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儀器與他們的產地:國研盃 i-ONE 儀器科技創新獎 開放報名,快來打造儀器改變世界!

PanSci_96
・2020/06/23 ・1872字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 512 ・六年級
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儀器改變了世界

  • 1593 年,伽利略 (Galileo Galilei) 利用空氣熱脹冷縮原理,建造了第一支氣體「溫度計」。
  • 1595 年,第一個複式顯微鏡誕生,用來測量細胞結構。
  • 1609 年,伽利略發明天文望遠鏡,首次利用折射式望遠鏡觀測天體,開啟了天文學的研究。
  • 1759 年,‎約翰·哈里森(John Harrison)發明航海天文鐘(marine chronometer),以辨別經度,揭開大航海時代的序幕。

儀器的發明,讓我們提出的假設可以進行定量與更精確的測量,改變了我們看待世界的方式並且擴展了我們的感官範圍1

19 世紀、20 世紀和 21 世紀間科學發展的差異,部分源於探索世界的儀器不同。先進的儀器不僅可以促成新發現,回答日益複雜的問題,還可以提高知識生產的效率。除此之外,儀器促進了跨學科的研究。許多驚人的科學、工程和醫學發展,都是從基礎科學導向應用科學研究而發展的。

隨著基礎原子和分子物理研究日趨成熟,因應這些基礎科學研究所開發的儀器又再度被化學家和應用物理學家採用。在大學研究及新創公司帶領下,這些相關技術亦能應用於生物、臨床和環境科學。

爾後產生新的發現又使開發更強大的新穎儀器成為可能。例如,磁振造影(magnetic resonance imaging scanners),最初是物理學家和化學家為進行基礎研究而開發的,爾後才成為醫學上的診斷儀器。

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因此,儀器的發展與科學保持著共生關係(symbiotic relationship),決定了未來的科學發展與社會進步1

儀器是結合光、機、電、真空、控制等物理、化學及生命技術之整合系統,種類繁多,各國分類標準及涵蓋範圍亦隨各國產業現況而異,依儀器用途概分為八大類組,涵括基本物理量量測儀器、光學量測儀器、化學分析儀器、材料分析儀器、表面分析儀器、電子測試儀器、醫療儀器、環境及安全衛生檢測儀器等2

要拿諾貝爾獎,先搞定儀器

2001 年日本政府宣布將在 50 年內奪下 30 座諾貝爾獎,截至 2019 年,日本總共拿下 19 座諾貝爾獎,平均一年就產出一位諾貝爾得獎者。美國和日本都是諾貝爾獎大國,要長出顯眼的科技樹,除了政府支持、經濟作為後盾之外,還有一項重要的原因就是高端儀器的製造與使用。

前中研院院長李遠哲獲得諾貝爾化學獎的主要原因就是設計出「交叉分子束實驗裝置」(crossed molecular beam apparatus),並用此儀器深入了解分子碰撞與化學反應的機理。

自製儀器除了可以拿諾貝爾獎以外,還可以幫助產業節省成本。就半導體產業來說,台灣雖為半導體產業龍頭,但製程所用的設備大多數都仰賴進口,價格昂貴且維修不易。

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在台灣,隸屬國家實驗研究院的台灣儀器科技研究中心(儀科中心),可說是客製化光電儀器重鎮。

近年來投入半導體高階儀器設備及關鍵零組件之自研自製,研發出國內第一部自製先進半導體原子層磊晶蝕刻(atomic layer etching, ALE)設備,使用氮化鎵(GaN) 材料研製次世代半導體電力元件,作為製作微小結構「精準蝕刻」最佳工具,可應用在半導體製造業的特殊製程步驟,不僅可彈性調整零組件、降低維修成本,讓技術不再受制國外廠商。

另為因應產業界對於半導體製程之尺寸微縮需求,以及奈米科技於多元科技之應用發展,儀科中心自主開發原子層沉積 (atomic layer deposition, ALD)系統,與目前動輒台幣二千萬元以上的機台相比,儀科中心開發同樣性能之系統,性能與價格上,皆具市場競爭力。

國內第一部自製先進半導體原子層磊晶蝕刻(atomic layer etching, ALE)設備

有了自製的能力,還可以利用獨有的設備與技術,根據產業製造、學術實驗與生醫檢測等各界需求,客製化開發目前市面上「不存在」的設備。

儀科中心就曾經協助產業開發建置全台首創線上全檢「太陽能板產線智慧即時回饋檢測設備」,在 1 分鐘內即可完成一片板材檢測,不但檢測效能提升 30 倍以上,並可即時分析研判結果,據以對製程進行調整,大幅提升生產效能和品質;協助醫學界開發「生醫顯微影像光譜檢測系統」,整合顯微取像與高光譜模組,透過人工智慧學習,進行組織或病理試片分析,協助醫檢及研究人員進行攝護腺組織、子宮頸抹片、泌尿上皮細胞等初步組織或病理試片特徵分類。

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國研院儀科中心依照客戶需求量身打造客製化儀器解決方案

儀器 Maker,快來報名參加「國研盃 i-ONE 儀器科技創新獎」!

