3

22
2

文字

分享

3
22
2

2020《Science》年度十大科學突破出爐啦!醫藥科學飛速發展的一年

Peggy Sha/沙珮琦
・2021/01/03 ・5553字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 548 ・八年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

2020 年終於過完啦!對於許多人來說,今年都是變化特別大的一年,新冠肺炎疫情全球蔓延、美國大選、東京奧運延期、眾多名人逝世……

那麼,在科學界中,又有什麼重大的變化與突破呢?讓我們跟著《Science》一同回顧 2020 的年度十大科學突破。

本文編譯自《Breakthrough of the Year 2020

是你嗎?新冠肺炎疫苗

能對抗新冠肺炎病毒的疫苗,要出現了嗎?圖片來源:Pixabay

說到 2020 年最重要的科學突破,就一定得提到眾多科學家在疫苗開發上所花費的苦工,為了盡早找到可用疫苗,各國科學家們都卯足了全力進行研發。

然而,疫苗研發可不是魔術,新開發的疫苗不只得通過安全性、有效性測試,更需要進行臨床試驗,一般情況下是需要數年時間的漫漫長途。

由於疫情的壓力與科技的進展,這一年來,Moderna、BioNTech 與 Pfizer 等廠商的疫苗開發進程都陸續傳出了捷報,可說是為疫情應對燃起了一線曙光。

延伸閱讀:

史上第一個 CRISPR 治療成功案例?

科學家嘗試使用 CRISPR/Cas9 技術治癒遺傳性血液疾病。圖片來源:Science

CRISPR/Cas9 技術自從 2011 年首次公開亮相,便吸引了全世界的目光,更在 2020 年獲得了諾貝爾化學獎的肯定,除了得獎之外,它更完成了另一項創舉,成功治癒了兩種遺傳性的血液疾病:β型地中海貧血、鐮形血球貧血症。

為了治療患者的疾病,研究人員採取了 CTX001 療法,先從患者身上取出造血幹細胞、於體外進行基因編輯。而後,透過化療清除患者體中原有的造血幹細胞,並將編輯後的細胞重新植入患者體內,這樣不僅能降低患者的輸血需求,也能減緩衰弱與疼痛。

這些治療初步獲得了不錯的成果,雖然患者曾經歷一些副作用,但研究團隊認為與此療法無關。未來,是否可以將 CRISPR/Cas9 技術應用在更多疾病治療,是許多研究者仍在努力找尋解答的事。

延伸閱讀:

站出來發聲吧!科學家們!

今年,許多科學家都表達了自己對於少數族裔的支持。圖片來源:Science

今年 5 月下旬時,紐約市的中央公園發生了一起衝突,一位非裔的賞鳥者與一位遛狗的白人起了衝突。接下來的幾天內,大批科學家湧入 Twitter、Zoom 和各種社群平台聲援這位非裔的自然愛好者,還利用「#BlackBirdersWeek」標籤來表達自己的支持。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

而除了生物之外,後來包括神經科學、物理學等等領域的專家也陸續加入戰場,打破了領域的邊界,用自己的方式表達支持。這種種的行為,都展現了科學社群在 BLM 運動之後,對於有色人種相關議題的反思,雖然短時間內難以確認未來是否能促進長久的改變,但不少人都對於這樣的轉變樂見其成。

延伸閱讀:

人類終於做出室溫超導體啦!

給它一堆壓力,把它變成超導體!。圖片來源:Science

「在室溫下也不會產生電阻的導電材料」聽起來是不是很讚?科學家也覺得很讚,但問題是很難找啊!

科學家們花了數十年時間試了又試,才終於在今年利用碳、氫和硫元素,合成出含有碳質的硫化氫 (carbonaceous sulphur hydride)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

研究者發現,15℃ 的溫度下,只要對這種硫化氫施加 270 GPa 左右的壓力,它就能擁有零電阻又抗磁性的超導體特性。不過,270 GPa 也不是隨時隨地都可以獲得的,所以說,雖然找到了室溫超導體,但距離實際應用還是有一~大~段距離。未來究竟何時能找到能在日常中使用的超導體呢?真是令人期待啊!

延伸閱讀:

蛋白質如何折疊?你為何不問問神奇 AI 呢?

AI 終於可以精準預測蛋白質結構了(拭淚)/圖片來源:Science

近年來,科學家一直在致力解決生物學上的大挑戰:精準預測蛋白質的結構。就在 2020 年,研究人員開發出一個 AI 程式,可以預測大部分的蛋白質結構,精準程度就跟在實驗室做出來的差不多。

胺基酸可以用非常多種不同的方式進行相互作用,因此,一個單一蛋白質可能擁有的結構基本上會有無數種可能,要完全參透可不容易。不過,為什麼研究人員需要知道蛋白質的準確形狀呢?這是因為蛋白質的形狀決定了它的生化功能,可以協助研究人員了解疾病的機制、開發新藥物、培養耐旱植物或製造廉價生物燃料。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那我們過去是如何了解蛋白質結構的呢?那可得大費周章地使用低溫電子顯微鏡和 X 光晶體學。正因為需要如此「搞剛」,在 2 億種已知的蛋白質之中,我們僅獲得了約 17 萬種的詳細分子圖譜;多年來,研究者們一直在尋找一種方式,可以補上那空缺的部分。

