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成為「3D 畫家」的雷射光束

only-perception
・2012/09/06 ・1095字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

在微米尺度下創造三維物體的方法有很多。但材料的化學性質如何在微米的精確度下被調整呢?維也納科技大學(Vienna University of Technology)的科學家已開發出一種方法,能使分子精確地附著到正確的位置上。當生物組織生長時,這種方法允許化學訊號定位,告訴活細胞該往何處附著。這種新技術可望為感應器技術帶來希望:能創造出微小的三維「實驗室晶片(lab on a chip)」,在其中,定位精確的分子與來自環境的物質反應。

材料科學與化學

「3D-photografting(3D 光嫁接)是這種新方法的名字。二個來自維也納科技大學的研究團隊密切合作開發它-Professor Jurgen Stampfl 的材料科學團隊以及 Professor Robert Liska 的巨分子化學研究小組。」

二個研究小組過去都受到密切關注,正開發新型 3D 印表機。然而,對科學家目前正在進行的研究來說,3D 印表機並不管用:「從微小的、具不同化學性質的基石拼湊出某種材料,會非常複雜,」Aleksandr Ovsianikov 說。「那就是為何我們從三維支架(scaffold)開始,接著將想要的分子精確附著在正確的位置上。」

水凝膠中分子利用雷射固定位置

科學家從一種以巨分子製成的材料,所謂的水凝膠(hydrogel)開始,以一種鬆散的網狀組織(meshwork,網絡)排列。在這些分子間,仍留有大型孔隙,其他分子或甚至是細胞都能遷移通過。

特別的是,所選擇的分子被引入水凝膠網絡中,然後某些以雷射光束輻照。在這些位置上,聚焦的雷射光最強烈,光化學上不穩定的鍵結(labile bond)破裂。在那種情況下,具高度反應性的中間產物被創造出來,局部地、非常迅速地附著到水凝膠上。精確度端看雷射的透鏡系統,在維也納科技大學,可達到 4 μm 的解析度。「十分像一位藝術家,將顏色放置在畫布(canvas)的某些點上,我們能將分子置於水凝膠中 — 不過是三維的且具高精確性,」Aleksandr Ovsianikov 說。

細胞的化學訊號

這種方法可用來以人工方式生長生物組織。如同藤蔓植物纏繞在植物架上,細胞需要某些支架讓它們能夠附著。在天然組織中,細胞外基質( extracellular matrix)藉由使用特殊的胺基酸序列,發訊給那些它們認為會生長的細胞。

在實驗中,科學家試圖利用類似化學訊號。在各種實驗中,細胞附著能在二維的平面上被引導,但為了要生長更大的、具內部特殊構造的組織(例如毛系血管),需要真正的三維技術。

微感應器偵測分子

依靠這項應用,能使用不同的分子。3D 光嫁接並不僅對生物工程有用,其他領域也一樣,例如光伏或感應器技術。在非常小的空間中,分子能被定位,那附著到特定化學基質上,讓它們能被偵測。微型三維「實驗室晶片」將成為可能。

資料來源:The laser beam as a “3D painter” phys.org [August 27, 2012]

轉載自 only perception

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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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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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男性結紮新選擇?防堵精子的 ADAM 水凝膠
胡中行_96
・2022/11/17 ・2652字 ・閱讀時間約 5 分鐘

美劇《The Big Bang Theory》第 11 季第 6 集裡,Howard Wolowitz 狼吞虎嚥,深怕術前禁食餓著。旁邊的 Raj Koothrappali 也狂吃紓壓,聲稱為這個拜把兄弟深感焦慮。[1]雖然 Raj 是「看人食米粉,你咧喝燒」,[註1]操心撈過界;但不可諱言,輸精管結紮手術(vasectomy)總是令眾家好漢,聞之色變。實際上,這種侵入性醫療行為,通常無須禁食,[2]事前會打麻醉,術後還有口服止痛藥,[3, 4]理應免於嚴重蛋疼。不過,大家真該想清楚的,是將來不見得能生育的風險。[5]有鑑於「反起反倒」[註2]的人性不容忽視,近來體貼的科學家,發明了一項新科技,賦予男性隨時後悔的權力。