如果你也想成為儀器 Maker,不妨報名由儀科中心承辦的「國研盃 i-ONE 儀器科技創新獎」,「創想」結合科學理論並動手「實作」,從中找到答案並解決問題,更可能誘發新的創意與發明。

競賽相關資訊皆公布於活動官網 Facebook 粉絲專頁

參考資料

  1. Advanced Research Instrumentation and Facilities, National Academies Press, P16 (2006)
  2. 《儀器總覽》,新竹: 國家實驗研究院台灣儀器科技研究中心,P5,1998年。
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PanSci_96
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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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頭暈心悸、平躺也喘,及早治療慎防二尖瓣逆流!
careonline_96
・2024/05/17 ・2458字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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二尖瓣逆流把握治療黃金時機,避免中風、心臟衰竭,微創與超微創二尖瓣修補手術解析,心臟外科醫師圖文懶人包

「那是一位 60 多歲的男性患者,因為心臟衰竭的症狀惡化而住院。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授指出,「患者有下肢水腫、呼吸急促、心律不整等症狀。若是躺下來就會喘不過氣,所以只能坐著睡覺。」

檢查發現患者心臟的二尖瓣腱索斷裂,造成嚴重二尖瓣逆流。陳紹緯教授說,經過討論後,患者決定接受超微二尖瓣人工鍵索植入術。

超微二尖瓣人工鍵索植入術不需鋸開胸骨,不需讓心臟停止跳動,不需使用體外循環機。整個手術時間約 2 小時,過程中失血量少,沒有輸血。陳紹緯教授說,術後在手術室內便順利移除呼吸內管,待麻醉恢復後就轉入普通病房。二尖瓣逆流的狀況大幅改善,症狀明顯緩解,患者也順利出院。

我們的心臟具有 4 個瓣膜,瓣膜的功能與閘門類似,能幫助血液朝著相同的方向流動。陳紹緯教授說,二尖瓣位於左心房與左心室間,假使二尖瓣無法在心室收縮時完全閉合,血液會從左心室流入左心房,稱為二尖瓣逆流(mitral valve regurgitation)。

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二尖瓣逆流初期沒有明顯症狀,隨著心臟功能漸漸惡化,患者會出現頭暈、心悸、呼吸急促、下肢水腫、運動耐受力下降等心臟衰竭的症狀。陳紹緯醫師指出,患者躺平時很容易喘,必需墊高身體,甚至坐著睡覺。二尖瓣逆流可能導致心房顫動,使得心跳很快、不規則,而且會增加中風的危險。

陳紹緯醫師強調,「二尖瓣逆流患者要把握治療時機,只要確認重度二尖瓣逆流就是最佳治療時機!」

二尖瓣逆流可能導致心臟衰竭

二尖瓣逆流可分成「原發型」與「續發型」。陳紹緯醫師解釋,「原發型」指的是瓣膜的結構損壞、包括瓣膜葉片組織太多造成脫垂,或用於懸吊瓣膜葉片的腱索太長或斷裂,瓣膜鈣化或感染,使二尖瓣無法完全閉合;「續發型」是因為心臟變大,即使二尖瓣本身結構正常,也無法完全閉合。

二尖瓣修補手術解析

原發型二尖瓣逆流的治療,一般是建議用手術修補瓣膜或置換人工瓣膜。陳紹緯醫師說,續發型二尖瓣逆流的治療,建議先採用藥物治療,或是經導管瓣膜夾合術優先,最後才是傳統外科手術。

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在有經驗的醫療團隊治療下,大部分原發型二尖瓣逆流患者的瓣膜可以修補,一般建議接受瓣膜修補手術,盡量保留患者的二尖瓣膜,進行生理性結構重建。陳紹緯醫師說,研究顯示二尖瓣修補手術的成功率高,經驗豐富的心臟外科手術團隊可以達到 9 成以上的成功率。因為使用患者自己的瓣膜,耐用性較佳,長期存活率較高。