1994 年,結構生物學家們發起了一個兩年一次的競賽「CASP」,他們會給參賽者 100 種蛋白質的氨基酸序列,在不知道蛋白質結構的狀況下分為兩組,一組負責預測結構,另一組則要想辦法在實驗室中繪製出結構,之後再進行比對。雖然在分析簡單的蛋白質時沒什麼困難,但遇到較大較複雜的蛋白質時,預測的技術卻一直跟不上實驗室的腳步。

不過呢,這些差距終於在 2020 年被打破啦!人工智慧實驗室「DeepMind」所開發出的「AlphaFold」,居然在面對超級具有挑戰性的蛋白質時,拿到了 87 分,成功預測 2/3 的三級結構。更令人開心的是,比賽規則要求參賽者使用的方法需要公開共享,所以,或許不久之後就會有其他團隊也達成這樣厲害的成就!

(註:是不是覺得 AlphaFold 這個名字很眼熟?沒錯,團隊也曾開發出圍棋軟體 AlphaGo)

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

延伸閱讀:

地球會變得多暖?科學家做出更精確的預測了

太熱了!未來會有多熱?科學家算給你聽!圖/GIPHY

40 多年前,世界頂尖的氣候科學家們聚在麻州的伍茲霍爾海洋研究所 (Woods Hole Oceanographic Institution) 想要解答這個問題:假設人類不斷排放溫室氣體,地球到底會變得多熱?

根據當時的氣候模型,他們給出的答案有點廣泛:地球的氣候敏感性約在 1.5°C~4.5°C 之間。所謂的氣候敏感性是什麼意思呢?它指的是:如果大氣中的 CO₂ 濃度達到工業化前的 2 倍,那地球最終將上升 1.5°C~4.5°C,基本上這個跨距之大,既可能造成毀滅性的衝擊,也可能沒什麼太大的影響。(……等等這樣是可以的嗎?)

科學家一直想要取得更精確的預測,卻遇到了不少阻礙,在過去,想要知道知道雲層是如何捕獲與反射熱量是非常困難的事情,它們的厚度、位置、組成都會有很大的影響。而經過數十年的科學發展,科學家終於可以透過衛星去打造更清晰的雲層模型。透過這些模型,他們發現全球暖化會使得低層那些能遮光的雲變薄了,因為較熱的空氣蒸乾了那些雲,同時還阻礙了能形成這種雲的亂流。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

而科學家們對於古代氣候的研究也有助暖化的相關預測,今年,世界氣候研究計劃(World Climate Research Programme) 的 25 位科學家將氣候敏感性縮小到 2.6°C~3.9°C 之間。

研究雖然已經排除了一些極端狀況,但依據現有資料,幾乎可以推斷,暖化趨勢將會淹沒沿海城市、增加極端熱浪,使得百萬人流離失所。如果這些預測可以督促人們採取行動,或許還能有一線轉機,反之,人類的未來實在令人擔憂。

延伸閱讀:

有 HIV 病毒也不怕!神秘的精英控制者

感染 HIV 病毒也沒事的菁英控制者,究竟有何特殊能力?圖/picpedia

HIV 病毒的邪惡之處,在於它可以把自己的遺傳物質整合到人類的染色體中,藉此隱匿自己的足跡,躲避免疫系統的偵測,而感染 HIV 病毒後,可能會導致愛滋病,使身體抵抗力降低,無法抵抗環境中的病毒與細菌。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

不過,有一群「精英控制者」在感染 HIV 病毒後,就算不進行治療,卻仍然身強體壯。他們的免疫系統似乎可以自己發揮類似抗病毒藥的作用,可以抑制病毒,讓病毒難以傳輸也無法複製。

雖然我們對於菁英控制者的了解並不能直接治癒其他患者,但卻提供了一種新的策略,或許可以讓其他受感染者不用治療也能活上數十年。

科學家發現,精英控制者體內的 HIV-1 序列會被放在不利於其轉錄複製的位置。而未來,研究者將思考如何讓其他人的免疫系統也可以產生類似反應。

延伸閱讀:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

找到你了!快速電波爆發的來源

磁星的磁場約是地球任何磁體的一億倍。圖/GIPHY

安安你有聽過快速電波爆發 (Fast Radio Burst, 簡稱 FRB) 嗎?它指的是來自遙遠星系,既短又強的無線電波,13 年來,有非常多天文學家都嘗試了解這種現象背後的原因。

今年,科學家們發現了可能的原因:磁星 (Magnetar)。還記得我們剛剛說 FRB 很短嗎?這表示它的出處應該是嬌小又強烈的能源,這樣對照起來,磁星挺符合標準的,不僅擁有極強的磁場,也會在衰變過程中不斷地釋放高能量電磁輻射。

就在今年,一個天文研究團隊透過加拿大氫強度測繪實驗 (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment,CHIME) 發現位於銀河系中心的磁星「SGR 1935+2154(簡稱 SGR 1935)」,似乎發射出了 FRB 訊號,亮度比銀河系內所有電波脈衝都還要高 3,000 倍。

不過,雖然天文學家找到了 FRB 的出處,卻仍搞不清楚磁星到底是如何產生 FRB 的,這背後神秘的機制,就等他們未來破解吧!

