有趣的默契。以一群小客車所形成的車流,他們會穩定地保持車頭與車頭約2秒的間距、也就是你站在一點觀察一群穩定通過的車流,大約每2秒可以通過一台小汽車。

巧妙的是,這個2秒的間距,從一般道路、車速大約30公里起,至高速公路環境下、大約車速為90公里的環境都能適用,但是同樣的間距時間、卻能構成不同的安全距離。以時速36公里、也就是每秒10公尺、車輛長度5公尺來算,前後車頭間距2秒,代表前車的車尾大約距離後車車頭15公尺(2X10-5=15);但是如果時速增加到90公里、也就是每秒25公尺計算,前後車頭間距2秒、則前車車尾到後車車頭的距離就會拉長到45公尺(2X25-5=45)。

Source: ccccltd.cn

大部分的駕駛會有這樣的默契,其實是受到人類神經「反應時間」的影響。根據統計顯示,人類的反應時間,從你看到前車煞車燈亮、到踩下煞車有煞車反應時,大約需要0.5~1秒的反應時間,在這一段反應時間中,因為神經在運作,所以車輛還是保持在原本的速度、並不減慢或停止。因此,人類為了要保持安全的反應時間,會自然而然地以2~3倍反應時間來拉長車距。所以,那些每天在路上開車的計程車駕駛,他們因為熟悉車況與路況、所需的反應時間較短,通常就會縮短與前車的距離;而剛拿到駕照的新手,因為對於反應時間所需較長,自然而然就會拉開距離。

受到了反應時間限制,這就讓高速公路的每一台高速行駛的車輛都需要和前車保持安全距離。所以,如果以單一車道中、每2秒通過1台車來算,每一個車道每1分鐘就可以通過30輛小客車,也就是每小時可以通過1,800輛車。當然,如果車流裡面有像是大客車、聯結車等大型車輛,因為他們所需的安全距離更長,當然,也會降低可以通過的車流量。

當使用高速公路的車流達到穩定的情形時,再加入這些穩定車流的人就是破壞穩定的罪魁禍首了。以高速公路車速90公里來說,可能每個駕駛人都穩定地和前車保持45~50公尺的安全距離,這時從交流道上來的車子硬是「插隊」進入安全距離時,後面的車輛因為安全距離只剩下一半、讓後面駕駛人覺得反應時間不足具有風險時,自然而然就會降低車速、甚至踩下煞車。當有一台車踩下煞車、後面穩定跟隨的車輛就會因為前車煞車而放慢速度,於是後面跟著的車越來越慢,就讓整個車速降低、導致塞車。那前面的兇手呢?其實早就逃之夭夭、也不知道後面因為他造成塞車了……

Source: pixbam

也是因為這個理由,高速公路的管理機關才要使用「匝道儀控」或是「高乘載管制」的手段,利用紅綠燈或者乘車人數管制的方式,避免太多車流一下子上到高速公路上去破壞車流的順暢。同時,也會提醒駕駛人保持適當的安全距離,免得一下子踩煞車導致後面的車輛也跟著採了煞車而塞車。最重要的是,不要在高速公路上蛇行,不僅讓自己變得危險、也縮短不了多少時間,最重要的是,如果害後車煞車時,就會影響整個車流的穩定。下次上了高速公路,別忘了提醒開車的爸媽,保持安全距離,才能讓大家都能又快又安全地抵達目的地喔!

fabg
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從小就追著火車和飛機跑來跑去的宅小孩,生活的最大興趣就是研究交通工具,後來發現交通工具富含許多常見的科學原理,加上與「人」的互動後更呈現了多樣化的樂趣,於是決定努力鑽研、把自己研究的小小發現用淺顯易懂的方式與普羅大眾分享。現為國語日報科學版專欄作者、經營自己的Blog:「fabg@運輸邦」 (Blog網址:http://fabg.pixnet.net/blog)