奈米線LED挑戰發光效率瓶頸

本文由 蓓麗嘉國際 委託，泛科學企劃執行。

• 文／陳彥諺，皮膚專科陳昱璁醫師

看似無用的頭髮，除了防曬、保暖的功能外，還有外表上的美觀作用。「美觀」雖然乍看之下並不實用，但是，如果生得一張好看的臉，偏偏頂上荒涼，好看的外貌卻極容易因此而消減幾分。

以往在治療禿頭上，有四種主要方法：改善作息、塗抹含有米諾地爾（Minoxidil）成分的生髮水、口服抗雄性禿之藥物、植髮手術。不過，隨著科技進步，科學家們也不斷地探索著新方法！

目前除了上述四種常見方法外，還有另一種安全且可居家執行的療程，是以「低能量雷射療法（LLLT）」來照射頭皮，進而達到讓落髮毛囊重回生長期的方式。

什麼是低能量雷射療法（LLLT）？

低能量雷射療法，全名叫做 Low-Level laser(light) therapy。這是一種運用低功率雷射（通常是紅外線）來治療特定症狀的治療方式。低能量雷射與傳統雷射並不相同，傳統雷射是高能量的雷射，常用單位是瓦特（Watt），大多用在切割或止血等大手術上。然而，低能量雷射是能量較低的雷射，具有安全性外，用途也更加廣泛，常用於減輕疼痛、治癒傷口、神經再生等。

不過，會發現低能量雷射也許能增生毛髮，其實完全是歪打正著的結果，為何會這樣說呢？有個故事小插曲是發生在 1960 年代後期，匈牙利醫生恩德雷・梅斯特（Endre Mester）原本在進行一系列實驗，想證明雷射光到底會不會致癌。

他將小鼠背部毛髮剃光，再使用低功率紅寶石雷射光（694nm）照射，結果，小鼠並沒有因為照射雷射光而得到癌症，出乎他的預料，雷射光的照射，反而改善了小鼠背部剃毛區域的毛髮生長狀況。

這項發現，也引起了學界對於 LLLT 治療禿頭的關注。近年來，實際研究成果中也指出了患有雄性禿症狀的患者，在經過定時定量的低能量雷射照射下，能有效改善部分受試者的禿頭狀況。

雷射光與 LED 的差異

LED 光源就是家裡的省電燈泡，這些燈泡發出的光，波長較雷射光廣泛，也沒有特定方向性，此外由於光波的相位並不統一，會互相干擾影響光波的能量。

雷射光源的產生是來自雷射二極體，通過電流產生光後會在共振腔中共振，產生更多同波長的光。因此，雷射光源的波長較為單一，具有高度指向性，且相位一致，更容易控制能量。而這些性能也反映在價格上，雷射光源每 nW 的成本，更是高於 LED 光源近 100 倍。

皮膚專科陳昱璁醫師表示：「造成落髮常見的因素包括：雄性禿、壓力、產後落髮甚至是打完疫苗或確診後的副作用都有可能引發落髮，目前通過台灣衛福部核准改善落髮的治療方式有生髮水、口服藥、低能量雷射與植髮手術，而低能量雷射的優點是非侵入、無顯著副作用、可居家使用的生髮器材，不過，若雷射波長不同會造成波長干擾，建議民眾使用 650nm 單一雷射光，至於適合用什麼樣的方式治療建議民眾到門診由專業醫師評估。」

在傳統的髮療法當中，皆存在著潛在的副作用風險，比如，使用含米諾地爾的生髮水，有可能會造成頭皮刺激不適，初期使用也可能有掉髮增加的情形，女性也偶有出現臉部多毛症的狀況；而口服藥常見副作用包含性慾減低、勃起異常、不孕等副作用。

陳昱璁醫師也提到：「雷射生髮帽屬醫療器材，若不當使用仍會造成傷害之虞，因此不鼓勵民眾自行購買，若有異常落髮徵兆，建議尋求專業醫師諮詢，才能對症下藥，找到符合自身需求的療程。」

所以頭髮禿禿別害怕！遇到落髮難題，不要遲疑，及早開啟適合的療程，才能盡早回歸頂上的繁榮景象。

※ 以上屬醫療資訊分享，任何療程效果與副作用因人而異，如有需求請以專業醫師建議為主。

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《近場光學顯微術，開啟奈米世界大門》
• 作者／簡靖航｜科技大觀園特約編輯

