0

0
0

文字

分享

0
0
0

液晶「肥皂」泡的振盪現象

活躍星系核_96
・2012/11/30 ・1334字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

文 / 梁欣伶 (德國美因茨大學有機化學研究所博士生)

高速攝影鏡頭下,人們能捕捉稍縱即逝的瞬間、在日常的現象裡分辨許多更細微的動態行為。吹泡泡是孩子們喜歡的遊戲,脆弱的泡泡在慢速影片裡卻像具有韌性的彈簧。孩子們會從浸過泡泡水的圓框先吹出一個拉長的半弧面泡泡(圖1),這個半弧面泡泡最終會脫離圓框、形狀從拉長的棒狀模樣經過一陣抖動轉變成近完美的球形泡泡。


圖1. 吹泡泡的過程

肥皂泡其實是一層水在空氣中被肥皂分子保護著(泡泡水裡肥皂分子約只占3~7%),比起喜歡空氣,水分子更喜歡與自己的同伴靠在一起,所以在空氣中水會盡量讓自己形成球面,因為球面能讓最少的水分子與空氣接觸*達到穩定的最低能量狀態—此即所謂界面張力因素。從拉長的棒狀到球形的轉變過程中,那一陣的振盪過程即是泡泡在進行能量釋放。

最近有一則研究比較近晶相(smectic)液晶泡泡與普通的肥皂泡形成時的動態行為,自由浮動的泡泡由慢速拉開的圓柱狀薄膜(圖2k)從中央斷裂後得到的衛星泡泡(satellite bubbles),整個過程由高速攝影機(約50000 fps)拍攝,最後進行影像分析;其中微米級的泡泡在普通實驗室完成,而釐米級泡泡在重力下容易在實驗完成前墜落,因此是在拋物線飛行上的失重過程中完成。

圖2. a-e) 近晶相液晶泡泡自釋放後的形狀改變過程

f-i)普通肥皂泡泡的振盪過程 k) 泡泡的製造過程

(途中數字代表泡泡自釋放後經過的時間 ,單位微秒)

研究結果顯示在微米級體積下,普通泡泡在釋放後即開始進行振盪,而近晶相泡泡需要一段較長時間縮小表面積(過阻尼現象)至最後近似球形時才進行微小震幅的振盪。在泡泡表面積縮小的過程中,泡泡厚度也會相對增厚,相較於肥皂泡泡中的水與肥皂分子可以自由游動改變泡泡厚度,近晶相液晶因具有如樹輪蛋糕般的層狀排列(圖3),液晶分子需「被迫地」進行重新排列以維持液晶相層列形式。在液晶分子想要縮小表面積,又不想要重新排列的矛盾中,抑制了泡泡的振盪。


圖3. 近晶相A(左),近晶相C(右)

在連續過程中,液晶分子傾向進行區域性的分子層(近晶層)增厚,而非整體性的層數調整,因此在釐米級泡泡中可以明顯看到許多不同層數的「近晶島」(smectic islands, 圖4)。此研究使用近晶相C (smectic C)的液晶材料,在此液晶相中分子在層列中呈現某個角度的傾斜,在最終微小震幅的振盪 中這種性質使分子不需重新排列,而僅需微幅調整傾斜角度便可微幅改變分子層厚度。


圖4. 「近晶島」的顯微鏡圖(泡泡直徑0.57 cm)與示意圖

液晶其實不只是關於顯示器,許多物質在特定的情況下都會呈現液晶相—即分子展現有序的排列 (由濃度或溫度的改變而誘發)—例如常見的肥皂泡泡中肥皂分子整齊排列於水層的表面。

有趣的是,「smectic」這個字源於希臘文的「肥皂」(smēktikos, 來自“清潔”smēchein), 而事實上在濃稠的肥皂液底部的確可以發現層狀的液晶結構,所以這篇真是名符其實的「肥皂泡」研究!

