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疫苗資訊全面解析與常見QA!關於 BNT、莫德納、AZ、嬌生、科興、國藥、Novavax和高端疫苗

miss9_96
・2021/06/04 ・7131字 ・閱讀時間約 14 分鐘

編按:這是一篇疫苗大補帖!看不完沒關係,點一下收藏存起來吧!關於疫苗施打的注意事項,以及一些常見的謠言破解,請見:

本文挑選世界衛生組織 (WHO, World Health Organization) 通過緊急使用許可之六款疫苗、國產高端疫苗,以及和高端/聯亞疫苗原理相同、同為蛋白質類型且進度最快的美商 Novavax 疫苗,共8支疫苗進行討論。

由於國產之聯亞生技,所推出之 COVID-19 疫苗 UB-612,公開之學術論文甚少,難以獲得資訊,故本文僅描述高端疫苗。

全面解析!8 種疫苗的基礎資訊

一、輝瑞-BNT 疫苗

由德國 Biotech 和美國輝瑞(Pfizer)合作推出。屬 mRNA 技術,內容為可轉譯(translation)出經修飾後穩定態的棘蛋白(spike protein, S-2P)的 mRNA。

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保存運輸嚴苛,須在 -80℃ 環境下運送。需施打兩劑,間隔 21 天。已公開、上網三期試驗數據。獲得世界衛生組織(WHO, World Health Organization)、美、英多國的緊急使用。

瑞輝-BNT 疫苗。圖/U.S. Secretary of Defense

以美國而言,專家委員會於 2020/12/10 全程直播討論該疫苗的科學證據(三期試驗書面數據於2天前向公眾公開)並支持提供美國民眾使用、2020/12/11 通過 16 歲以上民眾緊急使用許可2021/05/10 放寬許可,12 歲以上皆可接種

以色列全國超大型的施打結果而言(近 120 萬人之數據),整體保護力約 94%,對 70 歲以上的年長者的保護力更高達 98%。而且當時以色列境內流行英國變異株(B.1.1.7),更顯示了輝瑞-BNT 疫苗抵禦英國變異株的能力。

而較令人擔憂之處,是全身性過敏反應的比例似乎較高,約 4.7 例/每百萬劑(資料更新至  2021/01/18,現行流感疫苗約 1.3 例/每百萬劑)。美國 CDC 建議,已知對聚乙二醇(PEG / Polyethylene glycol)等疫苗成份過敏之接種者,接種前和醫護團隊詳細討論;必要時可改選其他類型疫苗。

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二、莫德納疫苗

由美國莫德納(Moderna)推出。屬 mRNA 技術,內容為可轉譯(translation)出經修飾後穩定態的棘蛋白(spike protein, S-2P)的 mRNA。

保存運輸嚴苛,須在 -20℃ 環境。需施打兩劑,間隔28天。已公開、上網三期試驗數據。獲得WHO、美、英多國的緊急使用。

以美國而言,專家委員會於 2020/12/17 全程直播討論該疫苗的科學證據 (三期試驗書面數據於 2 天前向公眾公開)並支持提供美國民眾使用、2020/12/18 通過 18 歲以上民眾緊急使用許可

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莫德納三期臨床數據而言(近 3 萬人之數據),整體保護力約 94%,對 65 歲以上的年長者的保護力約 86%。而針對英國變異株(B.1.1.7)的效力,實驗室數據顯示,莫德納疫苗誘發的抗體效力,未因變異株而減退

而較令人擔憂之處,是全身性過敏反應的比例似乎較高,約 2.5 例/每百萬劑(資料更新至  2021/01/18 現行流感疫苗約 1.3 例/每百萬劑)。美國 CDC 建議,已知對聚乙二醇(PEG/Polyethylene glycol)等疫苗成份過敏之接種者,接種前和醫護團隊詳細討論;必要時可改選其他類型疫苗。

三、嬌生疫苗

由美國嬌生(Janssen Biotech)推出。屬腺病毒載體技術(Ad26),內容為可轉錄(transcription)、轉譯(translation)出經修飾後穩定態的棘蛋白(spike protein, S-2P)的活化、無複製能力的腺病毒。

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保存運輸友善、4℃ 環境。只要打一劑。已公開、上網三期試驗數據。獲得WHO、美、英多國的緊急使用。

嬌生疫苗。圖/New York National Guard

以美國而言,專家委員會於 2021/02/26 全程直播討論該疫苗的科學證據 (三期試驗書面數據於2天前向公眾公開)並支持提供美國民眾使用、2021/02/27 通過 18 歲以上民眾緊急使用許可

就嬌生提交給美國政府的三期臨床數據而言(近 4 萬人之數據),整體保護力約 66%,對 60 歲以上的年長者的保護力約 76%(防止中重症)。

但在歐洲出現牛津接種後,發生多例罕見血栓併血小板低下症候群(TTS, Thrombosis with Thrombocytopenia Syndrome),且美國本土亦出現 6 例的類似情況。美國於 2021/04/13 暫停嬌生疫苗使用,審查後認為利益大於風險,於 2021/04/23 重新恢復使用

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四、牛津疫苗(AZ 疫苗)

由英國阿斯特捷利康(AstraZeneca)和牛津大學合作推出。屬腺病毒載體技術(ChAdOx1),內容為可轉錄(transcription)、轉譯(translation)出經修飾後穩定態的棘蛋白(spike protein, S-2P)的活化、無複製能力的腺病毒。

保存運輸友善、4℃ 環境。需施打兩劑,間隔 8~12 週。已公開、上網三期試驗數據。獲得WHO、英、日多國的緊急使用。

AZ 疫苗。圖/Arne Müseler.