「原發性二尖瓣逆流,建議優先使用手術治療,才可以治本。」陳紹緯醫師說,「除非是高風險患者,否則原發性二尖瓣逆流不建議經導管二尖瓣夾合術。」

二尖瓣修補手術

只要確認是重度原發型二尖瓣逆流,就要盡快接受手術治療。陳紹緯醫師說,即使患者還沒有出現症狀,或是症狀輕微,都要把握治療時機。及早接受手術治療,有助保存心臟功能,達到長期存活。

二尖瓣修補手術是相當成熟的術式,除了採用標準開胸手術外,也可以使用微創、或超微創的方式進行。陳紹緯醫師說,標準開胸手術適合進行複雜性修補,或同時進行冠狀動脈繞道手術、處理其他瓣膜。

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微創二尖瓣修補手術可採用內視鏡手術或達文西機械手臂。陳紹緯醫師說,達文西機械手臂具有放大的 3D 立體視野,能夠呈現精細的影像。多軸活動的機器手臂相當靈活,能在狹小的空間中進行二尖瓣修補手術。由於傷口較小,能夠降低術後疼痛,縮短恢復期。然而並非全部病人的病況都適合手術前醫師詳細的評估非常重要。

超微創二尖瓣修補手術能夠治療二尖瓣腱索斷裂造成的二尖瓣逆流。陳紹緯醫師說,超微創二尖瓣修補手術是從左側乳頭下方第五肋間或第六肋間進入,傷口約 5 公分,然後在心臟跳動的狀態下,從心尖穿刺進入左心室及左心房。

超微創二尖瓣人工腱索植入術

藉由 3D 重組超音波影像的導引,可定位出二尖瓣逆流的位置。心臟外科醫師會從心尖放入人工腱索植入器,夾住二尖瓣並植入 3 至 4 條人工腱索。

最後在高解析心臟超音波的協助下,調整人工腱索的長度並固定,完成生理性修補。陳紹緯醫師說,相較於傳統開胸手術,超微創二尖瓣修補手術不須鋸開胸骨、不用讓心臟停止跳動、不使用人工心肺機、不用打開心臟。因為術中失血量較少、術後疼痛較少,患者恢復會比較快。然而要特別注意的是,並非全部病人的二尖瓣病灶位置都適合使用此新技術,此外晚期心臟衰竭,心臟擴大嚴重的病人也並不適合,手術前醫師詳細的評估非常重要。

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貼心小提醒

無論是微創或超微創二尖瓣修補手術,都需要經過完整的術前評估。陳紹緯醫師說,原發型二尖瓣逆流患者要把握治療黃金時機,在心臟功能受損前,盡快接受手術治療。請與醫師詳細討論,選擇合適的治療計畫!

討論功能關閉中。

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間質性膀胱炎是什麼?有哪些症狀?如何治療?
careonline_96
・2024/05/15 ・2573字 ・閱讀時間約 5 分鐘

劉育志醫師:請問什麼是間質性膀胱炎?

蔡青倍醫師:間質性膀胱炎,其實是一個慢性非細菌性的膀胱炎,所以既然是慢性,通常這些病人,會有超過六個禮拜以上,不舒服的情況,怎麼樣的不舒服,其實是很像細菌性膀胱炎的,解尿疼痛、下腹痛,所以它的核心症狀其實是疼痛,它的診斷需要,還有輔助一些下泌尿道的症狀,譬如有一些解尿疼痛,頻尿、急尿,一直要去上廁所,這樣非常困擾的下泌尿道症狀,它的盛行率,其實在女生的族群比較常見,也許有八到九成都是女性的病患,而且相對是年輕的,平均可能是四十幾歲左右,會被做診斷,也因為慢性,所以是無時無刻,可能病人都有覺得這樣的不舒服,在這種解尿疼痛、下腹痛,無時無刻的影響,也因此這些病人的生活品質,是非常的差的,甚至有些人覺得這些病人的生活品質,甚至比洗腎的病人還要來得差。

劉育志醫師:請問在確診間質性膀胱炎,會遭遇哪些困難?

蔡青倍醫師:間質性膀胱炎,基本上是一個慢性的過程,所以很多病人,在一開始的症狀,本來就是比較模糊不清,或者是一開始的症狀,其實是反反覆覆發生,也因為有些病人會在性行為之後,或者是月經來以前,這樣的症狀又再發作,也因此像這樣的疼痛、解尿不舒服,很容易被診斷為泌尿道感染,也許這些病人在給了藥物治療之後,症狀又有稍微得到緩解,沒有再進一步追根究柢,把根本的原因找出來,也有一個文獻說,平均這些病人,要經過七、八年的時間,可能會遇到五到七位,不一樣的主治醫師,最後才得到診斷。

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劉育志醫師:請問間質性膀胱炎該如何治療?