延伸閱讀:

史前畢卡索畫作出爐!圍獵畫面維妙維肖

冰河時期的創作出土了嗎?圖/RATNO SARDI

今年的研究發現印尼蘇拉威西島 (Subloesi) 中的壁畫歷史可能有長達 4 萬多年的歷史,可說是直到目前為止最早的具象藝術。

這些畫面維妙維肖地呈現了獵人圍捕野豬與野牛的畫面,有趣的是,有些獵人的嘴或鼻子看上去特別長,就像是戴著面具一樣。研究人員認為這可能是在描繪獵人們偽裝的行為,也或許是象徵神話中的動物。

不過,為什麼科學家能知道這是 4 萬年前的畫呢?主要是因為這些畫作覆蓋著一種狀似爆米花的白色礦物,其中的鈾以固定的速率衰變,讓研究者得以定年,根據他們發表的內容,這些礦物約有 44,000 的歷史。

延伸閱讀:

我是一隻小小小小鳥!有多聰明你可能不知道

鴿子可能比我們想像得更聰明?圖/GIPHY

鳥類雖然只有小小的腦袋瓜,但今年卻有兩項研究發現,牠們可能比人類原先想像得更聰明!其中一個論文發現禽類的腦袋有一部分類似人腦中的新皮質,而這正是我們智力的來源。另一項研究的結果則發現到烏鴉遠比科學家想得更聰明,甚至可能具有意識。

人類中的新皮質是一層層水平狀的組織,存有許多的椎體細胞和其他細胞,讓我們得以進行複雜的思考。而鳥的腦袋呢?我們原本以為它只是一堆神經細胞組合而成的簡單構造。但透過了 3D 偏振光成像技術,神經解剖學家發現到鴿子與貓頭鷹的前腦神經不僅有垂直連結,也有水平連結,似乎有點像是我們的新皮質。

另一項研究則訓練了一些烏鴉,讓牠們在看到電腦螢幕上的燈光以特定方式閃爍時轉頭。而研究員利用電極檢測,發現在烏鴉們看到光跟轉頭之間的空檔,大腦會出現神經活動。同時,就算在難以辨識光的時候,大腦仍有活動,表示這不完全是碰到刺激才會產生的反應,而是一種「感官意識」存在的象徵,也是自我意識的基礎形式。

延伸閱讀:

看完了這些研究,哪一項讓你印象最為深刻呢?S 編自己真的非常期待找到快速電波爆發的真實成因,也很想看到室溫超導體真的能實際應用的一天啊!

文章難易度
所有討論 3
Peggy Sha/沙珮琦
69 篇文章 ・ 390 位粉絲
曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
如何靠溫度控制做出完美的料理?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/06/21 ・2705字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 Panasonic 委託,泛科學企劃執行。 

炸雞、牛排讓你食指大動,但別人做的總是比較香、比較好吃?別擔心,只要掌握關鍵參數,你也可以做出完美料理!從炸雞到牛排,烹調的關鍵就在於溫度的掌控。讓我們一起揭開這些美食的神秘面紗,了解如何利用科學的方法,做出讓人垂涎三尺的料理。

美味關鍵 1:正確油溫

炸雞是大家喜愛的美食之一,但要做出外酥內嫩的炸雞,關鍵就在於油溫的掌控。炸雞的油溫必須維持在 160 到 180℃ 之間。當你將炸雞放入熱油中,食物的水分會迅速蒸發,形成氣泡,這些氣泡能夠保證你的炸雞外皮酥脆而內部多汁。

水的沸點是 100℃,當麵衣中的水分接觸到 160℃ 的熱油時,會迅速汽化成水蒸氣。這個過程不僅讓麵衣變得酥脆,也能防止內部的雞肉變得乾柴。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

如果油溫過低,麵衣無法迅速變得酥脆,水分和油脂會滲透到食物中,使炸雞變得油膩。而如果油溫過高,水分會迅速蒸發,使麵衣變得過於硬或甚至燒焦。

油炸時,麵衣水分會快速汽化。 圖/Envato

美味關鍵 2:焦糖化與梅納反應

另一道美味的料理——牛排。無論是煎牛排還是炒菜,高溫烹調都會帶來令人垂涎的香氣,這主要歸功於焦糖化反應和梅納反應。

焦糖化反應是指醣類在高溫下發生的非酵素性褐變反應,這個過程會產生褐色物質和大量的風味分子,讓食物變得更香。而梅納反應則是指醣類與氨基酸在高溫下發生的反應,這個過程會產生複雜的風味分子,使牛排的色澤和香氣更加迷人。

要啟動焦糖化反應和梅納反應的溫度,至少要在 140℃ 以上。如果溫度過低,無法啟動這些反應,食物會顯得平淡無味。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
焦糖化反應


焦糖化反應與梅納反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道

油溫與健康

油溫不僅影響食物的風味,也關係到健康。不能一昧地升高油溫,因為每種油都有其特定的發煙點,即開始冒煙並變質的溫度。當油溫超過發煙點,會產生有害物質,如致癌的甲醛、乙醛等。因此,選擇合適的油並控制油溫,是保證烹調健康的關鍵。

說了這麼多,但是要怎麼控制溫度呢?