傳統光學顯微技術發展幾個世紀之後，從 20 世紀後半⾄今，突破光學繞射極限成為顯微技術的重要課題。繞射極限是光波所能聚焦的最⼩尺寸（約為光波長的⼀半，以可⾒光來說約 200-350 nm），仍遠⼤於分⼦和奈米材料。顯微鏡的發明是進入微觀世界的⾥程碑，⽽突破光學繞射極限後就能開啟進入奈米世界的可能性。 

突破光學繞射極限的超⾼解析度顯微技術⼤致上可以分為遠場（far field）與近場（near field）兩⼤類，這兩者的差別在於是否利⽤探針在靠近樣品距離遠⼩於⼀個波長（約數⼗奈米）處進⾏量測，若有則為近場，其餘則屬於遠場。⽽遠場顯微技術若要達到奈米級別的超⾼解析度， 需要以特殊螢光標定加上大量電腦計算來輔助。 

中央研究院應⽤科學研究中⼼研究員陳祺，專攻近場光學顯微術，屬於探針掃描顯微術（Scanning probe microscopy, SPM）中與光學相結合的分⽀。 

探針掃描顯微術，家族成員眾多 

探針掃描顯微術泛指使⽤探針來掃描樣品的顯微技術，依照原理的差別再細分成多個類別。在整個探針掃描顯微術家族中，最早的成員為 1981 年問世的掃描穿隧顯微鏡（Scanning tunneling microscope, STM），其主要機制是偵測探針與待測物表⾯間的量⼦穿隧電流（註1），作為回饋訊號來控制針尖與待測物的距離，⽽得到待測物表⾯次原⼦級別的高低起伏。1986 年發明的原⼦⼒顯微鏡（Atomic force microscope, AFM）則是⽬前最廣為應⽤的探針顯微技術，其以針尖接觸（contact）或輕敲（tapping）物體，藉由偵測針尖和物體表⾯間之凡得瓦⼒，得知物體表⾯的高低起伏。 

在探針掃描顯微術中，控制針尖與物體的相對距離是重要的課題，STM 可控制距離在一奈米以下，AFM 則可在一奈米到數十奈米間變化。此外，要在奈米世界「移動」並不是⼀件簡單的事。因為⼀般以機械⽅式的「移動」，其尺度都會在微米級別以上，這就像是我們沒有辦法要求⼤象邁出螞蟻的⼀⼩步⼀樣。所幸 1880 年居禮兄弟發現壓電材料會因為外加電場，⽽導致晶格長度的伸長或者收縮，即可造成奈米級別的「移動」。⽬前所有的探針顯微術都是以壓電效應達成對針尖或樣品「移動」的控制。 

近場光學顯微術，探針加上光 

依 STM/AFM 控制針尖的技術基礎，外加光源於針尖上，即為近場光學顯微術（Scanning near-field optical microscopy, SNOM），依照光源形式的不同可區分為兩⼤類： 

1. 微孔式近場光學顯微術（aperture SNOM，簡稱 a-SNOM） 
2. 散射式近場光學顯微術（scattering SNOM，簡稱 s-SNOM）

a-SNOM 是利用透明的 AFM 針尖，先鍍上⼀層⾦屬薄膜，並打上⼩洞，讓光從⼤約 50-100nm 左右的⼩洞穿出，得到⼩於光學繞射極限的光訊號。s-SNOM 則是外加雷射光源聚焦於針尖上，並量測散射後的光訊號。其中，針尖增強拉曼散射光譜顯微鏡（Tip-enhanced Raman spectroscopy, TERS）是屬於 s-SNOM 的⼀種特殊近場光學模式，主要為量測拉曼散射光譜，即可識別分⼦鍵結的種類。由於拉曼訊號相對微弱，透過探針鍍上⾦屬薄膜，即可利⽤針尖端局域電場的放⼤效果，來增強待測物的拉曼訊號，並利用針尖的移動來得到奈米級空間解析度的拉曼成像。 