牛津疫苗的三期臨床試驗數據,於 2020/12/08 發表於《柳葉刀 / The Lancet》。以英國而言,於 2020/12/30 通過 18 歲以上民眾緊急使用許可(未公開會議內容)。

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就牛津疫苗的三期臨床試驗數據而言(超過 1 萬人之數據),整體保護力約 70%。在最初的三期試驗中,因數據不足,故無法了解對年長者的保護力。但在今年(2021年)四月的研究中發現,單劑牛津疫苗對 70 歲以上年長者的保護力約 80 %

2021 年三月上旬,歐洲各國出現了數十件血栓的病例、數人死亡。當時,歐洲多國預防性地暫停民眾接種牛津 AZ 疫苗

經過調查,歐洲藥品管理局(EMA, European Medicines Agency)和英國藥品和醫療產品監管署(MHRA, Medicines and Healthcare products Regulatory Agency)於 2021/04/07 發佈聲明,認為牛津疫苗可能會罕見地引發血栓併血小板低下症候群(TTS, Thrombosis with Thrombocytopenia Syndrome),但由於疫情嚴峻,接種疫苗的利益仍大於風險,持續推動民眾施打。

牛津疫苗有進行疫苗混打的實驗,混打的疫苗有輝瑞-BNT、Novavax 等。就今年(2021年)五月、用牛津和輝瑞-BNT混打的研究發現,受試者的不適感會變強、比例變多(相較於只打牛津,或只打輝瑞-BNT)。

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五、高端疫苗

高端疫苗(MVC-COV1901)由台灣生技公司高端疫苗(Medigen Vaccine Biologics.)推出,屬蛋白質技術,內容為修飾後穩定態的棘蛋白(spike protein, S-2P)和佐劑(鋁鹽、CpG)。

保存運輸友善、4℃ 環境。需施打兩劑,間隔 28 天。尚未進行三期試驗。尚未獲得任何國家許可。

目前處在二期臨床試驗階段,受試者已在 2021/04/28 接種完第二劑,已於 06/10 解盲。就一期臨床試驗數據顯示,施打疫苗後產生之抗體強度,接近、或高於感染 COVID-19 後康復者體內的抗體強度

高端疫苗第二期試驗已完成第二劑施打。圖/高端疫苗

六、Novavax 疫苗

由美國 Novavax 推出。屬蛋白質技術,內容為修飾後穩定態的棘蛋白(spike protein, S-2P)和佐劑(皂苷)。

保存運輸友善、4℃ 環境。需施打兩劑,間隔 21 天。已公開、上網三期試驗數據。尚未獲得任何國家許可。

Novavax 三期臨床試驗結果,於 2021/05/14 發表於預印本medRxiv。超過 1 萬 5 千人之數據顯示,整體保護力約 89%,針對英國變異株(B.1.1.7)的保護力約 86%,對 65 歲以上年長者保護力約 88%。

Novavax 三期臨床試驗結果。圖/medRxiv

七、科興疫苗

由中國科興控股生物技術推出,國內通常稱「科興疫苗(CoronaVac)」。屬不活化病毒技術,內容為整顆新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)和佐劑(鋁鹽)。

保存運輸友善、4℃ 環境。需施打兩劑,間隔 14 天。已公開、上網三期試驗數據。獲得世界衛生組織(WHO)、中國、菲律賓等多國的緊急使用。

科興疫苗。圖/Elenktra

科興三期臨床試驗結果,於 2021/04/14 發表於預印本。超過 1 萬 2 千人之數據顯示,整體保護力約 50%。但數據有以下令人擔憂之處:

  • 年長受試者過少:
    • 科興疫苗試驗裡的受試者,60 歲以上僅佔 5%。相較於其他疫苗,明顯過少(相較於最少的莫德納、Novavax,65 歲以上受試者均達 25%)。因此科興疫苗對年長者的保護力數據,因樣本數少而有待論定。
  • 體內抗體似乎無法長期維持:
    • 觀察接種後累積感染曲線,科興疫苗的接種者中,新感染者仍然持續上升,且沒有出現平緩的傾向。此點和其他疫苗表現有很大的差距,可能是抗體衰減迅速,導致接種者失去保護力;或當地病毒變異快速,已超脫科興疫苗原始設計。

八、國藥疫苗

由中國國藥集團推出,國內通常稱「國藥疫苗(BIBP)」。屬不活化病毒技術,內容為整顆新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)和佐劑(鋁鹽)。

保存運輸友善、4℃ 環境。需施打兩劑,間隔 21 天。已公開、上網三期試驗數據。獲得 WHO、中、印尼多國的緊急使用。

國藥三期臨床試驗結果,於 2021/05/26 發表於《美國醫學會雜誌 JAMA》。近 4 萬人之數據顯示,整體保護力約 72%(國藥疫苗使用兩病毒株為原料,本文取保護力較低之數據)。但數據有令人注意之處:包含安慰劑組,60 歲以上年長者無人染疫,因此無法評估該疫苗對年長者的保護力。