蔡青倍醫師:第一步,要先能夠好好的照顧自己,跟疾病能夠長期共處,所以第一點的保守治療,要能夠先了解自己,應該會有一些壓力、情緒,或者是飲食,會讓疼痛、解尿不舒服的情況,又再次發作,所以如果找到自己容易誘發的因素去避免,以平常的生活習慣,維持一個良好的生活習慣,不要有太大的壓力,適當的飲水,去減少發作,在比較一些緊急發作的狀況,會需要用到一些藥物治療,這樣的藥物治療,還是以一些止痛劑,適當的止痛劑,或者是一些膀胱,或者是一些骨盆肌肉,放鬆治療藥物為主,很多病人應該也會問到說,目前有玻尿酸的膀胱灌注治療,這樣的治療其實是藉由玻尿酸的溶液,可以修復膀胱上皮的黏多醣層,對於尿液裡面的一些刺激物,就會比較沒有那麼敏感,這也是病人常常在我們門診,有可能會反覆回來,做灌藥的一個療法,如果口服藥物治療,或者是膀胱灌注治療,可能都沒有辦法紓解,這麼嚴重疼痛的狀況,也會有比較侵入性的,像膀胱進水擴張手術,或者是膀胱鏡的注射手術。

劉育志醫師:請問玻尿酸灌注會如何進行?

蔡青倍醫師:玻尿酸其實是 50 cc 的一個透明的溶液,它的結構因為跟膀胱表皮的,黏多醣層類似,也因此如果能夠灌注到膀胱內側,其實是可以修復,補充破損的黏多醣層,病人的症狀也會獲得緩解,在診間醫師會經由導尿的方式,將 50 cc 透明的玻尿酸,直接灌注到病人的膀胱內側,之後導尿管其實就可以拿掉,病人就可以馬上下來活動,也許過一、兩個小時之後,再自己把玻尿酸,隨著尿液一起排出來,其實就可以了,病人也許在灌注之後的幾天,甚至到幾個禮拜之內,就會覺得這樣的疼痛,解尿不適的狀況舒緩許多。

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劉育志醫師:請問玻尿酸灌注治療的選擇,有何注意事項?

蔡青倍醫師:其實在全球而言,這樣的玻尿酸產品非常多,目前真正進入台灣的品項,也都有台灣衛福部的核可,但是大家在選擇這樣的產品,其實可以注意,是不是有標明來源,它的純化,整個過程到底是怎麼樣進行,再來是這些產品,是不是都有比較多的文獻,去佐證它的使用概念,所以其實建議大家,在選擇產品的時候,是可以稍微詢問,玻尿酸的來源跟廠牌。

蔡青倍醫師:她(患者)在來看我之前,的確也經歷了超過五年以上,蠻痛苦的就醫過程,因為她在一開始的症狀,其實是有點反反覆覆,大部分其實是在憋尿之後,開始就會覺得肚子痛、排尿不順,解尿痛的狀況,她就到處去看醫生,反反覆覆、來來回回,她可能看了也許不下十家的醫院,一開始的症狀是會好的,可是在來看我的前面那一、兩年,就發現這樣的症狀,在吃了藥之後,變得好像沒有什麼效果,那一年她其實是沒有辦法上班,所以她的工作也因此就沒有,就變成到處看醫生,可以想像其實她的生活非常痛苦,她的說法是每天尿尿超過二、三十次,在經過膀胱鏡的檢查之後,確定這樣的診斷,我們幫她做的治療,除了口服藥物之外,其實是玻尿酸的灌藥治療,她其實也蠻認真配合,所以在第一個月,她每個禮拜都來報到,她覺得那一個月,是這幾年最大的轉折點,她開始比較有辦法出門,後來她的玻尿酸的灌藥治療,是採用一個比較維持性的療法,也就是每一、兩個月,她再回來接受治療,後面變得非常的穩定之後,我們也慢慢的拉長灌藥時間,可能到兩、三個月,再回來灌藥一次,而且幾乎所有的止痛藥,或者是頻尿的藥物治療,也都不太需要了,給我最大的鼓勵是,她也很高興的回來跟我說,她後來又找到了工作。

蔡青倍醫師:雖然她是一位蠻年輕的病人,目前也才三十幾歲,可是看得出來,她從很年輕的時候,就開始慢慢的出現症狀,經過了那麼長時間,吃藥跟就醫治療,最後找到了確切的治療之後,其實是可以維持一個非常好的生活品質。

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