陳祺的研究歷程與觀點

在陳祺就讀博士期間，其研究領域主要為結合低溫超高真空 STM 的單分子光學量測，需要極度精進探針掃描顯微鏡的穩定與解析度。畢業之後將⽬標轉向室溫室壓下的探針掃描顯微術與光學的結合，用以量測更多種類和不導電樣品。

陳祺在博⼠後期間的⼯作以 TERS 為主，曾發表解析度⾼達 2 奈米以下的成果，維基百科的 TERS 條⽬，也引⽤了陳祺當時發表在《Nature Communication》的論⽂。回國進入中研院之後，陳祺也開始 a-SNOM 的研究。

無論 TERS 或 a-SNOM，兩者的實驗設計都是建構在 AFM 上，因此陳祺會⾃⾏架設更精準的 AFM，以達成近場光學顯微術更佳的穩定性。 

近場光學實驗操作上的困難除了針尖的製作之外，穩定的 AFM 掃描其實也相當不容易，是維持針尖品質的關鍵。傳統上 a-SNOM 都是以接觸式（contact mode）的 AFM 方式掃描，以防止輕敲式（tapping mode）起伏會干擾光訊號，代價就是 AFM 的解析度極差。陳祺將⾃架的近場光學實驗放進⼿套箱裡，能讓針尖在輕敲式時維持極⼩的振幅（在⼀個奈米以下），可以大幅提高 AFM 的形貌解析度，也幾乎不損傷針尖。由於陳祺有非常豐富⾃架儀器的經驗，才能很⼤程度突破⼀般商⽤儀器的限制。 

⼀般認為 TERS 有較佳的解析度，但由於 TERS 在散射訊號影像上有很大程度的不確定性，經常導致假訊號或假解析度的發生。近年來陳祺反⽽把研究的主軸轉向 a-SNOM，因為她更看重是否能由 AFM 得到的材料結構和高度，來解釋近場光學所量測的結果，以期研究材料背後的物理或化學現象。

另外，陳祺近期最重要的突破是在⽔中完成 a-SNOM 的量測，將針尖與光學元件整合在自製的腔體（cage system）之中，得以在保持生物樣品的活性之下得到超高解析度的影像，這將是開啟利用近場光學研究⽣物課題的重要⾥程碑。

最後，⾝為擁有兩個孩⼦的女性研究員，「如何兼顧⼯作與家庭」或許是⼀般新聞媒體會問的問題。然⽽，陳祺分享⾃⼰的⼼得：「是不可能兼顧的啦！先集中精神做好⼀件事，等另⼀件要爆掉的時候再去救它。」可能坦承⾃⼰沒有辦法做好每件事， 反⽽讓陳祺在實驗上永遠能找到促使⾃⼰改進的動⼒。 

註解

註 1：量⼦穿隧電流：在量⼦世界中，物質同時具有波動和粒⼦的特性。因具有波動的性質， 當電⼦撞擊⼀層很薄的障礙物時，有不為零的機率穿過去，並產⽣穿隧電流（tunneling current ）。穿隧電流與障礙物厚度成指數函數遞減，因此可藉由量測穿隧電流強度計算出待測物表⾯極微⼩的⾼低起伏。

• 作者／楊海彥, 謝宜安, 阮宗憲, 臺北地方異聞工作室 

行人號誌上的小綠人，每走兩萬步就會跌倒一次……

今天臺灣大大小小的路口，到處都能看到「行走的小綠人」，它出現在行人專用號誌上，提醒行人何時該通過馬路。一開始「小綠人」是慢慢行走，隨著號誌上方的秒數逐漸減少，「小綠人」還會快跑起來，並在讀秒為零的時候消失；此時，上方的秒數也隨之轉變為站立不動的「小紅人」。據說，這個小綠人每走兩萬步就會跌倒一次，許多人對此深信不疑，過馬路時紛紛緊盯著小綠人，只為了親眼見證這個瞬間。

行人專用號誌的起源，最早可以追溯到一九六一年的東德。當時東德的車流量大幅增加，使得交通事故和傷亡人數與之俱增，交通部於是委請道路心理學家卡爾·佩格勞（Karl Peglau）設計新的交通號誌，以改善這樣的情況。為此，卡爾將人車的號誌系統分離，並將單純的紅、綠燈號改為小人的形狀：綠色的小人姿勢形似箭矢，紅色的小人雙臂外張，形似路障，並稱之為「交通號誌小人（Ampelmännchen）」，行人專用號誌於焉誕生。不過，那時的交通號誌小人還不會移動。