資料來源:

  • 原文論文: Dynamics of freely floating smectic bubbles, K. May et al. EPL, 100 (2012) 16003; DOI:10.1209/0295-5075/100/16003
  • 原文影片
  • 圖2與圖4圖片來自原始論文, 圖3來自wikipedia

數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
活躍星系核_96
755 篇文章 ・ 89 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


0

0
0

文字

分享

0
0
0

Paxlovid能有效降低死亡風險嗎?COVID-19口服藥現況

台灣科技媒體中心_96
・2022/05/17 ・2421字 ・閱讀時間約 5 分鐘
示意圖/envato elements

今年四月台灣宣布將走向「重症清零,輕症管控」:非放任病毒肆虐式「與病毒共存」(living with covid-19) 的控管疫情策略。 若需要達到「重症清零,輕症管控」的目標,醫療人員的支援與 COVID-19 藥物的使用,將是關鍵手段,對於感染後容易導致重症的個案,也需要有抗病毒藥物來治療或預防惡化

目前有哪些治療新冠肺癌的藥物?

目前首度獲得美國 FDA 許可的抗新冠藥物「Remdesivir」 (瑞德西韋),是透過抑制病毒的 RNA 合成酶達到藥效。美國 FDA 更在近期批准,注射液劑型的 Remdesivir 適用於「出生 28 天及以上、至少 3 公斤」的嬰幼兒染疫患者,成為首款嬰幼兒的新冠療法

然而注射液劑型需要專業的打針技術,並非一般民眾可居家自行使用,因此抗新冠口服藥物的開發,各國一直都很重視。現行已通過美國 FDA 緊急使用授權(EUA)的抗新冠口服藥物,有輝瑞公司研發的「Paxlovid」,以及默克(或稱默沙東)公司研發的「Molnupiravir」(莫納皮拉韋)

而 Paxlovid 是由 Nirmatrelvir(奈瑪特韋)和 Ritonavir(利托那韋)兩種藥物所搭配使用,其中 Nirmatrelvir 主要作用是抑制新冠病毒的 Mpro 蛋白酶活性,進而干擾病毒的複製,達到抗病毒的效果。而 Ritonavir 則是能延長 Nirmatrelvir 在人體內的血中濃度,透過抑制人體內正常酵素 CYP3A4 酵素活性,避免 CYP3A4 快速將 Nirmatrelvir 代謝掉,而失去 Nirmatrelvir 該有的藥效。

這兩個藥物所構成的 Paxlovid 好像一對好夥伴互相協助,成為具有高效力的口服抗新冠藥物

Paxlovid 能有效降低死亡風險?

Paxlovid。圖/ Kches16414 , CC BY-SA 4.0

根據文獻指出,Paxlovid 能降低 COVID-19 感染後的 85-89% 住院或死亡風險,是目前對抗新冠肺炎最佳的選項之一。《新英格蘭醫學期刊》(NEJM)期刊於上個月發表最新 Paxlovid 臨床試驗的研究報告:「Oral Nirmatrelvir for High-Risk, Nonhospitalized Adults with Covid-19」證實,使用 Paxlovid 治療未施打疫苗且有症狀的 Covid-19 患者,能將 Covid-19 的重症風險降低 89%,且藥物的安全性在臨床上可接受,且沒有明顯的安全問題。

不過,此研究個案限於未施打疫苗者,而目前大多數人已經接種過新冠肺炎疫苗,情況略有不同。已有將此藥使用於已施打過疫苗者的研究正進行中,但若在未施打者有幫助,對於施打過疫苗而可能具有部分保護力的人,推測仍應會有治療效果,此研究是在症狀出現三天內給藥得到良好的效果,至於再晚一些時後才給藥,就沒有數據可參考。

但需要注意的是,有在服用其他藥物的患者(如:降血脂、抗腫瘤藥或神經精神藥物等),若服用 Paxlovid 會影響 CYP3A4 的作用,可能也會改變其他藥物的作用效果,若藥物在血中濃度無法被安全控制,往往對病情有負面的影響。因此服用 Paxlovid 需要有專業醫師的評估並開立處方簽才能使用,民眾無法自由服用

Paxlovid 需要有專業醫師的評估並開立處方簽。圖/envato elements

Molnupiravir 口服藥的表現又是如何?

