0

5
1

文字

分享

0
5
1

從零打造「MIT迷你潛艇」——專訪中山大學水下載具研發中心主任王朝欽

科技大觀園_96
・2022/01/11 ・3874字 ・閱讀時間約 8 分鐘

想到臺灣的「海洋文化」你會先聯想想到什麼呢?是海灘、衝浪、潛水,還是漁船、海鮮、跑船?有發覺幾乎都是「海上」的關鍵字嗎?但其實,海面下藏著許多常人難以探勘的資源,例如可作為替代能源的「可燃冰」、難以開採的「稀土礦」,抑或是深海生物觀測或是海底考古等等,都是極具發展潛力的水下事業。也因此,世界列強早已投入鉅資開發水下載具技術,期望從海底世界找到更多可能性。

而在王朝欽教授的領導下,由中山大學水下載具研發中心所開發的「第一代雙載水下載具(Two-person manned underwater vehicle, MUV)」,今年終於成功踏出指標性的一步!

中山大學水下載具研發中心所開發的「第一代雙載水下載具」。圖/中山大學提供

從無到有打造水下載具,臺灣跨出第一步!

第一代雙載水下載具被媒體廣泛稱為「MIT 迷你潛艇」,但其實我們的「MIT 迷你潛艇」(MUV)和一般所認知的潛艇是截然不同的水下載人載具,「講的簡單一點,裡面有廁所的是一般熟知的潛艇,沒有廁所的叫做『迷你潛艇』,而我們這次做出來的是後者。」王朝欽教授指出,雖然與自造潛艇還有一段距離,「但臺灣目前能獨立製造 MUV,其實是非常不容易的事。」

臺灣原本就有海洋及造船相關科系,但只要牽涉到水下載具這類需要涉及跨領域整合的製造需求,通常都只能向外採購,開發的技術和工具都只能仰賴國外進口,成本相當高昂,如今我們可以自己從無到有做出一台載人水下載具,即使還不完美,但至少讓世界知道臺灣在海底領域已經跨出了關鍵的一步,「未來在海底世界我們不會缺席!」

「臺灣有造船的技術,但水上載具跟水下載具是完全不同的世界。」王朝欽教授表示,自 2018 到 2021 年,這台MUV從「構想」到「成功下海」可謂漫漫長路。由於製造經驗是零,光是畫設計圖就耗時一年。過程中團隊不斷向海外專業團隊及友人請益,是非常重要的經驗累積。

由於缺乏製造經驗,第一代 MUV 光是畫出設計圖就耗時一年。圖/中山大學提供

從無人「動力航行測試」到載人「固定深度航行」

今年 MUV 的研發已經進入中後段的測試與調整階段,中山大學水下載具研發中心已於 2021 年 1 月完成了在台南港的「無人動力航行測試」,並在此次測試中,完成了垂直、水平及下潛到水深 8 米的深度,接著上升回海面等等的動力航行測試。這也意味著,MUV 在水下的行動能力已經完備。

接著於 2021 年 9 月於高雄港完成更進階的「載人入艙」測試,除了測試載人後的艙體維生系統運作外,也完成了「固定深度航行」的機能測試;此次測試的成功,也代表著未來科研人員在艙內可以不用一直分心去控制載具的深度,能夠更順利的進行科研活動。不過王朝欽教授表示,台南港與高雄港算是比較平靜的水域,下個階段團隊將前往更真實、更多狀況的海域進行測試。

2021 年 9 月,中山大學團隊於高雄港完成更進階的「載人入艙」測試。圖/中山大學提供

小琉球測試,從真實世界繼續經驗累積

在訪問的當下,王朝欽教授已經帶領團隊完成這次移師小琉球海域的「載人入艙實海測試」,並且很坦白的和我們分享測試第一天發生的問題:「下水不是每一次都成功,失敗的時候就要去知道發生什麼問題。」

而這次到小琉球的實驗,是先由艙外潛水員進行艙外控制操作,到達指定的深度後,進行海中的動力航行測試(垂直、水平航行以及定深航行)。考量到深度超過 50 米的海域海流比較強且難以預測、風險較高,所以選擇在深度 20 米以內的近海海域執行測試。

為了將 MUV 移至小琉球沿海的測試地點,首先必須先雇用拖船將 MUV 帶到定點,但由於搭載 MUV 的母船吃水較深,無法一口氣將 MUV 載至測試海域,因此還得另外租用中型船將艙體移至深度 20 米以內的近海海域。另再加上指揮船與戒護艇,光是單次的實海測試就足足出動了四條船。

王朝欽教授表示,在第一天的測試過程中就發生了動力失效的問題,但團隊事後也迅速找出了發生問題的原因,原來是外部的控制面板可能因為壓力差與結構問題產生裂痕後進水,進而影響到動力系統:「團隊在迅速調整後第二天就可以正常執行任務了。」

「工程就是這樣,我們設計時會考量許多因素,但現場執行肯定還是會有狀況,在測試中修正問題——就是工程的作法。對於這次的發現(指控制面板進水)其實也算是出乎意料,面板上的裂痕竟能造成這樣的結果。」然而,每次的失敗都是學習機會,失敗的經驗正是團隊累積成長的養分,而這次小琉球海域的實測狀況,正是打造MUV一路走來的真實寫照。

一張含有 天空, 室外, 運動, 游泳 的圖片

自動產生的描述
這次的小琉球實海測試,由艙外潛水員進行艙外操作,在深度20米的近海進行動力測試。圖/中山大學提供

MUV 開發的最高守則——安全第一

談到在研發過程中必須克服的問題,王朝欽教授指出:「在海底可能什麼都看不到,不但艙體要設計防撞、操控面板也必須易於操作,通信系統得隨時暢通,而且一定要有備用電力設備。只要牽涉到水下,連零件工法錯誤都會造成極大風險,畢竟是要載人的載具,必須更加謹慎。」