一九九八年，臺北市政府參考世界部分城市的做法，打算將行人專用號誌加入讀秒功能，後來經過多家廠商的集體討論，最終又加入了小綠人走動的動畫。根據《聯合報》的報導，當時整個 LED 產業還處在萌芽階段，光是「要讓小人和數字同時能動，就花了一年多的時間去研發和設計程式」。終於在一九九九年三月十八日，全世界第一盞「動畫式行人專用號誌」，被設立在臺北市的松壽路和市府路口。

由於民眾反應良好，「行走的小綠人」很快就普及到全臺各地，於此同時，「跌倒小綠人」的都市傳說也隨之而生。根據報導，傳說是透過電子郵件傳播（當時的新聞稱之為「發燒信件」），這則傳說誕生得很快，雖然難以追溯出處，但可以確定至少在二○○○年左右傳說就已經出現——這點可以從二○○一年，黃麗群以筆名「九九」出版的《跌倒的小綠人》一書看出來。當中與書同名的篇章，便是以「跌倒小綠人」的都市傳說為主題，描寫兩個男人等待小綠人跌倒的故事。書中寫到：「有時候，不定期的（也有人說是每二十次），那個綠小人，在倒數兩秒快跑的時候，會跌倒。」而除了書中的版本之外，「跌倒小綠人」還有許多變體。

跌倒的時機，有人說是每兩萬步一次，也有人說是每二十次會有一次，而且只有在即將變換為紅燈時才可能見到。設計的動機，有人說是某個工程師無聊設計的彩蛋，有人則說是臺北市交通管制工程處的特殊設計，用以提醒行人隨時注意腳步。而除了跌倒之外，還有小綠人會倒立、走的腳步會跨得比較大，或是本該原地踏步的小綠人，卻會偷偷往前走一點點的說法。針對這些傳聞，當初主導設計的林麗玉受訪時曾表示，她們沒有設計小人跌倒的圖案，不過有時燈號故障，是有可能讓小人變成半身倒下的樣子。

事實上，「行走的小綠人」的確很常故障，二○○四年七月，《聯合報》便報導了許多行人專用號誌故障的消息；而二○○五年九月，《聯合晚報》一則〈小綠人累趴？〉的新聞，故障的小綠人顯得步履蹣跚，一副很累的模樣，顯示小綠人要因為故障而呈現跌倒的姿勢並非不可能。只不過，「跌倒小綠人」的傳說出現時間是那麼地早，顯然這則傳說之所以出現，並非單純只是號誌故障出現的錯覺。

對二○○○年左右的人們來說，會行走的小綠人絕對是新奇的玩意。如同其他都市傳說，我們如今已難以追溯傳說究竟因誰而起，但不難想像，這樣一個引起大眾廣泛討論的話題，要產生流言是多麼地容易。首先，並非所有人都知曉 LED 動畫的原理，對於科技的不了解，是讓謠言得以存在的原因；其次，「跌倒小綠人」的可驗證性，也讓這則傳說流傳得更加快速——每個初次聽過傳說的人，或許都曾像《跌倒的小綠人》裡的兩個男人一樣，等待著小綠人跌倒的瞬間吧。

有趣的是，從網路上關於「跌倒小綠人」的討論可以發現，《跌倒的小綠人》一書經常被人提起，並被作為支持都市傳說存在的證據。故事中，兩個男人最後真的看到小綠人跌倒——然而故事只是故事，自己的創作竟被拿來替都市傳說背書，這恐怕是作家始料未及的事。

參考資料

1. 維基百科，〈卡爾·佩格勞〉

2. 馮復華，〈小綠人，會跑步　台灣交通號誌 老外驚艷〉，《聯合報》，二○○四年四月二十六日，A5 版

3. 九九，《跌倒的小綠人》（遠流出版，二○○一年）

4. 馮復華，〈小綠人　倒數號誌 常故障 年底更新〉，《聯合報》，二○○四年七月二十二日，B2 版

5. 吳家詮，〈小綠人累趴？〉，《聯合晚報》，二○○五年九月三日，5版

——本文摘自《台灣都市傳說百科》，2021 年 8 月，蓋亞文化。