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Cyborg 首部曲:培養內嵌奈米感應器的人造組織

only-perception
・2012/08/30 ・1326字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

一個跨單位研究團隊已開發出一種方法,在工程組織(engineered tissues,譯註:指組織工程 Tissue Engineering 產物)中嵌入與生物相容的奈米級導線網路。電子裝置與組織首度以 3D 方式真正地融合在一起的這些網路,允許直接對組織進行感測,而且有可能促進(一種潛在的恩賜)結合監控(monitoring)與刺激(stimulation)的工程組織,以及新藥篩檢裝置的發展。

這個研究團隊 — 由波士頓兒童醫院麻醉科的 Daniel Kohane,MD,PhD、哈佛大學的 Charles M. Lieber,PhD 以及 MIT 的 Robert Langer,ScD 所領導-將其研究報告在 8/26 的《Nature Materials》線上版。

開發生物工程組織的主要挑戰之一是在組織被培養且/或移植後,創造出能夠感應「組織內現在發生什麼事(例如:化學上、電學上)」的系統。同樣地,研究者得努力開發能直接刺激工程組織與測量細胞反應的方法。

「在體內,自律神經系統(autonomic nervous system)持續追蹤 pH、化學物質、氧與其它因子,並在需要時觸發回應,」Kohane 解釋。「我們要能夠模仿身體那種演化而來的固有回饋圈(feedback loops)以便在細胞與組織層級上進行細微控制。」

在自律神經系統的啟發下,Kohane 實驗裡的博士後研究,Bozhi Tian,PhD,及其同僚打造出奈米級矽導線的網狀網路 — 直徑約 80 nm — 形狀像平面,或如棉花糖般的網狀形態(reticular conformation)。網路的孔隙足以讓該團隊種下細胞並促進這些細胞在 3D 培養物中生長。

「先前要打造生物工程感測網路的努力,都聚焦在 2D 佈局上,在此,培養的細胞生長在電子元件上,或有探測器置於組織表面上的共形佈局(conformal layouts)上,」Tian 表示。「能擁有組織 3D 結構內之細胞表現的精確圖像固然很好,但使奈米級探測器不會擾亂細胞或組織架構亦十分重要。」

「目前我們用來監控或與活體系統(living systems)互動的方法有限,」Lieber 說。「我們能用電極來測量細胞或組織內的活動,但那會使它們損傷。透過這項技術,我們首度能在與『生物系統的單位』相同的規模下研究而不會擾亂它。最終,這是關於將組織與電子裝置以某種難以區別的方式融合在一起,在此,組織終結而電子裝置開始。」

「到目前為止,這最靠近我們準備要納入工程組織的電子元件,與細胞外基質(extracellular matrix,在組織內那環繞在細胞四周)結構的大小相似,」Kohane 補充。

利用心臟和神經細胞作為其來源材料,以及選擇某種具生物相容的塗層,這個團隊成功地打造出內含嵌入式奈米級網路的組織,而不會影響細胞的生存或活性。透過這些網路,研究者能偵測位於工程組織深處之細胞所產生的電訊號,以及測量回應心臟或神經刺激藥物時,這些訊號的變化。

最後,這個團隊證明,他們能建構具嵌入式網路的生物工程血管,並利用這些網路來監測血管內外的 pH 變化 — 這會在回應發炎、缺血與其它生醫或細胞環境時見到。

「這項技術可能澈底改變生物工程的某些基本原理,」Kohane 說。「例如,絕大多數的情況下,你的目標是要創造支架(scaffolds)並在上面培養組織,接著讓這些支架分解或溶解。在這裡,支架仍在,而且實際上扮演一個活躍的角色。」

團隊成員從這項技術上看到許多未來的應用,從混合生物工程的「生化人(cyborg)」組織,那感應體內的變化並觸發其他植入式診療裝置的反應(例如:藥物釋出、電刺激),到「實驗室晶片(lab-on-a-chip)」系統的發展,那利用工程組織進行藥物庫的篩檢。

資料來源:Merging bioengineering and electronics: Scientists grow artificial tissues with embedded nanoscale sensors. phys.org [August 26, 2012]

轉載自 only perception

 

相關標籤: 奈米 細胞培養
文章難易度
only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


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防酒駕肇事,只能靠重罰?|知識長專欄 ep.2

鄭國威 Portnoy_96
・2022/01/25 ・2625字 ・閱讀時間約 5 分鐘

酒後駕駛肇事,並不是最多人傷亡的交通事故,雖然相關宣導與罰則一直有在加強,但由於「隨機」、「難以預防」、「應報正義難尋」等特性,只要相關消息傳出,總會令人特別難受。新聞媒體也很清楚,為了建構新聞價值,報導通常會極盡所能把肇事者描述成糟糕、邪惡之人。

但事實上,在意外發生的前一秒,這位酒駕者就跟你我一樣,只是個一般人,可能特別失意,或是非常快活,但他並不想傷害誰;可也正因為這樣,不只受害者,乃至於整個社會的合理怒氣,都無處安放。

(延伸閱讀:演員吳慷仁針對酒駕罰則臉書貼文下,Leon Huang 黃致豪 律師的回應、以及李俊宏醫師的文章

酒駕意外發生的前一秒,肇事者就和你我一樣,可能特別失意,或者非常快活,他並不想傷害誰。圖/Pexels

想改變行為,不能只改變行為

我認為要消除酒駕,不能只針對行為本身,因為提高罰則跟事故下降不完全是線性關係。心理學上有一比喻:象、騎象人,以及路徑。象代表我們的直覺衝動,騎象人代表我們的邏輯判斷,路徑則代表行為實現的方向,大部分的時候,我們都任由力大無窮的大象決定要做什麼跟怎麼做。