結紮手術會打麻藥,所以不用怕痛。圖/Marco Verch Professional Photographer on Flickr(CC BY 2.0)

傳統與無刀口輸精管結紮術

在進入正題之前,我們先來複習舊有的技術,當作待會兒比較的基礎。男性結紮是為了預防在沒戴保險套的情形下,將精子射進女性體內,使之懷孕。[4]手術步驟的摘要,大致如下:

  1. 從陰莖至陰囊,甚至任何會遮蔽此部位的毛髮都要刮除。[2]
  2. 徹底把下體清洗並消毒乾淨。[2, 6]
  3. 施打局部麻醉。[2, 4, 6](少數選擇全身麻醉的男性,[3]為防範食物從過度放鬆的胃部跑進肺臟,請務必預先禁食。[7]
  4. 如果採取傳統輸精管結紮(incision vasectomy或conventional vasectomy),那麼外科醫師會從陰囊上方二側,分別劃道 1 至 2 公分的切口;若是無刀口輸精管結紮(no-scalpel vasectomy),則僅戳個 1 公分的小孔。[2-4, 8]
  5. 截斷輸精管,即破壞睪丸至尿道,這條精子聯外通路的其中一段。[4, 6]
  6. 用可吸收縫線或膠水收闔傷口;但無刀口的或可省略。[3, 4]
輸精管結紮手術:將輸精管(紅圈處)切斷。圖/K. D. Schroeder on Wikimedia Commons(CC BY-SA 3.0)

ADAM 水凝膠結紮的原理

上述的結紮方法成功率高,術後一般頂多輕微不適,幾天即可恢復正常生活。[2, 3, 6]然而,輸精管的廢存猶如革命建國,套句孫文的話,就是「建設難而破壞易」。[9]重建程序相較複雜,[4]依手法與其他因素而定,結紮逆轉後順利授孕的比率,約為 30% 至 90% 以上,並無百分之百的保障。[10]為此,在美國維吉尼亞的 Contraline 公司,開發出一種名叫「ADAM」的暫時性結紮專利水凝膠,來避免絕育。[11]

有些外科醫師本來就愛在結紮時,跟病人分享音樂,或同步講解流程。[6]這會兒嘗試新科技,要是來首范瑋琪的〈到不了〉,肯定再貼切不過。局部麻醉後,一把狀似熱熔槍的推進器,前端穿過男性陰囊的皮膚,將水凝膠送入輸精管裡。[5]灌進去的 ADAM,如同封堵水管的熱熔膠,阻塞輸精管,「♫不敢漏掉/一絲一毫♫」。[11-13]往後肆無忌憚地無套射精,發散空包彈時,「♫你眼睛會笑/彎成一條橋♫」;因為精子發現「♫終點卻是我/永遠到不了♫」~[12, 13]

據說短短 10 分鐘的手術,效果竟能維持二年,[5]副作用又比現行的結紮方式更小。[11]ADAM 水凝膠會自然降解,和排不出去的精子一樣,都能被身體吸收[3, 11]到期後輸精管恢復通暢,便可以積極增產報國(aka 製造全球人口負擔)。[11]

注射ADAM水凝膠的推進器。圖/Contraline on Twitter

ADAM 水凝膠的未來

2022 年 11 月 11 日,美商 Contraline 公司宣佈,澳洲墨爾本 Epworth Freemasons 醫院的團隊,已經成功地將 ADAM 水凝膠注射到 4 名男性受試者體內。除了於當地繼續努力,他們也計劃在 2023 年稍晚,展開自己國內大規模的臨床試驗。[11, 14]期盼用所得的結果,於 2025 或 2026 年之前,換取美國食品藥物管理局的上市許可。[11]將來一旦商業化,Contraline 還打算推出 1 年或 3 年等不同效期的產品,並與醫療保險公司洽談合作,提供男性消費者負擔得起的多元選擇。[11]倘若哪天在臺灣或您所居住的國家也有此技術,您或您的伴侶會考慮使用嗎?