國藥三期試驗結果。圖/JAMA

編按:於 2021/6/7 晚間補充以下文字。

但國藥疫苗的三期實驗設計,有以下令人擔憂之處:

1) 相較於其他疫苗三期受試者的年齡 (輝瑞-BNT:52歲、嬌生:52歲、Novavax:56歲),國藥受試者相當年輕,平均僅有36.1歲。通常而言,疫苗在年長者體內產生抗體的效果較弱,且COVID-19又對年長者的危害甚劇。因此疫苗三期試驗應盡量招募足夠多的年長者,才能更好體現試驗的價值。

2) 相較於其他疫苗三期受試者的女性佔比 (輝瑞-BNT:49.4%、嬌生:45%、莫德納:47.3),國藥女性受試者非常少,僅佔15.6%。通常而言,疫苗在女性會產生更多、更難受的不良反應,況且科學界不清楚性別對於新疫苗的影響,因此疫苗三期試驗應讓受試者性別比例相近,才能更好體現試驗的價值。

關於疫苗的常見Q&A

Q1: 有人混打不同廠牌的疫苗嗎?

目前有進行混打試驗的有「牛津」、「輝瑞-BNT」、「Novavax」等疫苗。

就今年(2021 年)五月,用牛津和輝瑞-BNT 混打的研究發現,受試者的不適感會變強烈、比例變多(相較於只打牛津,或只打輝瑞-BNT);但保護力效果,仍有待研究。

Q2: 疫苗的效力能直接比較嗎?牛津疫苗保護力 70% 就一定比莫德納 94% 差?

不一定。

由於各疫苗進行三期試驗時,所處的時空、面對的病毒株、受試者體質等皆不相同,因此不建議用數字比較。猶如兩名學生分別寫 2 張不同題目的地科會考考卷,其測驗的分數也不能代表他們的地科實力。

若要比較兩個疫苗的效力,需在同一環境下,將受試者隨機分組後,分別接種 A 疫苗和 B 疫苗後,比較保護力、不良反應等數據。

若要比較兩個疫苗的效力,需在同一環境下,將受試者隨機分組後,分別接種 A 疫苗和 B 疫苗後,比較保護力、不良反應等數據。圖/envato elements

Q3: 蛋白質疫苗的不良反應,一定比較少嗎?

不一定。

雖然如高端或 Novavax 等蛋白質疫苗,過去的操作經驗較豐富。但實際上「不良反應」的通報,受很多因素影響。各疫苗進行三期試驗時,所處的時空、受試者體質、心理因素等皆不相同,因此不建議直接推斷某類型的疫苗,不良反應必然較低。

比方說去年的民眾,對疫苗不良反應較為陌生,接種後即使稍有疲倦,可能也不會聯想到疫苗;而今年的民眾熟悉疫苗和不良反應,接種後若感到任何不適,就能快速地和疫苗聯想在一起。

Q4: 第三期試驗沒有做完,科學上會漏失哪些資訊?

首先,即使第二期試驗結果不錯,面對真實世界還是可能會翻車。
二期試驗數據 ≠ 三期試驗數據 ≠ 疫苗真實保護力

最近的例子是 HIV / 愛滋病疫苗。今年 3 月的《新英格蘭醫學期刊 / The New England Journal of Medicine》刊出,葛蘭素史克贊助的 ALVAC-HIV 疫苗三期臨床試驗失敗

儘管該疫苗在二期試驗裡表現優秀、多數受試者產生愛滋病毒蛋白的抗體,但在真實世界的考驗下,發現疫苗幾乎沒有保護力;兩年的追蹤下,疫苗組 138 人感染愛滋病毒、安慰劑組 133 人感染(疫苗 : 安慰劑人數約 1:1),達到提前終止的無效標準。

ALVAC-HIV疫苗三期試驗結果。圖/參考文獻10

此外,我們都知道,COVID-19 疫苗的核心思想是「預防重症、死亡」。

而觀察疫苗預防重症的能力,僅能仰賴三期試驗時,讓受試者們感染病毒後,觀察疫苗組和安慰劑組之間的重症人數差異、藉此判斷。此核心思想幾乎不可能單從二期試驗的數字進行推測。

Q5: 除了過敏反應,疫苗潛在還可能有哪些副作用?

面對真實世界,才能看到更多東西

三期試驗是讓受試者接種疫苗後,實際遭遇病毒、讓科學家觀察擁有免疫力的人體,會發生什麼事?而有些罕見、危及性命的反應,只能在面對真實病毒後才能被發現。

若不透過三期試驗觀察,恐無法及早發現此類致命反應的風險。

疫苗潛藏的負面風險還包括:

  • 內奸抗體(ADE / antibody-dependent enhancement)

指抗體「意外增強病毒入侵」(antibody-dependent enhancement, ADE)的現象,原因是抗體無法有效地中和病毒(濃度過低,或無法辨認有效的抗原),反而使病毒侵入細胞的效率增加

有種貓冠狀病毒(feline infectious peritonitis virus, FIPV),科學家殺死該病毒後,再接種給貓,但貓咪卻發生 ADE 的情況。而台灣人更熟悉的例子是登革熱。

登革熱有四種血清型,罹患其中一種血清型登革熱痊癒後,其抗體非但不能免疫其它血清型登革熱,反而可能會引發重症。過往也曾經出現開發的疫苗,反而讓接種者在遭遇真正的病毒時,加重感染、最後死亡的實際案例。觀古鑑今,不可不慎。

  • TH2免疫反應

疫苗引發的免疫反應分為 TH1 和 TH2,其中 TH2 免疫反應會增加 IL-5 等發炎物質、活化嗜酸性白血球(eosinophil)。若疫苗誘發的免疫反應過於偏向 TH2 免疫反應,當真正的病毒侵入人體,過度的 TH2 免疫反應反而會讓肺部出現嚴重的發炎反應、大量的白血球浸潤於肺臟,導致急性的肺損傷

接種疫苗後,再遭遇病毒後,反而可能會導致的疾病。圖/Nature Reviews Microbiology

Q6: 如果真的來不及做三期,該怎麼評估有效性?

