0

7
2

文字

分享

0
7
2

揭露蜜蜂的防疫策略!——保持「社交距離」如何阻斷寄生蟲在巢內傳播?

Fisher_96
・2021/11/27 ・3050字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

昆蟲的群落中存在特殊的社會結構以及互動方式,使得牠們的接觸與聯繫都相當密集。這樣的行為模式帶給昆蟲很多優勢,牠們能夠更有效率地養育幼蟲、進行覓食與資訊傳播,或穩定環境以更有效利用儲存在巢中的大量食物。但同時,這樣高度密集的接觸也有可能為昆蟲的群落帶來不可挽回的缺陷——例如傳染病。

昆蟲會依據不同的年齡而有不同的工作,並產生不同的階級,不同階級在巢中所居住的位置也不同,昆蟲的巢中都會被組織成不同空間來利用。為了對抗疾病的壓力,群居的昆蟲還進化出了不同形式的社會防疫方式:昆蟲會透過行為的改變,來避免病原體入侵群落,而且病原體或寄生蟲等可能對群落造成傷害的外來壓力,還會是推動昆蟲群落組織的關鍵因素。

目前,已經有研究透過螞蟻與蜜蜂實驗證實,昆蟲會透過調整群體社交網路以及巢內空間使用,來降低微生物疾病傳播的風險,並且可以成功發展為組織免疫反應。群居昆蟲的巢穴中棲息著各種各樣的蟎蟲,某些種類會對群落適應性產生重大影響。這樣的防疫方式對寄生蟲也一樣成立嗎?

遭瓦蟎(圖中央蜜蜂背上紅點)寄生的蜜蜂。圖/WIKIPEDIA by Piscisgate

瓦蟎去去走!威脅蜂群生存的寄生蟲

瓦蟎(Varroa destructor,又稱狄斯瓦蟎)就是全世界蜜蜂生存最嚴重的威脅之一。瓦蟎會吸食蜂蜜體液,也會傳播各種病毒和病菌,若是幼蟲被瓦蟎寄生,在羽化後常會有翅膀變形或沒有翅膀而無法飛行,影響整個蜜蜂群落。因為這樣,瓦蟎在過去幾十年中,對整個北半球蜜蜂群落的衰落產生了巨大影響。

在蜜蜂族群的巢內空間中,最靠近中心的巢室由蜂后、幼蟲以及保育蜂構成。保育蜂是工蜂的一種,由羽化三天的幼年雌蜂擔任,除了照顧幼蟲與蛹,也進行與外部巢室的聯繫。外部巢室主要是工蜂的空間,保育蜂會在外部巢室為其他蜜蜂進行社交梳理(幫另一隻蜜蜂清除身上的髒東西和寄生蟲等的行為)。

在羽化一個月後,保育蜂會成為中年覓食蜂,負責出外採蜜,這時候牠們就可能會在花朵上遇到寄生蟲而不小心帶回巢中,進而影響整個群落。雌蟎會為了繁殖而寄生在保育蜂身上進入內部巢室。

瓦蟎不僅會吸食蜜蜂體液,還會傳染疾病/WIKIPEDIA

面對瓦蟎威脅,蜂群也會加大「社交距離」

為了查明蜜蜂族群在遭遇瓦蟎侵襲時,是否會啟動如前述遇到微生物疾病時的反應?近期倫敦大學學院(University College London, UCL)和義大利薩薩里大學(University of Sassari, Uniss)的研究人員共同在《科學進展》(Science Advances, AAAS)發表研究,透過觀察蜜蜂的空間使用和社交互動模式,發現當蜜蜂的蜂巢受到寄生蟲威脅時,蜜蜂也會增加社交距離來減少寄生蟲傳播。

研究團隊針對蜜蜂的群落進行了幾種實驗設定與假設。第一,觀察在野外環境中遭瓦蟎入侵的整個群落,以觀察特定免疫防禦策略的變化;第二,觀察在實驗室中對實驗感染瓦蟎的侵擾引起的社會行為變化,並依據社會免疫理論進行了預測,如下圖。

