當用湯匙攪動咖啡的時候，可以看到咖啡隨著湯匙周圍流動。在描述液體運動上，液體總有一層吸附在固體上，然後吸附在表面上的液體分子一個拉著一個外圍分子，把湯匙傳來的動量由表面傳出去；這種一個拉一個的強度就是所謂的黏度。
那如果黏度消失了，液體會變成什麼模樣呢？其實這樣的液體很久以前就被發現了，稱為超流體。這影片就是介紹，當冷卻氦到一定程度的時候，就會讓液態氦變成超流體。一開始瓶中的液態氦不停蒸發變成氣泡，一邊蒸發、一邊也帶走熱量，而讓剩下的液體變得更冷，然後冷卻到一定的程度，液態氦就整個安靜下來，變成超流體。
這時候有非常好的導熱性，也失去黏性。因為沒有黏度，所以當可以吸附表面的時候，這些超流體就一點都沒有阻礙的爬上表面(不需要帶著其他的分子拖油瓶)，所以裝到一個燒杯裡, 這種沒有黏度的液體就會自己跑出來，如果給個管子揷到這種液體裡，在合適的條件下，這種液體就會自己變成噴泉從管子跳出來。
本文原發表於科學影像Scimage
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 。
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。
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。
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。
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）。
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。
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
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。
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。
討論功能關閉中。
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。
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。
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。
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？
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：
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。
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。
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。
討論功能關閉中。
本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。
甜品中常見的愛玉，其實是非常有趣的生物材料，它並不需要加熱、也不需要額外的添加物，就可以在室溫底下凝結成膠，變成愛玉凍。中央研究院物理研究所陳彥龍研究員，分析愛玉在凝膠過程黏性與彈性的改變，最後建立數學模型，預測愛玉結膠現象。未來，愛玉將有望取代藻膠（alginate），用於人造植物肉的口感調整，或是作為輸送藥物的微顆粒成分。現在先讓我們一起來看有趣的愛玉研究吧！
愛玉為臺灣人的平民美食，檸檬愛玉、愛玉粉圓、愛玉芒果冰……QQ 彈彈好吃到咩噗的愛玉，是許多人喝手搖時最愛的配料，也是炎熱夏天的消暑聖品。
我們從小吃到大的愛玉，學名叫 Ficus Pumila var. Awkeotsang，它跟洋菜凍、石花凍等膠體食物很不一樣，在製作過程中，愛玉並不需要經過烹煮、也不需要加入其他添加物，就能在室溫下產生膠化反應，形成愛玉凍。