有沒有可能,在不做三期試驗的前提下,讓民眾進行大規模施打呢?

假設出現一特殊情況,即台灣疫情突然大暴發,每日新增數千、萬名病例,且醫療已經崩潰瓦解,那就可以考慮使用「牛津疫苗 pk 國產疫苗」的臨床對照試驗(Head to head)。

即招募自願者、隨機分配接種牛津疫苗或國產疫苗,藉此達到「救急」,同時也可評估、比較另一支疫苗的保護力。但此方法並非正式的三期臨床試驗,僅是在特殊危急的情況下,可以規劃的方式之一。

備註:試驗過程中,會有受試者失聯、因故無法參與實驗,因此「參加試驗」的人數會和「最終完成試驗」不同。本表之人數取「最終完成試驗」的人數,故可能和其他資訊的數值稍有不同。

這裡也有影片版可以看唷!

*勘誤,0:44 AZ疫苗是轉錄轉譯整條棘蛋白,並非修飾的棘蛋白

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miss9_96
170 篇文章 ・ 1073 位粉絲
蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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揭密突破製程極限的關鍵技術——原子層沉積
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/08/30 ・3409字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文由 ASM 委託,泛科學企劃執行。 

以人類現在的科技,我們能精準打造出每一面牆只有原子厚度的房子嗎?在半導體的世界,我們做到了!

如果將半導體製程比喻為蓋房子,「薄膜製程」就像是在晶片上堆砌層層疊疊的磚塊,透過「微影製程」映照出房間布局 — 也就是電路,再經過蝕刻步驟雕出一格格的房間 — 電晶體,最終形成我們熟悉的晶片。為了打造出效能更強大的晶片,我們必須在晶片這棟「房子」大小不變的情況下,塞進更多如同「房間」的電晶體。

因此,半導體產業內的各家大廠不斷拿出壓箱寶,一下發展環繞式閘極、3D封裝等新設計。一下引入極紫外曝光機,來刻出更微小的電路。但別忘記,要做出這些複雜的設計,你都要先有好的基底,也就是要先能在晶圓上沉積出一層層只有數層原子厚度的材料。

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現在,這道薄膜製程成了電晶體微縮的一大關鍵。原子是物質組成的基本單位,直徑約0.1奈米,等於一根頭髮一百萬分之一的寬度。我們該怎麼精準地做出最薄只有原子厚度,而且還要長得非常均勻的薄膜,例如說3奈米就必須是3奈米,不能多也不能少?

這唯一的方法就是原子層沉積技術(ALD,Atomic Layer Deposition)。

蓋房子的第一步是什麼?沒錯,就是畫設計圖。只不過,在半導體的世界裡,我們不需要大興土木,就能將複雜的電路設計圖直接印到晶圓沉積的材料上,形成錯綜複雜的電路 — 這就是晶片製造的最重要的一環「微影製程」。

首先,工程師會在晶圓上製造二氧化矽或氮化矽絕緣層,進行第一次沉積,放上我們想要的材料。接著,為了在這層材料上雕出我們想要的電路圖案,會再塗上光阻劑,並且透過「曝光」,讓光阻劑只留下我們要的圖案。一次的循環完成後,就會換個材料,重複沉積、曝光、蝕刻的流程,這就像蓋房子一樣,由下而上,蓋出每個樓層,最後建成摩天大樓。

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薄膜沉積是關鍵第一步,基底的品質決定晶片的穩定性。但你知道嗎?不只是堆砌磚塊有很多種方式,薄膜沉積也有多樣化的選擇!在「薄膜製程」中,材料學家開發了許多種選擇來處理這項任務。薄膜製程大致可分為物理和化學兩類,物理的薄膜製程包括蒸鍍、濺鍍、離子鍍、物理氣相沉積、脈衝雷射沉積、分子束磊晶等方式。化學的薄膜製程包括化學氣相沉積、化學液相沉積等方式。不同材料和溫度條件會選擇不同的方法。

二氧化矽、碳化矽、氮化矽這些半導體材料,特別適合使用化學氣相沉積法(CVD, Chemical Vapor Deposition)。CVD 的過程也不難,氫氣、氬氣這些用來攜帶原料的「載氣」,會帶著要參與反應的氣體或原料蒸氣進入反應室。當兩種以上的原料在此混和,便會在已被加熱的目標基材上產生化學反應,逐漸在晶圓表面上長出我們的目標材料。

如果我們想增強半導體晶片的工作效能呢?那麼你會需要 CVD 衍生的磊晶(Epitaxy)技術!磊晶的過程就像是在為房子打「地基」,只不過這個地基的每一個「磚塊」只有原子或分子大小。透過磊晶,我們能在矽晶圓上長出一層完美的矽晶體基底層,並確保這兩層矽的晶格大小一致且工整對齊,這樣我們建造出來的摩天大樓就有最穩固、扎實的基礎。磊晶技術的精度也是各公司技術的重點。