在實驗的第一部分中,團隊監測了巢中與寄生蟲傳播較密切相關的兩種行為:覓食舞蹈和社交梳理。覓食蜂在進入蜂巢後會進行覓食舞蹈,以將食物來源的確切位置傳達給其他覓食蜂,在有瓦蟎的蜂巢中,覓食蜂跳覓食舞的位置更集中在靠近蜂巢入口處,而在沒有瓦蟎的蜂巢中,覓食蜂跳舞的位置平均分布在巢中蜂巢入口的位置和蜂巢的中央。

奇妙的是,在感染組中,採蜜蜂仍然會在無蓋的育雛室中跳舞,團隊推測是因為在無蓋的巢室跳舞時,振動信號可以傳遞的更遠,而更可以有效將食物訊號傳遞給其他採蜜蜂(過去已經有研究確認)。同時,社交梳理也更頻繁地發生在蜂巢中央以及無蓋的育雛室中。

因此可以發現,蜜蜂固然會為了防疫而改變跳舞的位置,但還是需要在防止寄生蟲傳播以及群落內資訊傳遞的需求之間權衡,牠們也會同時透過過增加社交梳理的頻率以及改變位置來達成防止瓦蟎入侵的目的。社交梳理行為向巢穴中心的轉移,也就代表保育蜂(較年輕的工蜂)更集中在巢穴中心的位置,拉開了與較年長的其他工蜂的距離。

而在第二個實驗中,研究團隊觀察 1 天齡蜜蜂成長過程中的社交行為,包括社交梳理、觸角接觸和交哺行為,來確認蜜蜂群體是否會為了防止瓦蟎入侵改變社交行為。觸角接觸是蜜蜂用來識別與溝通的主要方式,交哺行為則是蜜蜂將液體食物分發給其他蜜蜂的過程。

團隊原本預測,在瓦蟎入侵的壓力下,社交梳理會增加,而觸角接觸和交哺行為會減少,降低巢穴中社交網路的凝聚力(即群體的聯繫程度),受感染群體的網路連接性和節點中心性(蜜蜂在社交互動網絡中的良好連接程度都會降低)。

蜜蜂會為了防疫而改變跳舞的位置,但也會為了資訊傳遞的效率不得不靠近容易被傳染的幼蟲。圖/Pixabay

揪甘心!遭寄生的蜜蜂獲得更多支援

研究人員在實驗中發現,有瓦蟎組中的蜜蜂接受社交梳理的次數增加,這是符合團隊推測的結果。不過與無瓦蟎組相比,在有瓦蟎組中觀察到的觸角接觸和交哺行為卻都增加了。實驗團隊推測,或許是因為觸角接觸可以放出巢穴中有寄生蟲的資訊,同時,感染了寄生蟲的蜜蜂,需要透過吸收更多營養來強健體魄、對抗寄生蟲,進而除去身上的寄生蟲。

看到這裡我們可以發現,蜜蜂對於蟎蟲的存在其實缺乏明顯的組織免疫策略,有蟎組的蜜蜂社會凝聚力並沒有降低,而且與其他蜜蜂相比,被瓦蟎感染的蜜蜂個體在社交網路中的地位也沒有降低,反而受到了更多的照顧。或許是因為,若過度劃分與受感染蜜蜂的互動,可能會導致蜜蜂社會的混亂,以及工蜂勞動力的流失。

雖然目前的實驗與推測沒有非常強力的證據支持,但至少可以看出,昆蟲的社會免疫策略還是會產生變化,並且這些變化在昆蟲社會中不同年齡或階級相互作用的重要性。

當然,前述蜜蜂的防疫策略,在昆蟲的行為與階級都擁有特定表現的基礎上,更有利於調整社會結構的特定變化(例如空間、頻率等),又能同時保持群體內的互動,更能讓昆蟲個體在利用社會行為好處的同時,盡可能將傳染病的特定風險降至最低,而或許對蜜蜂群體來說是利大於弊。