各類油品發煙點 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

科學的溫度控制

傳統電磁爐將溫度計設在爐面下,透過傳導與熱電阻來測溫,Panasonic 的 IH 調理爐則有光火力感應技術,利用紅外線的 IR Sensor 來測溫,不用再等熱慢慢傳導至爐面下的溫度計,而是用紅外線穿透偵測鍋內的溫度,既快速又精準。

而且因為紅外線可以遠距離量測,如果甩鍋炒菜鍋子離開爐面,也能持續追蹤動態。不會立即斷開功率關掉,只要鍋子放回就會繼續加熱,效率不打折。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

好的溫度感測還要搭配好的溫度控制,才能做出一流的料理。日本製的 Panasonic IH 調理爐,將自家最自豪的 ECONAVI 技術放進了 IH 爐中。有 ECONAVI 的冷氣能完美控制你的室溫,有 ECONAVI 的 IH 調理爐則能為你的料理完美控溫。

有 ECONAVI 的 IH 爐不只省能源、和瓦斯爐相比減少碳排放,更為料理加分。前面說了溫度就是一切的關鍵,但是當我們將食材投到熱鍋中,鍋中的溫度就會瞬間下降,打亂物理與化學反應的節奏,阻止我們為料理施加美味魔法。

所以常常有好的廚師會告訴我們食物要分批下,避免溫度產生太大變化。Panasonic IH 調理爐,只要透過 IR Sensor 一偵測到溫度下降,就能馬上知道有食材被投入並立刻加強火力,讓梅納反應與焦糖化反應能持續發揮變化。而當溫度回到設定溫度,Panasonic IH 調理爐也會馬上將火力轉小,透過電腦 AI 的迅速反應,掌握溫度在最完美區間不劇烈起伏。

不僅保證美味關鍵,更不用擔心油溫超過發煙點而導致油品變質,讓美味變得不健康。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
透過 IR Sensor 精準測溫並提升火力。圖/截取自泛科學 YT 頻道
IH 調理爐完美控溫 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

舒適的烹飪環境

最後,IH 爐還有一個大優點。相比於瓦斯爐,因為沒有使用明火,加熱都集中在鍋具。料理過程更安全,同時使用者也不會被火焰的熱氣搞得心煩意亂、汗流浹背,在廚房也能過得很舒適。而且因為熱能集中,浪費的能源也更少。

因為沒有使用明火,料理過程安全又舒適。圖/截取自泛科學 YT 頻道
Panasonic IH調理爐火力精準聚集在鍋內。圖/Panasonic提供

為了更多的功能、更好的效能,我們早已逐步從傳統按鍵手機換成智慧型手機。一樣的,在廚房內,如果你想輕鬆做出好料理,同時讓烹飪的過程舒適愉快又安全。試試改用 Panasonic IH 爐,一起享受智慧廚房的新趨勢吧!👉 https://pse.is/649gm5

文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
200 篇文章 ・ 306 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

0
0

文字

分享

0
0
0
流感合併肺炎鏈球菌感染恐致命?如何預防?肺炎鏈球菌疫苗接種方式介紹!
careonline_96
・2024/06/14 ・2739字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「千萬不可小看肺炎鏈球菌!歷史及醫學文獻上告訴我們,即使青壯年感染流行性感冒,合併肺炎鏈球菌感染,可能病程進展快速,短短 48 小時就過世,相當可怕!」台大醫院內科部感染科教授兼科主任陳宜君醫師指出,「如果肺炎鏈球菌由上呼吸道黏膜進入血液,可能侵襲各個器官,演變為侵襲性肺炎鏈球菌感染症。患者的狀況可能兵敗如山倒,而住進加護病房;可能因而器官衰竭,如肝腎功能受損,嚴重甚至導致洗腎。這些情況都讓家屬很難過、無法接受。」

侵襲性肺炎鏈球菌感染症確診數,在 2023 年底有明顯上升的趨勢,且感染案例數創三年新高1,民眾務必提高警覺。根據疾病管制署的統計,侵襲性肺炎鏈球菌感染症患者中,65 歲以上民眾佔了 44.5 %2。陳宜君醫師提醒,換言之有 55.5 % 是 65 歲以下民眾,比例超過一半。肺炎鏈球菌對各個年齡層都有影響,所以不是只有老年人,各年齡層都要注意。

不可輕忽!肺炎鏈球菌潛伏體內,流感合併肺鏈重症高四倍!