雖然 CVD 是我們最常見的薄膜沉積技術,但隨著摩爾定律的推進,發展 3D、複雜結構的電晶體構造,薄膜也開始需要順著結構彎曲,並且追求精度更高、更一致的品質。這時 CVD 就顯得力有未逮。

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並不是說 CVD 不能用,實際上,不管是 CVD 還是其他薄膜製程技術,在半導體製程中仍占有重要地位。但重點是,隨著更小的半導體節點競爭愈發激烈,電晶體的設計也開始如下圖演變。

圖/Shutterstock

看出來差別了嗎?沒錯,就是構造越變越複雜!這根本是對薄膜沉積技術的一大考驗。

舉例來說,如果要用 CVD 技術在如此複雜的結構上沉積材料,就會出現像是清洗杯子底部時,有些地方沾不太到洗碗精的狀況。如果一口氣加大洗碗精的用量,雖然對杯子來說沒事,但對半導體來說,那些最靠近表層的地方,就會長出明顯比其他地方厚的材料。

該怎麼解決這個問題呢?

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CVD 容易在複雜結構出現薄膜厚度不均的問題。圖/ASM

材料學家的思路是,要找到一種方法,讓這層薄膜長到特定厚度時就停止繼續生長,這樣就能確保各處的薄膜厚度均勻。這種方法稱為 ALD,原子層沉積,顧名思義,以原子層為單位進行沉積。其實,ALD 就是 CVD 的改良版,最大的差異在所選用的化學氣體前驅物有著顯著的「自我侷限現象」,讓我們可以精準控制每次都只鋪上一層原子的厚度,並且將一步驟的反應拆為兩步驟。

在 ALD 的第一階段,我們先注入含有 A 成分的前驅物與基板表面反應。在這一步,要確保前驅物只會與基板產生反應,而不會不斷疊加,這樣,形成的薄膜,就絕對只有一層原子的厚度。反應會隨著表面空間的飽和而逐漸停止,這就稱為自我侷限現象。此時,我們可以通入惰性氣體將多餘的前驅物和副產物去除。在第二階段,我們再注入含有 B 成分的化學氣體,與早已附著在基材上的 A 成分反應,合成為我們的目標材料。

透過交替特殊氣體分子注入與多餘氣體分子去除的化學循環反應,將材料一層一層均勻包覆在關鍵零組件表面,每次沉積一個原子層的薄膜,我們就能實現極為精準的表面控制。

你知道 ALD 領域的龍頭廠商是誰嗎?這個隱形冠軍就是 ASM!ASM 是一家擁有 50 年歷史的全球領先半導體設備製造廠商,自 1968 年,Arthur del Prado 於荷蘭創立 ASM 以來,ASM 一直都致力於推進半導體製程先進技術。2007 年,ASM 的產品 Pulsar ALD 更是成為首個運用在量產高介電常數金屬閘極邏輯裝置的沉積設備。至今 ASM 不僅在 ALD 市場佔有超過 55% 的市佔率,也在 PECVD、磊晶等領域有著舉足輕重的重要性。

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ASM 一直持續在快速成長,現在在北美、歐洲、及亞洲等地都設有技術研發與製造中心,營運據點廣布於全球 15 個地區。ASM 也很看重有「矽島」之稱的台灣市場,目前已在台灣深耕 18 年,於新竹、台中、林口、台南皆設有辦公室,並且在 2023 年於南科設立培訓中心,高雄辦公室也將於今年年底開幕!

當然,ALD 也不是薄膜製程的終點。

ASM 是一家擁有 50 年歷史的全球領先半導體設備製造廠商。圖/ASM

最後,ASM 即將出席由國際半導體產業協會主辦的 SEMICON Taiwan 策略材料高峰論壇和人才培育論壇,就在 9 月 5 號的南港展覽館。如果你想掌握半導體產業的最新趨勢,絕對不能錯過!

圖片來源/ASM

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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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

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美國將玉米乙醇列入 SAF 前瞻政策,它真的能拯救燃料業的高碳排處境嗎?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/06 ・2633字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 美國穀物協會 委託,泛科學企劃執行。

你加過「酒精汽油」嗎?

2007 年,從台北的八座加油站開始,民眾可以在特定加油站選加「E3 酒精汽油」。

所謂的 E3,指的是汽油中有百分之 3 改為酒精。如果你在其他國家的加油站看到 E10、E27、E100 等等的標示,則代表不同濃度,最高到百分之百的酒精。例如美國、英國、印度、菲律賓等國家已經開放到 E10,巴西則有 E27 和百分之百酒精的 E100 選項可以選擇。

圖片來源:Hanskeuken / Wikipedia

為什麼要加酒精呢?