昆蟲個體既要維持對族群的貢獻,又要避免將疾病傳染給同伴。圖/Pixabay

畢竟,為了防疫所造成的社會疏遠對於所有群居動物來說代價肯定都相當高昂,這從 2020 年持續至今的 COVID-19 病毒來看更加明顯。人類在這樣的過程中要如何去拿捏利弊,基於人類社會的複雜性可能造成牽一髮動全身的成果,或許不同人、社會與國家都會有不同的想法與做法,而不像昆蟲行為能夠如此單純。但至少我們可以確定,就像蜜蜂群體的發展一樣,遲早會有一個平衡。

參考資料

文章難易度
Fisher_96
5 篇文章 ・ 3 位粉絲
想藉由慢慢把知識收入囊中的方式來長大的一條魚,著迷於各種領域知識,想嘗試把困難的事情變簡單,並試著找方法讓自己跟別人都可以享受沒有目的性的吸收知識的快樂。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
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。

文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
161 篇文章 ・ 270 位粉絲
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

2

1
0

文字

分享

2
1
0
物理學家說,公車的窗戶開這幾扇才通風
胡中行_96
・2023/01/09 ・1774字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

在流感盛行的嚴冬,您可曾為了開窗與否,天人交戰?還是在搭公車的時候,選擇開走道對面的窗戶,凍死別人,造福自己?通風能降低感染空氣傳播疾病的風險,但交通工具的窗戶到底要怎麼開,才能達到最佳效果?墨西哥物理學團隊發揮所長,在 2022 年 12 月的《科學報告》(Scientific Reports)期刊上,推薦開公車窗戶的方法。[1]

公車模型

COVID-19 疫情期間,防疫資訊滿天飛。因為事關人命,「♪ 雖然我曾經這樣以為/♪ 我真的這樣認為」,並不能做為給予建議的理由。許多公衛措施的效益,例如:戴口罩和保持社交距離等,都被嚴厲地以科學的方法檢視。這群墨西哥物理學家著眼於通風的機制,想瞭解到底挑哪個位置的窗戶,打開多少扇,對公車內的空氣品質最好。當然,他們並未唱著林憶蓮的〈為你我受冷風吹〉,親自搭車實測,被風吹到掉眼淚;而是打造了一台小模型來實驗,再以電腦模擬運算。[1, 2]

公車模型:A 是風速計;S 為二氧化碳偵測器;窗戶被黑虛線框出;二氧化碳則由中央車底灌入。圖/編輯自參考資料 1,Figure 1b、8a和8b。CC BY 4.0)

他們參考一輛 9.92 x 2.5 x 2.2 公尺,地板內側離路面 0.4 公尺的實體公車,打造出約 1/10 大的壓克力模型。如圖所示,車體透明,僅窗戶用黑色虛線框出,方便觀察;裡面有二氧化碳偵測器(CO2 sensor)、風速計(anemometer);以及可裝卸的 3D 列印乘客,方便創造空車和滿載等狀態。由於假人不會呼吸,所以得從模型的中央車底灌入二氧化碳,代替真實的吐氣。測試氣流時的車速,則主要設定在每小時 50 公里。[1]

實驗項目

這個實驗從下列兩個角度,來探討通風效果:

  1. 開啟的窗戶數目:從不開窗、開 2 扇或 4 扇,到全部開啟等,都嘗試一輪。[1]
  2. 窗戶的位置:一般常見的公車,窗戶都是開在車體兩側,也就是乘客座位的旁邊。不過,科學家在模型的車頭,挖了 2 個長方形的氣窗,看看這種設計的效果又是如何。[1]