除了 5 歲以下嬰幼兒、65 歲以上老年人之外,還有許多族群屬於侵襲性肺炎鏈球菌感染症的高危險族群,包括慢性病患(如慢性腎病變、慢性心臟疾病、慢性肺臟病、糖尿病、慢性肝病、肝硬化患者)、酒癮者、菸癮者、脾臟功能缺損或脾臟切除、先天或後天免疫功能不全、人工耳植入者、腦脊髓液滲漏者、接受免疫抑制劑或放射治療的惡性腫瘤者或器官移植者3

此外,原本健康民眾在感染流行性感冒、新冠肺炎等病毒後,呼吸道黏膜免疫會受到影響,續發性細菌感染的機會上升。陳宜君醫師說,台大醫院兒科團隊發表過一個很重要的研究,發現單純得到流感的患童約有 5 % 會住加護病房,而流感合併肺鏈的患童約有 20 % 會住加護病房4,顯示流感合併肺鏈比一般流感的重症風險高出四倍之多。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

肺炎鏈球菌主要存在鼻腔黏膜,當免疫力正常時不會產生問題,但當黏膜免疫力下降時,便可能侵入組織,造成中耳炎、鼻竇炎、肺炎等感染;而免疫力低下患者,便可能發展成重症。陳宜君醫師說,患者會出現發燒、咳嗽、氣喘、噁心、胸痛、頭痛、呼吸急促等症狀,可能進展為肺炎、腦膜炎、關節炎、骨髓炎、心包膜炎、溶血性尿毒症、腹膜炎、敗血症等,危及性命5

接種肺炎鏈球菌疫苗,預防勝於治療

面對肺炎鏈球菌感染,預防永遠勝於治療!陳宜君醫師說,肺炎鏈球菌經由飛沫散播,所以可以透過戴口罩、勤洗手、避開擁擠密閉的空間,更積極的做法就是接種肺炎鏈球菌疫苗。

肺炎鏈球菌可分為 92 種以上血清型,其中約有 30 種血清型會造成人類的感染,所以會針對較常見的血清型製作肺炎鏈球菌疫苗6。目前台灣有結合型疫苗(PCV)與多醣體疫苗(PPV)。

多醣體疫苗(PPV),通常不具備長期免疫記憶。陳宜君醫師解釋,結合型疫苗(PCV)可以誘發 T 細胞免疫,有助產生免疫記憶,提供較長時間的保護力7

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

研究顯示,接種一劑結合型疫苗(PCV)後,再接種一劑多醣體疫苗(PPV),有助提升免疫記憶,提供較長時間的保護力,並使保護範圍更廣,能有效降低感染肺炎鏈球菌導致嚴重併發症或死亡的風險8。因此,疾病管制署針對 65 歲以上民眾提供公費疫苗政策:接種 1 劑 13 價結合型肺炎鏈球菌疫苗(PCV13)及 1 劑 23 價肺炎鏈球菌多醣體疫苗(PPV23),以保護年長者免於重症威脅9

不過,一般年輕族群亦不可輕忽。陳宜君醫師提到,因為肺炎鏈球菌疫苗是準備讓健康民眾施打,所以在研發疫苗時,對安全的要求非常高。結合型疫苗(PCV)與多醣體疫苗(PPV)皆為不活化疫苗,免疫不全者皆可接種,且能夠與流感疫苗同時接種。國際建議在左手臂接種流感疫苗,在右手臂接種肺炎鏈球菌疫苗。

關於肺炎鏈球菌疫苗的接種方式,疾病管制署建議:

  • 從未接種肺炎鏈球菌疫苗的民眾,可先接種 1 劑結合型疫苗(PCV),間隔至少 1 年後再接種 1 劑多醣體疫苗(PPV)。若是高風險對象,可先接種 1 劑結合型疫苗(PCV)後,間隔至少 8 週後再接種多醣體疫苗(PPV)。
  • 曾接種過 1 劑結合型疫苗(PCV)的民眾,可於間隔至少 1 年後再接種 1 劑多醣體疫苗(PPV)。若是高風險對象,可於接種結合型疫苗(PCV)後,間隔至少 8 週後再接種多醣體疫苗(PPV)。
  • 曾接種過多醣體疫苗(PPV)的民眾,可於間隔至少 1 年後再接種 1 劑結合型疫苗(PCV)10