單論玉米乙醇來說,碳排放趨近於零。為什麼呢?因為從玉米吸收二氧化碳與水進行光合作、生長、成熟,接著被採收,發酵成為玉米乙醇,最後燃燒成二氧化碳與水蒸氣回到大氣中。這一整趟碳循環與水循環,淨排放都是 0,是個零碳的好燃料來源。

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圖片來源:shutterstock

當然,我們無法忽略的是燃料運輸、儲藏、以及製造生產設備時產生的碳足跡。即使如此,美國農業部經過評估分析,2017 發表的報告指出,玉米乙醇生命週期的碳排放量比汽油少了 43%。

「玉米乙醇」納入 SAF(永續航空燃料)前瞻性指引的選項之一

航空業占了全球碳排的 2.5%,而根據國際民用航空組織(ICAO)的預測,這個數字還會成長,2050 年全球航空碳排放量將會來到 2015 年的兩倍。這也使得以生質原料為首的「永續航空燃料」SAF,開始成為航空業減碳的關鍵,及投資者關注的新興科技。

只要燃料的生產符合永續,都可被歸類為 SAF。目前美國材料和試驗協會規範的 SAF 包含以合成方式製造的合成石蠟煤油 FT-SPK、透過發酵與合成製造的異鏈烷烴 SIP。以及近年討論度很高,以食用油為原料進行氫化的 HEFA,以及酒精航空燃料 ATJ(alcohol-to-jet)。

圖片來源:shutterstock

每種燃料的原料都不相同,因此需要的技術突破也不同。例如 HEFA 是將食用油重新再造成可用的航空燃料,因此製造商會從百萬間餐廳蒐集廢棄食用油,再進行「氫化」。

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就引擎來說,我們當然也希望用到穩定的油。因此需要氫化來將植物油轉化為如同動物油般的飽和脂肪酸。氫化會打斷雙鍵,以氫原子佔據這些鍵結,讓氫在脂肪酸上「飽和」。此時因為穩定性提高,不易氧化,適合保存並減少對引擎的負擔。

至於酒精加工為酒精航空燃料 ATJ 的流程。乙醇會先進行脫水為乙烯,接著聚合成約 6~16 碳原子長度的長鏈烯烴。最後一樣進行氫化打斷雙鍵,成為長鏈烷烴,性質幾乎與傳統航空燃料一模一樣。

ATJ 和 HEFA 雖然都會經過氫化,但 ATJ 的反應中所需要的氫氣大約只有一半。另外,HEFA 取用的油品來源來自餐廳,雖然是幫助廢油循環使用的好方法,但供應多少比較不穩定。相對的,因為 ATJ 來源是玉米等穀物,通常農地會種植專門的玉米品種進行生質乙醇的生產,因此來源相對穩定。

但不論是哪一種 SAF,都有積極發展的價值。而航空業也不斷有新消息,例如阿聯酋航空在 2023 年也成功讓波音 777 以 100% 的 SAF 燃料完成飛行,締下創舉。

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圖片來源:shutterstock

汽車業也需要作出重要改變

根據長年推動低碳交通的國際組織 SLoCaT 分析,在所有交通工具的碳排放中,航空業佔了其中的 12%,而公路交通則占了 77%。沒錯,航空業雖然佔了全球碳排的 2.5%,但真正最大宗的碳排來源,還是我們的汽車載具。

但是這個新燃料會不會傷害我們的引擎呢?有人擔心,酒精可能會吸收空氣中的水氣,對機械設備造成影響?

其實也不用那麼擔心,畢竟酒精汽油已經不只是使用一、二十年的東西了。美國聯邦政府早在 1978 就透過免除 E10 的汽油燃料稅,來推廣添加百分之 10 酒精的低碳汽油。也就是說,酒精汽油的上路試驗已經快要 50 年。

有那麼多的研究數據在路上跑,當然不能錯過這個機會。美國國家可再生能源實驗室也持續進行調查,結果發現,由於 E10 汽油摻雜的比例非常低,和傳統汽油的化學性質差異非常小,這 50 年來的車輛,只要符合國際標準製造,都與 E10 汽油完全相容。

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解惑:這些生質酒精的來源原料是否符合永續的精神嗎?

在環保議題裡,這種原本以為是一片好心,最後卻是環境災難的案例還不少。玉米乙醇也一樣有相關規範,例如歐盟在再生能源指令 RED II 明確說明,生質乙醇等生物燃料確實有持續性,但必須符合「永續」的標準,並且因為使用的原料是穀物,因此需要確保不會影響糧食供應。

好消息是,隨著目標變明確,專門生產生質酒精的玉米需求增加,這也帶動品種的改良。在美國,玉米產量連年提高,種植總面積卻緩步下降,避開了與糧爭地的問題。

另外,單位面積產量增加,也進一步降低收穫與運輸的複雜度,總碳排量也觀察到下降的趨勢,讓低碳汽油真正名實相符。

隨著航空業對永續航空燃料的需求抬頭,低碳汽油等生質燃料或許值得我們再次審視。看看除了鋰電池車、氫能車以外,生質燃料車,是否也是個值得加碼投資的方向?

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不抽菸也會得肺癌?PM2.5 如何「叫醒」沉睡的癌細胞?
PanSci_96
・2024/06/25 ・4403字 ・閱讀時間約 9 分鐘

不好意思,你很可能會得這種癌症。其實,我也是。

它就是台灣十大癌症榜首,肺癌。

現在,根據 2023 年 11 月衛福部發布的最新統計數字,肺癌一年的新增病人數已經超越大腸直腸癌,成為台灣每年癌症發生人數之最,堪稱臺灣人的「國民病」。

可怕的是,肺癌在癌症之中有三個之最:死亡率最高、發現時已經是晚期的比例最高、醫藥費也最高。現在再加上發生人數最高,堪稱從癌症四冠王。

你說肺癌是抽菸的人的事?錯!台灣抽菸人口比例在全球排名 30,比日本、韓國、中國和多數歐洲國家都還低!顯然抽菸並不是肺癌的唯一主因!那難道是二手菸?還是空污惹的禍?還是台灣人的基因天生脆弱?我們到底要怎麼做才能遠離肺癌?