實驗結果

研究團隊發現,在一般擁有左右兩排窗戶的公車上,氣膠(aerosols,又稱「氣溶膠」或「懸浮微粒」)的擴散與排出,均受車內負壓造成的吸力驅動。打開 4 扇,也就是左右各 2 扇窗戶最通風;全開也不會加快氣膠排散,或減少累積。氣流促使氣膠向車頭聚集;有些從前面離開的氣膠,會由後面的窗戶回流;而氣膠在車裡停留的時間,平均為 6 分鐘。不過,當科學家拿出他們改造的新型公車,馬上就超越了傳統公車開 4 扇窗的成效。[1]

有別於市面上常見的款式,這種新型公車的前方擋風玻璃,靠近車頂處,多了兩個氣窗。如下圖所示,公車移動時,前方氣窗會進氣,產生一股推力帶動通風,而不再仰賴車內負壓的吸力。空氣從前方灌入,通過座位區域,再由車尾原本就設在兩側的窗戶出去;不像開 4 扇的,氣流無法完全貫穿車體。[1]

左:一般有兩排窗戶的公車;右:車頭設氣窗的新款公車。圖/參考資料 1,Figure 1c(CC BY 4.0)

以公車滿載 50 人的狀況為例,車速每小時 50 公里時,新款公車內的通風換氣速率,為每人每秒 100 公升;遠高於英國急難科學顧問團(Scientific Advisory Group of Emergencies,簡稱SAGE),在 COVID-19 疫情期間建議的 8 至 10 公升。就算行車速度只有每小時 9 公里,也還能符合 SAGE 的標準。同時,車內氣膠的總量減少,在車速每小時 50 公里的狀態下,滯留的時間降至 50 秒。[1]

公車向左行駛時,開不同窗戶的通風情形。影/參考資料 1,Supplementary Information 2(CC BY 4.0)

尚待研究的變因

既然新款公車這麼通風,何不趕快上市?上述實驗未涵蓋的數個變因,其實仍有待探究。比方說,3D 列印的假人沒有體溫,真實的公車坐滿活人乘客時,車內的溫度可能較高。如果再考量各地天候,造成的車外氣溫差異,這裡關於氣體流動的結論,便不見得適用。[1]更何況在空氣污染嚴重的市區,開窗搞不好會弄得灰頭土臉,大概也無益於呼吸功能。假如將來臺灣除了密閉且附空調的公車,也有這種墨西哥的新式車款,身為乘客的您,會想搭哪一種?

  

參考資料

  1. Alexei Pichardo-Orta F, Luna OAP, Cordero JRV. (2022) ‘A frontal air intake may improve the natural ventilation in urban buses’. Scientific Reports, 12, 21256.
  2. 滾石唱片ROCK RECORDS(01 JUN 2012)「林憶蓮Sandy Lam【為你我受冷風吹 Suffer for you】Official Music Video」YouTube.
所有討論 2
胡中行_96
84 篇文章 ・ 31 位粉絲
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。

0

4
2

文字

分享

0
4
2
柔軟的導電革命:前所未見的無序高分子導體
linjunJR_96
・2022/12/30 ・1995字 ・閱讀時間約 4 分鐘

只有金屬會導電?

怎麼樣的材料能導電?這個問題的答案或許將永遠改寫。

怎麼樣的材料能導電?金屬?這個問題的答案或許將永遠改寫。圖/pexels

芝加哥大學的研究團隊發現了一種新的合成材料,擁有塑膠般柔軟的非晶體結構,同時又有金屬般的導電性質。

講到導體,首先會想到的是老字號的金屬家族。金銀銅鐵這類材料是由單一金屬原子排列成整齊的晶格,自由電子可以穿梭其中。大約從十八世紀開始,科學家便知道常見的金屬可以用來傳導電荷,並將物質分為導體和橡膠這類的絕緣體。利用金屬電纜和元件,人們打造了公共電力網和電力火車頭,將人類社會帶進了電氣時代。