病毒在複製的過程當中,往往需要大量的核糖核苷(ribonucleoside),作為合成新的病毒所需要的材料。而 Molnupiravir 口服藥,是一種「核糖核苷類似物」,也就是病毒在複製所需要的「冒牌」材料,透過這樣的方式干擾病毒的複製過程,進而阻止病毒的繁殖

Molnupiravir 不會像 Paxlovid 去影響到其他藥物在體內的作用,然而這些核糖核苷類似物在人體細胞進行複製的時候也會使用,所以可能具有誘導基因突變的風險

雖然一般來說,口服 Molnupiravir 的療程只有 5 天,在這樣的時間周期來說,對一般成人造成基因突變的風險是很低。但是,Molnupiravir 對於胎兒或哺乳中的嬰兒,風險就顯得高出許多。所以,Molnupiravir 在默克公司的官方網站有聲明,不建議孕婦及哺乳中的女性服用

此外,根據新英格蘭醫學期刊在今年三月的報告中,發現將 Molnupiravir 用於非住院的新冠患者治療中,僅僅將高危新冠患者的住院和死亡風險降低了 30%,低於早前估計的 50%。

Molnupiravir 不建議孕婦及哺乳中的女性服用。圖/envato elements

「老藥新用」的開發策略

環顧目前的抗新冠藥物,大都是利用「老藥新用」(drug repurposing)的藥物開發策略,才能在這麼短的時間達到如此的成就。「老藥」是指已被核准做為臨床使用的藥物,「新用」則是指由原來已核准的藥物中發現新的適應症用途或是新的用法。

老藥的好處就是其藥物臨床前的數據都已經被建立,其中包含藥理實驗、藥物動力學、代謝途徑、副作用等,這些數據對藥物開發相當重要。

在目前這些新冠藥物中,瑞德西韋一開始是用來開發對抗伊波拉病毒,而 Paxlovid 中的 Nirmatrelvir 原先用以治療愛滋病,此外 Molnupiravir 則是為了治療流感。這樣的成功經驗相信能提供政府與學者參考,期望台灣開發新冠藥物有亮眼的成績,也讓我們未來在對抗 COVID-19 疫情當中有更好的手段。

引用文獻

  1. Hammond, Jennifer, et al. “Oral nirmatrelvir for high-risk, nonhospitalized adults with COVID-19.” New England Journal of Medicine 386.15 (2022): 1397-1408.
  2. Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Approves First COVID-19 Treatment for Young Children
  3. Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Authorizes First Oral Antiviral for Treatment of COVID-19
  4.  Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Authorizes Additional Oral Antiviral for Treatment of COVID-19 in Certain Adults
  5. Hammond, Jennifer, et al. “Oral nirmatrelvir for high-risk, nonhospitalized adults with COVID-19.” New England Journal of Medicine 386.15 (2022): 1397-1408.
  6. Cox, Robert M., Josef D. Wolf, and Richard K. Plemper. “Therapeutically administered ribonucleoside analogue MK-4482/EIDD-2801 blocks SARS-CoV-2 transmission in ferrets.” Nature microbiology 6.1 (2021): 11-18.
  7. Jayk Bernal, Angélica, et al. “Molnupiravir for oral treatment of Covid-19 in nonhospitalized patients.” New England Journal of Medicine 386.6 (2022): 509-520.

臨床試驗

  • EPIC-HR: Study of Oral PF-07321332/Ritonavir Compared With Placebo in Nonhospitalized High Risk Adults With COVID-19(NCT04960202

數感宇宙探索課程,現正募資中!

台灣科技媒體中心_96
9 篇文章 ・ 7 位粉絲
台灣科技媒體中心希望架構一個具跨領域溝通性質的科學新聞平台,提供正確的科學新聞素材與科學新聞專題探討。