「肺炎鏈球菌感染不只造成肺炎!」陳宜君醫師叮嚀,「狀況許可時,建議及早接種疫苗,做好預防措施,才能保護自己、保護身邊的人。」

註解

  1. 衛生福利部疾病管制署 65 歲以上公費肺炎鏈球菌疫苗三階段開打,呼籲長者接種(access date 2024/3/8)
    https://www.cdc.gov.tw/Bulletin/Detail/hr4M-Qmi3Fu2KPC3En2a6Q?typeid=9 ↩︎
  2. 衛生福利部疾病管制署 肺炎鏈球菌疫苗 (Pneumococcal Vaccine)(accessed date 2023/12/15)
    https://www.cdc.gov.tw/Category/Page/ORBnRmMgImeUqPApKawmwA ↩︎
  3. Hsing, T. Y., Lu, C. Y., Chang, L. Y., Liu, Y. C., Lin, H. C., Chen, L. L., Liu, Y. C., Yen, T. Y., Chen, J. M., Lee, P. I., Huang, L. M., & Lai, F. P. (2022). Clinical characteristics of influenza with or without Streptococcus pneumoniae co-infection in children. Journal of the Formosan Medical Association = Taiwan yi zhi121(5), 950–957. https://doi.org/10.1016/j.jfma.2021.07.012 ↩︎
  4. 衛生福利部疾病管制署 侵襲性肺炎鏈球菌感染症(accessed date 2024/03/08)
    https://www.cdc.gov.tw/Disease/SubIndex/oAznsrFTsYK-p12_juf0kw
    ↩︎
  5. 衛生福利部疾病管制署  侵襲性肺炎鏈球菌感染症 疾病介紹(accessed date 2024/03/08)
    https://www.cdc.gov.tw/Category/Page/MEYvHLbHiWOcLfQKKF6dpw
    ↩︎
  6. Pollard, A. J., Perrett, K. P., & Beverley, P. C. (2009). Maintaining protection against invasive bacteria with protein-polysaccharide conjugate vaccines. Nature reviews. Immunology9(3), 213–220. https://doi.org/10.1038/nri2494 ↩︎
  7. Intervals Between PCV13 and PPSV23 Vaccines: Recommendations of the Advisory Committee on Immunization Practices (ACIP) (cdc.gov) (accessed date 2023/12/15) https://www.cdc.gov/mmwr/preview/mmwrhtml/mm6434a4.htm ↩︎
  8. 衛生福利部疾病管制署 為提升民眾免疫保護力,10月2日起分三階段擴大65歲以上民眾公費接種肺炎鏈球菌疫苗(accessed date 2024/03/08) https://www.cdc.gov.tw/Bulletin/Detail/q9_r5mAOvcpIPSUvrjGFpw?typeid=9 ↩︎
  9. 衛生福利部疾病管制署 肺炎鏈球菌疫苗 (Pneumococcal Vaccine) (accessed date 2023/12/15)
    https://www.cdc.gov.tw/Category/Page/ORBnRmMgImeUqPApKawmwA ↩︎
  10. 衛生福利部疾病管制署 肺炎鏈球菌疫苗 (Pneumococcal Vaccine) (accessed date 2023/12/15)https://www.cdc.gov.tw/Category/Page/ORBnRmMgImeUqPApKawmwA ↩︎

本衛教文章由台灣輝瑞協助刊登(PP-PRV-TWN-0166-202404)

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
careonline_96
472 篇文章 ・ 273 位粉絲
台灣最大醫療入口網站

0

0
0

文字

分享

0
0
0
人類終於實現室溫超導體之夢?常溫常壓超導體 LK-99——《科學月刊》
科學月刊_96
・2023/11/01 ・4262字 ・閱讀時間約 8 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 作者/王立民
    • 臺灣大學物理學系教授,主要研究領域包括超導物理、高溫超導電子元件等
  • Take Home Message
    • 今(2023)年 7 月 27 日,韓國研究團隊宣稱他們發現一種在常溫常壓下能產生超導體性質的材料「LK-99」。
    • 筆者團隊在實驗室中合成了 LK-99 樣品,並觀察到此樣品在常溫時呈現出抗磁性性質,但不具有超導體的完全抗磁特性。
    • LK-99 樣品具有半導體的導電特性,在 390 K 也有電阻急遽下降的變化,但應為樣品內含的硫化亞銅所致,因此僅可被視為一種具抗磁性半導體材料。

一直以來,實現「室溫超導體」就是人類的夢想。今(2023)年 7 月 27 日,來自韓國的研究團隊宣稱發現一種在常溫常壓下能產生超導體性質的材料「LK-99」,隨即引起全世界的振奮與轟動。

此外,在理論計算上也顯示 LK-99 在適當的摻雜與晶格排列下,具有表現超導性的可能。

幾天後,美國勞倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL)的研究員格里芬(Sinéad Griffin)也指出,透過超級電腦的計算模擬顯示,當銅原子(copper, Cu)滲透到晶格中的路徑處於適當的條件和位置——特別是取代某一個鉛原子(lead, Pb)的特殊位置時——它們就能夠具有超導的共同特徵。

這是首篇證實 LK-99 理論上可行的論文,更帶動了能源科技公司美國超導體(American Superconductor Corporation, AMSC)的股價在收盤前暴漲。緊接著其他以密度泛函理論(density functional theory, DFT)計算 LK-99 的能帶結構也被提出,作者們普遍認為銅的摻雜引起了「從絕緣體到導體」的轉變,並大膽推斷 LK-99 可能具有超導特性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

然而,各國間許多以實驗工作為主的研究團隊試圖復現韓國研究團隊 LK-99 的結果,卻未能證實 LK-99 是室溫超導體,國際團隊的實驗均顯示它僅是具抗磁性的半導體材料。

在各國紛紛設法復刻韓國團隊的研究時,筆者實驗室也立刻緊鑼密鼓加入,期望驗證這項被宣稱為「世紀大發現」的研究真實性。

超導的「迷」與「謎」

為了解這次室溫超導的真相,我們不得不先從現今超導的研究開始談起。

超導迷人之處不僅在於學術上的奇妙物理相變化,更在實際應用中展現出它獨特的性質——零電阻與完全抗磁性。這幾項特質在電力傳輸、交通、軍事、能源、量子科技等領域中,都具有相當多的應用價值。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