可惜的是，愛玉在學術上並未有太多深入的探討。中研院物理所陳彥龍研究員，主要從事高分子流體與非線性流體的研究，他一直以來對膠體非常有興趣。這一次他鎖定了愛玉，與美國麻省理工學院（MIT）合作，希望從流變學的角度切入，探究愛玉膠化的秘密！
首先，我們要先簡單了解一下，愛玉為什麼可以在室溫下結膠？
大家如果有製作過愛玉的話，應該都會記得一開始的步驟：我們要先把愛玉籽裝進紗布袋裡面，並在水中不斷地搓揉，靜置一段時間後，才能讓愛玉慢慢形成。這個「洗愛玉」的動作，其實就是將愛玉籽中的高分子、酵素、金屬離子等物質，析出到水溶液裡面，形成愛玉萃取液。
而在萃取液中，最主要的成分之一，就是聚半乳醣醛酸（poly galacturonic acid，簡稱 PGA）。PGA 是一種長鏈的高分子，也是讓愛玉凝結成膠的重要成分，它在水溶液中會發生三階段的化學反應：
愛玉萃取液中，鈣離子會與長鏈的 PGA 形成交聯，而多個交聯會緊密排列，成為更穩定的連結區。隨著連結區愈來愈多，愛玉也就變成愛玉凍了！詳細如下：
第一階段（I），PGA 分子的 R-COOCH3（甲氧基），會被愛玉獨有的愛玉果膠酶（pectin methylesterase enzyme）活化變成 R-COOH（羧基），兩個 R-COO– 和鈣離子會形成暫時性的交聯（crosslink）。
第二階段（II），當萃取液中的鈣離子搭起一座又一座橋樑，連續的交聯將兩段 PGA 鏈結在一起，開始形成點狀交聯（point-like crosslinks，PC）或較短的連結區（Short Junction Zones，SJZ）。
第三階段（III），隨著越來越多鈣離子與 PGA 鍵結，交聯一個接著一個排列，形成長串的連結區（Junction Zone，JZ）。連結區是非常穩定的結構，它就像拉鍊一樣，把兩段 PGA 牢牢地嵌在一起，此時愛玉也慢慢出現固體特性，變成了「愛玉凍」。
身為物理學家，陳彥龍還想知道：愛玉在結膠過程中，物理性質又是怎麼改變呢？為了釐清這個問題，研究團隊從流變學（Rheology）的角度，分析愛玉結膠的現象。
所謂的「流變學」，是探討材料物理性質的一種方法，通常會測量材料的黏彈性（Viscoelasticity），很適合兼具固體與液體特性的軟物質（Soft matter）。
對固體來說，如果對材料施力的話，它的形狀會改變；當外力移除，它就會回復原本形狀。這就是固體的「彈性」（Elasticity），它會吸收讓形狀改變的能量，就像我們用湯匙碰一下布丁，布丁會回彈一樣。
另一方面，如果我們對液體施力，材料就會開始流動，在相同的施力下，不同流體會有各自的流速，例如攪動玉米濃湯和奶茶的黏稠度就不一樣，這代表不同流體有不一樣的「黏性」（Viscosity）。
有些物質同時具備「彈性」與「黏性」兩種特性，而愛玉就是其中一種。愛玉從萃取液變成愛玉凍的過程中，雖然「彈性」變得越來越明顯，但仍然保有流體的「黏性」。這樣的愛玉，不是單純的固體、也不是單純的流體，所以需要透過流變學，探討愛玉的物理性質。
為了研究愛玉的黏彈性，研究團隊將愛玉萃取液裝進流變儀（rheometer）的杯狀容器內，再把圓筒狀量具（下圖）放入愛玉之中。這個量具由馬達驅動，會像陀螺一樣在愛玉裡面來回轉動，向愛玉施力。從愛玉反饋給儀器的力矩，我們就可以了解結膠過程中，愛玉的黏彈性變化。
一般來說，流變儀會使用固定的頻率（例如正弦波）旋轉量具，來蒐集物質對特定頻率的反應。不過，由於愛玉結膠的變化很快，這樣的量測方式追不上愛玉質變的速度。陳彥龍說道：「測量的過程中，愛玉材料性質就已經變了。」
為了解決這個問題，美國麻省理工學院 Gareth McKinley 教授與學生 Michela Geri 發明了Optimally-Windowed Chirps（OWCh）量測方式。OWCh 可以疊加不同頻率、不同振幅的形變波，再使用這個疊加波，對愛玉進行測試，最後從實驗結果，回推愛玉對不同頻率形變的力學反應。
陳彥龍表示「OWCh 測量物質對頻率反應的時間非常短，在愛玉演化的過程中，每一個時間點我都可以得到它對頻率的反應，擴充了之前實驗上做不到的量測。」