  

謝辭

平常多半撰寫鑑識相關的死人故事,難得有如此正向的作品。謹以本文獻給長期支持筆者創作的母親 Yun-yu Chen 女士,以及摯友 Chinling Huang 老師。希望二位不會介意,這是針對生理男性的衛教短篇。

備註

  1. 看人食米粉,你咧喝燒:臺語發音 khuànn-lâng-tsia̍h-bí-hún,lí-leh-huah-sio;意思是替別人瞎操心。[15]
  2. 反起反倒:臺語發音 huán-khí-huán-tó;意指出爾反爾、反覆無常。[16]

參考資料

  1. Big Bang Theory Quote 9327’. The Big Bang Theory. (Accessed on 12 NOV 2022)
  2. Vasectomy’. (03 FEB 2022) Cleveland Clinic.
  3. Vasectomy (male sterilisation)’. (18 MAR 2021) U.K. National Health Service.
  4. Stratton KL, Zieve D, et al. (01 JAN 2022) ‘Vasectomy’. Medline Plus.
  5. Brown M. (11 NOV 2022) ‘Male contraceptive being trialled in Melbourne dubbed a game changer by researchers’. ABC News.
  6. Stormont G, Deibert CM. (17 JUL 2022) ‘Vasectomy’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  7. General anesthesia’. (18 DEC 2020) Mayo Clinic.
  8. Australian State Government of Victoria. (08 AUG 2019) ‘Contraception – vasectomy’. Better Health Channel.
  9. 陳春生(2014)〈第二章 孫中山政黨思想之演進〉《政黨論:孫中山政治思想研究(一)》,第21頁;臺灣商務印書館
  10. Vasectomy reversal’. (20 AUG 2021) Mayo Clinic.
  11. Gupta S. (10 NOV 2022) ‘This company is creating a new kind of birth control for men’. Fast Company.
  12. Male Contraceptive Initiative Awards Grant to Contraline null’. (24 JAN 2019) Contraline.
  13. 福茂唱片(02 FEB 2012)「范瑋琪 Christine Fan ─ 到不了(官方版MV)」YouTube.
  14. Contraline Announces First Patients Successfully Implanted in Male Contraceptive Study’. (11 NOV 2022) Contraline.
  15. 許晉彰、盧玉雯「看人食米粉,你咧喝燒」《台灣俗語諺語辭典》,第458頁;五南圖書出版股份有限公司
  16. 反起反倒」(2011)教育部臺灣閩南語常用詞辭典
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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乳房重建新科技: 3D列印 + 自體移植
胡中行_96
・2022/08/11 ・2305字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

許多乳癌患者會在切除乳房後,選擇接受重建手術。常見的做法,包括:塞鹽水或矽膠囊袋的「人工乳房植入」、類似剪貼概念的「游離皮瓣重建」,以及猶如把奶油灌進泡芙的「自體脂肪移植」,都是採用填補替代物的手段,而非讓身體的組織重新生長出來。這些方法有時會出現囊袋收縮、組織捐贈部位併發症,或是不均勻的脂肪再吸收等問題,而且不是每個病患都適合。[1] 為此科學家正在利用 3D 列印可生物降解的人工結構,加上病患的自體組織,企圖開發造型美觀,且觸感自然的重建乳房。

植入可生物降解的(藍色)模架,允許結締組織和(紅色)血管生長,再注入病患的(黃色)自體脂肪。圖/參考資料 6 ,Figure 1(CC BY)

3D 列印乳房重建的步驟

目前不少研究團隊嘗試重建乳房的方向雷同,大致上得經過下列幾個步驟:首先,搶在乳癌病患尚未動手術之前,先做 3D 掃描,記錄先天乳房的樣貌。澳洲 Translational Research Institute (簡稱 TRI )的團隊特別聲明,他們使用的技術沒有放射線,不會增加療程風險。接著,根據掃描的結果,在電腦裡客製化想要重建的乳房尺寸與形狀。然後將設計圖傳輸到 3D 印表機,準備列印。[1]

葡萄牙科學家用水凝膠列印層疊的網格結構。圖/Barros da Silva P, Coelho M, Bidarra SJ, et al. (2020) ‘Reshaping in vitro Models of Breast Tissue: Integration of Stromal and Parenchymal Compartments in 3D Printed Hydrogels’. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8, 494.(CC BY)
2017 年澳洲Translational Research Institute展示 3D 列印聚己內酯乳房模架。來源:Translational Research Institute on YouTube