然而自 1911 年荷蘭物理學家歐尼斯(Heike Onnes)發現「汞」(mercury, Hg)在 4.2 K(Kelvin,克耳文)的溫度下會呈現超導特性,成為第一個超導材料以來,歷經 75 年人們發現的最高超導溫度僅有 23 K 的鈮鍺化合物(niobium-germanium)。

1986 年,瑞士物理學家米勒(Karl Alexander Müller)及德國物理學家比得諾茲(Johannes Georg Bednor)發現銅氧化合物超導體(又稱高溫超導體),並於 1987 年獲得諾貝爾物理獎。

同年,中央研究院院士吳茂昆與朱經武也發現超導溫度約 90K 的釔鋇銅氧(YBCO)超導體,它的超導溫度已突破應用液態氮 77 K 的溫度障壘。

而迄今為止,常壓下超導溫度最高的是在 1993 年發現的汞鋇鈣銅氧(HBCCO)超導體,約為 135 K。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在理論的發展上,1957 年三位美國物理學家施里弗(John Schrieffer)、巴丁(John Bardeen)、古柏(Leon Cooper)提出 BCS 理論(Bardeen–Cooper–Schrieffer theory, BCS theory),解釋了出現於 1986 年以前的「低溫超導體」(或稱傳統超導體)的超導行為,例如同位素效應。然而公認能解釋高溫超導性的理論仍付之闕如,BCS 理論預期的超導上限溫度僅 40 K 左右。

多年來,人們也嘗試提高超導溫度,常用的手法是利用高壓,如在百萬大氣壓下一些含氫化合物將呈現近室溫的超導性,但這些方法其實對超導的理論或實驗研究不具任何意義。

因為根據基本理論,當外加壓力無限大時,超導臨界溫度(Tc)當然可以無限提高。所以具有重大意義的室溫超導,必須是在常壓下出現超導特性的材料,這也是韓國團隊宣稱 LK-99 為常溫常壓超導對科學界帶來震撼的原因。

如何檢驗材料的超導特性?

如前所述,超導具有零電阻與完全抗磁的特性,因此一項材料超導特性的驗證基本上需經由電阻與磁性的量測來確認(若加上比熱量測則會更完整)。以筆者實驗室裡用磁控濺鍍技術所成長的高溫超導 YBCO 薄膜為例,圖一(a)為量測此材料電阻率(ρ)比值隨溫度(ρ/ρ100 K− T)變化的關係(以 100 K 為基準),可以看到當溫度降至大約 88 K 時,YBCO 薄膜的電阻急速下降至近零電阻(儀表偵測極限)狀態。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

而在磁性的量測,則利用超導量子干涉磁量儀(SQUID magnetometer)量測 YBCO 薄膜在零磁冷卻(zero-field cooling, ZFC)與磁冷卻(field-cooling, FC)下的磁化強度(magnetization, M)隨溫度變化的關係。

之所以需量測 ZFC 與 FC 曲線,是為了確認超導的磁通釘扎(magnetic flux pinning)效應,也就是磁力線在超導體內部低位能區的束縛狀態(可由 FC 曲線觀察此現象),而此效應也是所謂「第二類超導體」的特徵之一。

圖一、YBCO 薄膜電阻率的比值(a)與磁化率(b)隨溫度變化的關係。當溫度降至大約 88 K 時,YBCO 薄膜的電阻急速下降至近零電阻狀態。圖/科學月刊(作者提供)

另外,若材料本身為完全無雜質存在的「百分之百超導體」,則它的磁化率(χ,定義為 M/H,H 為外加磁場強度)在 ZFC 低溫下則是完美的 -1 值(為超導體的邁斯納效應)。

相對地若材料本身只含有部分超導材料,混合了某些非超導材料,則 χ 雖仍為負值但卻會小於 1,且對應材料中超導成分所占的體積比率。因此透過磁性 ZFC、FC 的量測可以精確地定性與定量一項材料的超導特性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

如圖一(b)所示,此為量測 YBCO 薄膜在外加磁場 5 Oe(oersted,奧斯特)下 ZFC、FC 磁化率 χ 隨溫度變化的關係。圖中可以看到 YBCO 薄膜在低溫 2 K 下 ZFC 的 χ 值為 -1,顯示它完美的抗磁性,且 ZFC 與 FC 曲線分離也顯示樣品中存在著磁通釘扎效應。

另一種大家熟知、直觀的超導現象即為磁浮實驗。圖一(a)左上角的照片便是利用筆者實驗室自行成長的大塊 YBCO 單晶(黑色),在液態氮冷卻下的磁浮實驗照片。

圖中可清楚看到磁鐵飄浮於 YBCO 晶體上方,但此處需強調的是——一項材料並不是具磁浮現象就可斷言為超導體,例如因具有高抗磁性而可產生磁浮現象的熱解碳(pyrolytic carbon),就是一種具磁浮現象但並非超導體的例子。因此,超導特性的檢驗仍須以嚴謹的電性與磁性測量為檢驗標準。