從流變儀的實驗結果，我們得知愛玉在結膠時的黏彈性變化，下圖黑線 G’ 代表愛玉的固體性質（彈性模數部分，storage modulus）、紅線 G” 代表愛玉的液體性質（黏性模數部分，loss modulus）。
可以看到，一開始液狀的愛玉幾乎沒有彈性，但過了一段時間後，彈性模數開始快速增加，甚至超過了黏性模數。兩條線交會的點為膠化點（gelation point），此刻為膠化時間（gelation time，tgel），代表愛玉的固體與液體特性相同。
在膠化點之後，愛玉的固體性質越來越明顯。最終，愛玉變成了愛玉凍，黏彈性的變化也漸漸趨於穩定。
不過，如果看仔細一點，會發現一個有趣的現象：膠化點之後，愛玉的黏性與彈性會先經歷小幅度趨緩，甚至下降，再轉折成穩定上升的趨勢，出現了拐點（inflection point）（上圖箭頭處）。
這就奇怪了！在陳彥龍一開始的理論預測中，鈣離子與 PGA 交聯的濃度（[Ca-PGA]），會隨著時間增加而穩定上升。照理說，愛玉應該也要穩定的固化才對。然而，不論是彈性還是黏性，都同時出現拐點，代表愛玉在膠化時，還有一些狀況沒被考慮到。
經過一番研究，陳彥龍推測，拐點的出現，可能是因為某些交聯「分離了」。我們前面有提到，成串的交聯會形成連結區（JZ），而 JZ 非常穩定，是愛玉膠體重要的結構支撐。但是，單獨的交聯、或是較短的連結區（SJZ），鍵結其實是很弱的。在形成 JZ 之前，這一些不穩定的交聯可能會先分離，導致交聯網路形成的速度變慢，才會在實驗中看到黏性與彈性出現拐點的現象。
另一方面，為了觀察凝膠過程的微觀結構，研究團隊使用冷凍電子顯微鏡 （Cryo-EM） ，觀察愛玉結膠時的變化。陳彥龍主要選定了三個時間點來觀測，分別是膠化點（A）、拐點（B），以及愛玉凍趨於穩定的時間點（C）。
從下圖可以看到，在接近膠化點前，圖片中間有一些白色細纖維（A），看起來是愛玉凍剛開始形成的狀態。至於周圍的其它孔洞，則可能是因為樣本急速冷凍，導致水結成冰晶所造成的空隙。
接著，拐點左右的時間點，我們看到愛玉開始形成網路結構（B）。隨著時間增加，結構變得越來越緻密，等到膠體進入穩定階段時，就形成了穩固的纖維網路（C），而愛玉也變成緻密的愛玉凍了！
陳彥龍團隊不僅從實驗了解愛玉物理特性，還發展理論預測愛玉膠化程度。簡單來說，只需要知道愛玉籽一開始的重量，以及環境的基本條件，就可以推算愛玉在不同時間點的彈性、黏性會如何變化。
首先團隊從化學反應動力學出發，算出愛玉萃取液中鈣離子和 PGA 交聯的濃度 [Ca-PGA]，也就是鈣離子搭了幾座橋。有了 [Ca-PGA]，就可以知道某個時間的愛玉彈性。原則上交聯越多，愛玉越有彈性。
不過，因為實驗發現愛玉黏彈性有轉折點，團隊進一步考慮短連結區（SJZ）和連結區（JZ）的數量密度，修正理論模型，貼近真實的膠化情況。
最後，研究團隊終於研擬出一個能夠預測愛玉膠化行為的數學模型。陳彥龍總結道：「這次主要的研究成果，就是探討愛玉結膠過程中黏彈性的改變，還有透過反應動力學的理論基礎，來預測愛玉膠化的過程。」
有了理論模型後，未來製作愛玉時，我們就不用依賴那雙洗愛玉籽的神之手，而是能更精準的掌握和控制愛玉的結膠品質。讓愛玉不僅可以單吃，還能成為食品業和生醫材料的幫手！
在食品科學方面，近年廠商開始嘗試用人造植物肉取代動物肉食材, 輔助環境永續與減少碳排放。這些植物肉，通常都會利用膠狀食材來調整口感，如果我們能夠精準地調整愛玉的硬度，或許也能讓愛玉成為植物肉的一部分。
在生醫材料的應用上，愛玉也可以參一腳。近幾年，很多研究討論藻膠在藥物輸送上的應用，將藥品包在含有藻膠的微膠囊內，控制藥物在體內釋放的時間。
藻膠的成分，與愛玉有很多類似的地方，陳彥龍期待地說：「如果用愛玉來做的話，是不是能夠達成類似的性質呢？」
另外，由於愛玉本身的果膠分子屬於弱電解質，有機會取代其他高分子液體的應用。目前，陳彥龍團隊正在跟其他實驗室合作，探討愛玉做為鋰電池的電解液，是否具有未來發展性。
下次當你吃著喜歡的愛玉時，大可不必思考背後複雜的流變學；不過要記得，愛玉不只是手搖杯的配料、也不只是臺灣美食，更是極具發展潛力的生物材料！
愛玉不只是愛玉，更是極具發展潛力的生物材料！
Zero