臺灣人的肺癌特別在哪?癌症和基因有關嗎?

根據衛福部國健署的說法,肺癌人數的增加,其實與 2022 年 7 月開始推動肺癌篩檢的政策有關。

隨著篩檢量的上升,近年內肺癌的確診人數預期還會再往上。

原來是因為篩檢量啊,那就不用擔心了。但換個角度想,這才是肺癌最可怕的地方,它可能已經存在在很多人身體裡,而我們卻沒能發現它。肺癌早期幾乎沒有症狀,高達 50% 的患者發現時已經是第 4 期。屆時不只肺部遍布腫瘤,癌細胞可能還轉移到大腦、骨頭等器官,讓治療變得加倍困難。

對付肺癌,最關鍵點是愈早發現愈好。按照國健署統計,如果第 1 期就發現,5 年存活率可達九成以上,第 2 期發現降為六成,第 3 期存活率大約三成,一旦到第 4 期,僅僅剩下一成。

當然,最好的方法,就是做好預防,打從一開始就不讓癌細胞誕生。

那麼我們就要先了解問題到底是出在環境,還是你、我身體中的基因? 過去關於肺癌的遺傳研究,多半以歐美國家為主,套用到我們身上總有些牛頭不對馬嘴。幸好,我這裡一份以臺灣人為主角的大規模研究報告,將為我們揭露答案。

這份研究是由中央研究院團隊主導,結合臺灣大學、臺北醫學大學、臺中榮總等單位的研究,還登上生物領域頂尖期刊《Cell》2020 年 7 月的封面故事。非常具有權威性,不能不看。

同時,這也是全球第一次完整剖析東亞地區肺癌的成因。他們的主題很明確:「為什麼不吸菸也會得肺癌?」

在西方,肺癌病人裡面只有 20% 左右的人不吸菸。但是在臺灣,卻有超過一半的肺癌病人都不抽菸,顯示有其他致癌要素潛伏在基因裡作怪。另外,臺灣肺癌病人的男女比例和西方人也大不同,臺灣女性通常更容易罹患肺癌。 為了瞭解肺癌,研究團隊取得肺癌病人的腫瘤和正常組織,解讀 DNA 序列和蛋白質表現量,最後鑑定出 5 種和西方人明顯不同的變異特徵。

其中最受關注的,是一種 APOBEC 變異,因為它有可能是臺灣女性為什麼容易罹患肺癌的關鍵。

這種變異特徵屬於內生性的,也就是人體機制自然產生的 bug。

APOBEC 不是指單一基因,它是細胞內負責編輯 mRNA 的一組酵素,包含 11 個成員。主要功用是把胞嘧啶核苷酸(C)轉變尿嘧啶核苷酸(U)。簡單來說,APOBEC 原本是細胞正常活動的一環。但因為它有改寫核酸序列的能力,在 DNA 修復過程同時活躍時,就很有可能出事。這就像是一個創意豐富的阿嬤,看到破損的古畫,就在沒和別人討論的情況下上去東湊西補,用自己的方式重新修復了這件藝術。一個與原本不同的突變細胞可能就這樣產生了。

APOBEC 變異在臺灣女性病人身上特別明顯,舉例來說,60 歲以下沒有吸菸的女性患者,就有高達四分之三有這種變異特徵。研究團隊認為,APOBEC 出錯造成的基因變異可能是導致女性肺癌的關鍵。 除了內生性變異,另外一個容易導致肺癌發生的,就是周遭環境中的致癌物。

致癌物有哪些?

研究團隊總結出 5 種肺癌危險物質:烷化劑、輻射線、亞硝胺(Nitrosamine)、多環芳香烴(PAHs),還有硝基多環芳香烴(Nitro-PAHs)。

其中,亞硝胺類化合物主要來自食品添加物和防腐劑,多環芳香烴大多來自抽菸和二手菸,硝基多環芳香烴則是透過汽機車廢氣和 PM2.5 等毒害肺部。

圖/unsplash

他們進一步分析,大略來說,女性在不同年紀,致癌因素也有差異。60 歲以下的女性肺癌病人,APOBEC 特徵的影響比較明顯;70 歲以上的女性患者,和環境致癌物的相關度比較高。 既然找到致癌原因,我們該如何著手預防呢?你知道肺癌,其實有疫苗可打!?

空氣污染和肺癌有關嗎?有沒有癌症疫苗?

想預防肺癌,有 2 種對策,一種是「打疫苗」,一種是「抗發炎」。

是的,你沒聽錯,英國牛津大學、跟佛朗西斯.克里克研究所,還有倫敦大學學院在 2024 年 3 月下旬公布,他們正在研發一款預防性的肺癌疫苗,就叫 LungVax。它所使用的技術,和過往牛津大學協同阿斯特捷利康藥廠製造 COVID-19 AZ 疫苗時的方法相似。

他們已經募到一筆 170 萬英鎊的經費,預計未來兩年資金陸續全數到位,第一批打算先試生產 3000 劑。不過,關於這款肺癌疫苗,目前透露的消息還不多,我們挺健康會持續追蹤這方面研究的進展。

在疫苗出來之前,我們還有第二個對策:抗發炎。發炎和肺癌有什麼關係呢?這就要先回到一個問題:為什麼空污會提高得肺癌的機率呢?