利用金屬電纜和元件,人們打造了公共電力網和電力火車頭,將人類社會帶進了電氣時代。圖/pexels

相隔許久後,二十世紀後半幾次意外的實驗讓科學家發現聚乙炔這種高分子聚合物在摻雜了些許碘原子之後,也能表現出良好的導電性。這完全顛覆了人們對於導體的認知:

原來除了金屬材料之外,塑膠聚合物也可以作為導體。

和傳統無機材料比起來,導電聚合物的製程簡單便宜,也有較好的可塑性,被俗稱為「導電塑膠」。這種突破性的材料帶來了新一波的電子產品,像是有機發光二極體(OLED)螢幕、有機太陽能電池、以及有機半導體科技等等。

儘管有著導電塑膠的響亮名號,但是導電聚合物和金屬導體一樣,都有緊密整齊的晶格結構,讓特定能量的電子可以順暢地流通。事實上,現代的固態理論認定固態材料必須要有這些整齊排列的晶格,才能有效地傳導電力。像是玻璃、黏土、橡膠這些結構無序的非晶體材料則肯定無法導電。

從左到右分別是有序的晶體、無序的非晶體、和氣體。圖/ Encyclopædia Britannica

再一次超越想像,無序材料也能導電

不過芝加哥大學博士生 Jiaze Xie(現為普林斯頓大學博士後研究員)近期發現了另外一種可能性。他選擇了 TTFtt 這種高分子作為嘗試的目標。TTF 結構本身在數年前就已經被發現可以作為導電高分子的組成單元,但因為合成技術困難,並沒有受到研究圈的關注。Jiaze Xie 將鎳原子鑲在碳原子和硫原子組成的長鏈上,合成出全新的 NiTTFtt,開始了一系列的實驗。

在實驗室中,NiTTFtt 展現了不錯的導電性。但最令人驚訝的是,X 射線繞射結果顯示它的分子結構是無序的,沒有整齊的晶格結構。它是一種理論上不該存在的「無序高分子」導體。

事實上,NiTTFtt 的質地就像是小朋友的玩具黏土一樣,只要將一坨 NiTTFtt 黏在電路上,就可以開始導電。這表示它有著幾乎無人能敵的可塑性。除此之外,它還十分的穩定。實驗人員將它加熱到攝氏兩百多度、放在潮濕的空氣中幾十天、在它身上滴強酸強鹼,想盡各種方式考驗它,但它的導電性在各種條件下幾乎都能保持穩定,顯示其實際應用的潛力不容小覷。

這種被現有理論排除的材料為什麼有辦法存在呢?研究團隊利用掃描式電子顯微鏡和 X 光繞射的探測結果建構出了下圖的原子結構模型,企圖對這種前所未見的材料提出解釋。

每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元,他們首先組成長長的一維長條。圖/參考資料

以每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元。他們首先組成長長的一維長條(左),平行堆疊成千層派一樣的結構(中),並橫向排列形成立體的材料(右)。注意到每個長條排列的方向雖然一樣,但是並不需要有規律的秩序。

透過理論計算和電腦模擬,研究團隊發現長條之間即使經過平移或是扭曲,電子活動的範圍還是能維持足夠的重疊,讓電子能夠穿過不規則排列的千層派結構。也就是說,NiTTFtt 的特殊原子結構使得其導電性能在非結晶結構下屹立不搖。

獨一無二的特性,或許可以帶來更多的突破

NiTTFtt 獨一無二的材料性質顛覆了固態物理的既有認知,讓這份研究登上了《自然》期刊。由於電子產品是如此無所不在,任何關於導電材料的發展都會帶來無限的可能性。NiTTFtt 的可塑性以及耐溫耐濕耐酸鹼的超人特性開啟了許多傳統導體無法想像的機會。

研究團隊向全世界示範了有機分子只要有適當的結構,就可以在非結晶排列下維持金屬般的導體性質。他們也期待「無序高分子」導體能夠像金屬導體和導電聚合物兩位大前輩一樣,為人類社會帶來革命性的科技突破。

參考資料