舉例來說,早上很冷,你心中的大象想繼續睡,但騎象人說得趕快起床上班。若大象贏了,騎象人還會幫忙解釋,例如「還有特休可以請」,「有人可以代班」,「若上班時想睡效率也不彰,不如繼續睡」等等。若對此主題感興趣,請參考《學會改變》一書。

如果你不想當每天早上都遲到或請假的人,就得讓心中的騎象人更有方法地引領跟訓練大象,例如利用《原子習慣》、《彈性習慣》裡的建議,這就不多談了,歡迎大家找書來參考。

讓心中的大象順著路走

我們都知道,大象力量很強。如果你也有在下著冷雨的週一早上賴床遲到,或找藉口請假的經驗,那就不要質疑會有人喝酒開車、打瞌睡開車、吸毒開車……無論我們怎麼針對個人宣導告誡都一樣。

因此在個人層次之外,想解決整個社會的問題,政策制定者需要打造一條好走的路徑,創造一個環境,讓聽話的大象或頑皮的大象,都往這條路走。不是因為被鞭斥或威嚇,而是讓人們心中那組騎象人跟大象都覺得,這條路徑很自然、很正常、很好走。

打造一條好走的路徑,讓人們心中的騎象人和大象都覺得,這條路走得很自然。圖/GIPHY

讓販賣者跟製造者負責

在酒駕這個題目上,路徑不外乎「酒」、「車」。就跟美國的槍枝問題一樣,他們沒有辦法禁槍,所以只能強化溯源,讓槍枝販賣者跟製造者負起責任。

同樣的,如果我們沒有打算禁酒跟禁止人類駕駛,那就要溯源,讓酒類製造者跟販賣者,以及車輛製造者跟販賣者,為其產品造成的社會負面外部性負起責任。

社會要有共識,來要求酒跟車的販賣與製造者負起連帶責任。有共識,才有可能立法。這像是現在人們對於排碳跟氣候變遷之間的因果關係有了理解、對於減碳有了共識,立法要求排碳大戶負起責任、用綠電、付碳稅,才言之成理、得到民意支持。而排碳大戶也會為了避免成本不斷提高,積極改良製程、節水節電,做循環經濟。

想像一下:如果我們現在可以接受,為了避免病毒傳播開來,到任何一個地點,都要用手機掃描 QRcode,便於溯源跟控制擴散,那能不能也要求每一個飲酒的人在喝酒之前掃描酒瓶跟場所?

每次查獲酒駕,不管有沒有意外,都要公佈酒駕者喝的酒是哪個牌子的酒、販賣的場所是哪一間、哪個廠牌的車輛、哪家公司賣的車。

然後這些企業才會開始感受到「酒駕造成的外部性」被內部化了,變成自己肩膀上的事情了。企業會比政府更能想出聰明的辦法,讓酒駕數字下降,同時維護自己的營收。

公佈酒駕者喝的酒是哪個牌子的酒、販賣的場所是哪一間,讓販賣者跟製造者負責,使企業感受到「酒駕造成的外部性」被內部化,變成自己肩膀上的事。圖/Pexels

期待企業主動扛責、定規則

其實為了防酒駕,政策已經很多,例如讓指定代駕變成文化、讓計程車業者提供代駕便利服務、鼓勵或要求提供飲酒的場所負起勸導責任、在從小到大的教育場景中不斷灌輸、提高肇事者刑責嚇阻等等……就在本文發布的今天(2022.1.24)立院三讀刑法及道路交通管理處罰條例修正,「再次加重酒駕刑度、增訂併科罰金最高三百萬元。初犯肇事致人重傷或死亡,就沒入車輛。同車共責罰鍰增加、酒駕累犯的年限從五年延長為十年, 酒駕累犯公布姓名照片。」

圖片取自行政院臉書

然而這些措施過去到底有沒有效,以後會不會有效,其實需要研究。例如全球已開發國家都有飲酒吸菸比例下降的情形,主要的原因可能是人們有了更上癮的手機跟遊戲,而且缺乏社交。但同時,新的車禍肇事原因也隨之誕生:邊開車邊用手機。

不同於酒駕,手機跟汽車製造商已經提出許多方式來減少人們開車時用手機而分神的情況,例如你的手機上應該就有「開車模式」。(我的 iPhone 有)我很期待有企業率先提出作為,在被規定限制前,成為規定制定者。

最後,雖然我期望自己理智看待酒駕議題,但身為一個小學生女兒的父親,每次看到肇事新聞,心臟其實跳得特別快。

走在路上提心吊膽,擔憂每一台馬路上的車,是不是由某個神智不清的人在駕駛?因為沒有人行道而被迫走在馬路上的我們,會不會在下一秒就遭殃?想到自己可能永遠沒辦法放心讓她自己上下學,也會笑自己是不是保護過度;但住在台中,只要出門就必然看到好幾起交通事故,也坐實了我的擔憂。

圖/GIPHY

如果我們能夠用集體的智慧跟合作,把這個擁擠且跟疫區比鄰的國家,變成世界上應對疫情最好的國家,我們當然也能夠成為大幅減少酒駕或其他危險駕駛,乃至於把整體交通安全,做得比現在更好許多的國家。我是這樣想啦。

 

鄭國威 Portnoy_96
141 篇文章 ・ 21 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。