驗證 LK-99 是否為超導體

依據韓國團隊在論文中揭露的 LK-99(化學成分為 Pb9Cu(PO4)6O)合成方法,此材料的技術門檻不高,從原料到成品僅需數天即可完成。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

首先根據文獻,我們合成的 LK-99 樣品外觀與顏色與其他團隊結果無異(圖二右上角),圖二為合成 LK-99 樣品的 X 光繞射圖(X-ray diffractometer, XRD)。此結果同樣與韓國等團隊所呈現的結果差異不大,均顯示其中的成分組成並非單純化合物,尤其是其中出現銅-硫化合物的「雜相」,意味著在對 LK-99 的特性量測與下定論時需格外小心。

圖二、筆者實驗室合成的 LK-99 樣品外觀(右上)。LK-99 樣品的 X 光繞射圖與韓國等團隊所呈現的結果差異不大,均顯示其中的成分組成並非單純化合物,尤其是在合成方法中出現副產物硫化亞銅(Cu2S)的「雜相」。圖/科學月刊

圖三(a)為筆者實驗室合成的 LK-99 樣品在外加磁場 200 Oe 下的磁化強度量測結果,顯示 LK-99 在室溫(約 300 K)下具抗磁性,但換算磁化率則極低,約為 10-4 左右。我們觀察到 LK-99 的 ZFC、FC 與韓國研究團隊公開的數據類似,也觀察到類似第二類超導體 ZFC 與 FC 曲線的分離,但這可能是因樣品中存在著具有磁通釘扎效應的雜質,才會造成它在低溫(10 K)以下呈現磁矩反轉成大於零的順磁性。

圖三(b)則為筆者實驗室製作的 LK-99 樣品電阻率隨溫度變化的關係圖,樣品在常溫以下呈現半導體的導電行為,特別是在溫度約 390 K 觀察到電阻急遽降低的情形,類似韓國團隊宣稱的在約 378 K 出現超導零電阻現象。

然而,已有中國科學院研究團隊的實驗結果表明,此超導現象可能是由於合成方法產生的副產物硫化亞銅所引起,硫化亞銅已知會在 377 K 出現結構相轉變並伴隨電阻急遽下降。而 LK-99 樣品在以能量色散光譜(energy-dispersive-spectroscopy)元素分析後也能觀察到硫元素的存在,與 X 光繞射的結果吻合。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

因此,我們在實驗室中觀察到 LK-99 樣品在溫度約 390 K 時電阻急遽降低的現象,推論應為硫化亞銅所致,與超導無關。

圖三、樣品在常溫以下呈現半導體的導電行為,特別是在溫度約 390 K 附近觀察到電阻急遽降低的情形。但此超導現象可能是由於合成方法產生的硫化亞銅所引起,與超導無關。(a)LK-99 樣品在外加磁場 200 Oe 下的磁化強度量測結果,顯示 LK-99 在室溫下具抗磁性,但換算磁化率則極低。(b)LK-99 樣品電阻率隨溫度變化的關係圖。圖/科學月刊

並非室溫超導體的 LK-99

根據韓國團隊所發表的合成方法,我們複製出室溫超導 LK-99 樣品。在磁性測量部分,顯示 LK-99 在室溫為抗磁性物質,但不具超導的完全抗磁特性。

電性測量則顯示 LK-99 具有半導體導電特性,在 390 K 也有電阻急遽下降的變化,但應為樣品內含的硫化亞銅所致,與超導零電阻行為無關。因此,LK-99 僅可被視為一種抗磁性半導體材料,此結論與許多國際團隊的結果一致。在今年 8 月中旬,知名期刊《自然》(Nature)甚至刊出一篇文章直指「LK-99 不是超導體」。

LK-99 的認證實驗仍有待各國(包含韓國國內)其他團隊持續進行,尋找室溫超導之路仍然漫長。

感謝臺灣大學及國科會在研究資源的支持,以及中興大學物理系教授吳秋賢、東海大學物理系教授王昌仁及時找到元素磷,使復現實驗得以立刻進行。

也感謝實驗室團員的努力,使實驗室得以早日揭露 LK-99 真相,相關結果將整理以期刊正式發表。

註解

在超導狀態下,第一類超導體在超導臨界磁場(Hc)以下時呈現完全抗磁狀態(邁斯納效應,Meissner effect)。第二類超導體則呈現兩個臨界磁場:下臨界磁場(Hc1)與上臨界磁場(Hc2),磁場在小於Hc1下為完全抗磁性的狀態;磁場介於 Hc1 與 Hc2 之間時,部分磁力線可以進入超導體內部,呈現非完全抗磁性的混合態。

  • 〈本文選自《科學月刊》2023 年 10 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。
科學月刊_96
249 篇文章 ・ 3601 位粉絲
非營利性質的《科學月刊》創刊於1970年,自創刊以來始終致力於科學普及工作;我們相信,提供一份正確而完整的科學知識,就是回饋給讀者最好的品質保證。