一個很直觀又有力的推測是,空污會導致肺部細胞 DNA 突變,因此而催生出腫瘤。

圖/unsplash

但是修但幾勒,科學要嚴謹,不能只看結果。科學史上發生過很多次表象和真實截然不同的事件,空污和肺癌會不會也是這樣?

2023 年 4 月《Nature》的一篇封面故事,明確地說:Yes!肺癌真的和我們想的不一樣。

其實早在 1947 年,就有以色列生化學家貝倫布魯姆(Isaac Berenblum)質疑主流觀點,他提出的新假設是:除了 DNA 突變以外,癌細胞還需要其他條件才能坐大。用白話說,就是肺癌是個會兩段變身的遊戲副本頭目,正常細胞先發生變異,接著再由某個條件「扣下扳機」,突變細胞才會壯大成腫瘤。

也就是説,只要攔住任一個階段,就有機會能防範肺癌。假如這論點正確,全球肺癌防治的方向將會直角轉彎。

《Nature》的研究支持這個假說,扭轉了過去 70 多年來的看法。在這項里程碑研究中,臺灣也是要角。

時間回到 2020 年,《Nature Genetics》上發表了一份針對 20 種致癌物質的研究報告,包括鈷、三氯丙烷和異丙苯等,但注意,這研究指出這些致癌物大多沒有增加實驗鼠的 DNA 變異量。

這個現象實在太違反直覺,過了 3 年,疑團還是懸而未決。直到《Nature》的跨國研究出爐,才解開部分謎底。

英國倫敦佛朗西斯.克利克研究所主導 2023 年的一項研究,他們鎖定對象為肺腺癌。肺腺癌是典型「不吸菸的肺癌」,台灣每 4 個肺癌病人就有 3 人是肺腺癌,尤其是女性肺腺癌患者有高達九成不抽菸。 為了抽絲剝繭探明空污和肺癌的關係,研究團隊聚焦在肺腺癌患者常發生的表皮生長因子受體基因變異,縮寫 EGFR。他們收集英國、加拿大、韓國和臺灣四國大約 3 萬 3 千名帶有 EGFR 突變的病人資料,進行深入分析,並且發現 PM2.5 和肺腺癌發生率有顯著關聯。研究團隊進一步用小鼠做試驗,把小鼠分成吸入和未吸入 PM2.5 兩組,結果發現吸入組更容易長出惡性腫瘤。

圖/pexels

到目前為止都還不算太意外,然而,團隊切下肺部細胞、分析 DNA 以後發現,DNA 的突變量居然沒有明顯增加!但是有另一件事發生了:堆積在肺的 PM2.5 顆粒會吸引免疫細胞從身體各處聚集過來,並分泌一種叫做 IL-1β 的發炎因子,導致肺組織發炎。

這下子有趣了,根據克利克研究所團隊的檢驗結果,估計每 60 萬個肺部細胞有 1 個帶有 EGFR 突變,這些細胞在發炎環境裡會快馬加鞭生長。相反的,當他們給小鼠注射抑制 IL-1β 的抗體,肺癌發病率就跟著下降。 《Nature》一篇評論引述美國加州大學舊金山分校分子腫瘤學專家波曼(Allan Balmain)的看法。他總結說,空污致癌的主要機制,可能不是因為空污誘發了新突變,而是持續發炎會刺激原本已帶有突變的細胞生長。換句話說,本來在熟睡的壞細胞會被發炎反應「叫醒」。

這會給肺癌防治帶來巨大衝擊,這樣一來,問題就從「用公衛或醫療方法防止 DNA 變異」變成了「如何抑制發炎」。

人體的細胞每天不斷分裂,用新細胞替換老舊細胞。但是這就像工廠生產線,良率無法百分百,組裝幾十萬產品難免會做出幾件瑕疵品,也就是帶有基因突變的細胞。換句話說,從自然界角度來看,DNA 變異是一種自發現象,醫療手段實際上幾乎不可能阻止。

但是,降低發炎卻是有可能做到的,例如注射抑制 IL-1β 因子的抗體。不過,就公共衛生來說,要給幾千萬人施打抗發炎因子藥物根本不切實際,因為太花錢,而且也可能造成其他的副作用。 波曼在《Nature》評論裡建議,透過簡易可行的飲食方式來降低體內發炎,或許有機會減少某些癌症的風險。這也就是說,科學家應該重新回來審視,怎樣把每天的生活點滴點石成金變成防癌手段。

圖/unsplash

這也等於預告了肺癌的下一階段研究方向,除了內科、外科醫療科技持續精進,尋求預防惡性疾病的最佳飲食要素,也成為聚焦重點。

也想問問你,關於肺癌,你最看好的下一個突破是什麼呢?

  1. 希望有篩檢技術 2.0,不但百發百中,如果連X光都不必照,只要抽血就能順便驗出有沒有癌細胞,那該多好。
  2. 當然是癌症疫苗,最好是能一勞永逸。
  3. 科學證實有效的抗發炎防癌食物組合,我一定立刻加入菜單,不過還是希望味道要好吃啦。

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