塑造乳房形狀的彈性結構,講求可生物降解,例如:法國 Healshape 公司採用水凝膠;以色列 CollPlant 公司從菸葉中萃取膠原蛋白;[2] 而澳洲 Metro North Health 和昆士蘭科技大學,則都偏好製做可吸收縫線的聚己內酯。[3-5] 無論是什麼材質,目的都是建構讓組織順著長成後,能被身體吸收的模架(scaffolds)。法國 Lattice Medical 公司把造型設計得像個網面空心罩杯,方便盛裝填充物;[2]澳洲的 TRI 和 Metro North Health 以及法國的 Healshape 等團隊,則把它印成網格層疊的實心半球,有助身體組織攀附。[1-3] 模架做好之後,就可以開刀將它放進胸部,再放置或注入填充物,例如:帶血管的脂肪組織或自體脂肪幹細胞等。[1, 2] 相較於傳統的自體脂肪移植,模架能夠防止脂肪再吸收,免得好不容易做好的新乳房又消下去。[3]

乳房重建解說動畫:從3D列印模架植入,到自體脂肪填充的過程。來源:ABC News on YouTube

2016 年《科學報告》期刊上,有個動物實驗的照片和圖說,把上述的程序介紹得一目瞭然。當時研究團隊抓了兩隻母的迷你豬,來頂替女性人類。想看看在牠們身上,建立人工乳房的效果。[6]

  

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a. 從乳房模架的局部放大圖,可見網狀結構盤根錯節,但中間留有孔洞。[6]

b. 從迷你豬的腹部抽脂。[6]

(c. 和 d. 展示該結構有無灌入填充物的差別,[6] 但在實際手術中,應該是發生於病患體內,不可能看得到。)

e. 正在將迷你豬的自體脂肪,灌進早已植入牠體內的模架。[6]

f. 研究團隊自認傷口縫合後,照片中的成品像個相當自然的乳房。[6]

圖/參考資料6,Figure 2(CC BY)

手術完成 24 週後,研究團隊又把該模架拔出來觀察。[6] 由於畫面更加血腥,這裡便不再分享了。當然若是在人體裡的可生物降解模架,植入後是不用取出來檢查的。依照使用的技術不同,快則 6 到 9 個月,慢則 1.5 至 2 年,理論上模架結構便會完全消失,體內徒存新長出來的組織。[2, 3]

法國 Healshape 公司用緊湊激昂的配樂,襯托 3D 列印乳房重建技術的介紹影片。來源:Healshape on YouTube

3D 列印乳房重建的發展進度

2016 年的時候,就已經有科學家嘗試植入模架,引導乳房組織重生。不過,當時的材質無法生物降解,而且成功率僅五分之一。現在這種可以被身體吸收的模架,算是重大進展,雖然還不清楚患者實際的感受如何。[2] 從媒體報導和政府發佈的新聞稿來看,不少相關研究計劃都在 2022 年 7 月,剛進入人體試驗階段。[2-4] 澳洲 Metro North Health 的團隊,號稱全球第一個完成此手術,但目前也只有 1 名受試者。假使一切順利,他們期望未來能招募 15 至 20 名女性,參與正式的第一期臨床試驗。[3]

  

參考資料

  1. Advancing Breast Tissue Engineering into Clinical Practice Utilising 3-Dimensional Scanning And Bioprinting Techniques (Translational Research Institute, accessed on 04 AUG 2022)
  2. Goodbye silicone? A new era of breast reconstruction is on the horizon (The Guardian, 03 JUL 2022)
  3. World-first breast implant trial in Australia aims to provide safer alternative to silicone (ABC News, 04 AUG 2022)
  4. Metro North Health delivers world-first breast scaffold surgery (Queensland Government, 04 AUG 2022)
  5. Cometta S, Bock N, Suresh S, et al. (2021) ‘Antibacterial Albumin-Tannic Acid Coatings for Scaffold-Guided Breast Reconstruction’. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 9, 638577.
  6. Chhaya, M., Balmayor, E., Hutmacher, D. et al. (2016) ‘Transformation of Breast Reconstruction via Additive Biomanufacturing’. Scientific Reports, 6, 28030.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。