王朝欽教授舉例,在今年 9 月高雄港的測試中,研發團隊發現艙蓋有滲水的問題,經過調查發現,原來是艙蓋中金屬交接處的橡膠環在製作工法的問題。原本團隊是採用像繩子「頭接尾」的成環方式,這種方式的接口就是滲水的原因,最後團隊將橡膠環更改為一體成形的環型結構,才解決了滲水問題。

除了載具硬體設計外,專業操作人員的訓練也非常重要,除了學習操作載具外,工程師與操作員還必須忍受待在密閉的小空間裡執行任務長達數小時,需要強韌的心理素質,「你能想像把自己關進一個鐵牢籠好幾個小時不出來嗎?我自己進去六七分鐘就快受不了了,這真的是要很有愛與決心才能辦到。」

一張含有 室內 的圖片

自動產生的描述
水下載具的操作員操作員必須忍受待在密閉的小空間裡執行任務長達數小時,需要強韌的心理素質。圖/中山大學提供

為了讓操作員的身心狀況維持在健康狀態,研發團隊也必須考量到水下載具的舒適度與穩定度,因為光是濕度沒控制好,就可能會發生艇內起霧的現象,而這些變化都可能造成操作員的情緒波動,進而影響駕駛安全。

王朝欽教授表示,在開發與設計的過程中,人員的安全是最高指導原則,所以載具本體防護、通訊系統及逃生機制,都是水下載人載具設計時不可或缺的環節。

王朝欽教授和我們分享了 MUV 逃生系統的四層設計。最基礎的是「動力上浮系統」,藉由機身上的推進器將水下載具推往水面;第二層是「急速氣囊系統」,藉由讓氣囊快速充氣使 MUV 增加浮力浮上水面;第三層則是「快卸系統」,藉由把機身上的配重卸除,來幫助機體可以順利上浮。

但如果以上三者都失效,還有第四層逃生設計,當緊急狀態發生時,機體內的電力與維生裝置可以持續運作 72 小時,讓操作人員在海中等待救援。

不管做什麼,勇敢踏出第一步最重要!

當初王朝欽教授只是私下喜歡海上活動,專精 IC 設計的電機系教授,受到當時中山大學海科院院長王兆璋教授(現任國研院臺灣海洋科技研究中心主任),以及海下所陳信宏所長的邀請,便一腳跨入水下載具的開發計畫,「沒想到一走也走了三年多。」王朝欽教授表示,在這個計畫中大家都對海洋科研非常有愛,畢竟水下有人載具領域在資源有限的情況下,一路走來真的不容易。

針對給學子們的職涯建議,王朝欽教授表示,最重要的是找到熱情所在,並且勇敢堅持下去。圖/呂元弘攝

他特別感謝中山大學鄭英耀校長的大力支持,沒有當初校長的支持,計畫不可能走到現在。另外王朝欽教授也非常感謝中信造船集團與韓育霖總經理,二話不說全力支援 MUV 的艙體製作,還有國研院臺灣海洋科技研究中心的勵進號全體船員的配合與支持海域實驗,「沒有大家的支持,就無法有現在的成果,所以除了感謝還是感謝。」

對於目前正在求學的莘莘學子,王朝欽教授建議要先找到自己有熱情的領域,以他目前從事的水下載具研發為例,需要跨領域整合各種技術,因此不是只有電機的人才能入行,「就看你要怎麼切入你有熱情的領域。」不過王朝欽教授強調,最重要還是擁有熱情,然後勇敢地踏出第一步,然後持續堅持下去。

王朝欽教授在訪談最後指出:「人活到最後通常會後悔的都是『沒做什麼』,而不是『做了什麼』,所以去尋找自己有熱情的事,是自我成就最關鍵的一件事。」

文章難易度
科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1109 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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

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

0

5
0

文字

分享

0
5
0
自主式水下載具的未來:可在海中追蹤魚類的「仿生魚」
科技大觀園_96
・2022/01/18 ・3134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。

地球地表有 70% 被水體所覆蓋,但湛藍水面下的廣袤區域卻鮮少有人類踏足,水中的壓力、密度與溫度變化更構成許多潛在危險。而水下載具便提供相對安全的方式協助人類進行水下活動,早期遙控式水下載具(Remotely operated Vehicles,ROV)主要執行「粗工」類型的工業活動,母船以纜線供電並傳輸資訊給載具,對操作靈活度、節能的要求較低。直到近年水下載具逐漸被賦予水下探勘、調研等任務,在大範圍移動前提下,開始發展無纜線的自主式水下載具(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)。但AUV在海中移動同樣會受到操作靈活性的挑戰,並且缺少纜線供電使得節能也成為一大難題。

自主式水下載具
自主式水下載具。圖/wikipedia

針對水下載具的限制,臺大工程科學及海洋工程學系郭振華教授便指出,若能研發出仿生魚,模仿在水中長期演化的魚類的力學系統—即仿生型自主式水下載具(Biomimetic Autonomous Underwater Vehicle,BAUV)。將有助於克服現行水下載具在海中所遭遇的節能與操作限制。

一般水下載具面對的挑戰:靈活度與節能

一般 AUV 以剛性機體搭配螺槳作為驅動,在活動時會受到許多挑戰與限制—(1) 靈活度:螺槳驅動的載具無法做到靈巧的迴旋,而淺水層或近岸水流通常較為強勁,更不利於剛性高的 AUV 活動。(2) 螺槳潛在故障風險:海洋垃圾與水生植物可能捲入螺槳導致故障。(3) 能源使用效率:螺槳驅動載具過於耗能,使得載具活動時間受限無法長期在水下獨立作業。

郭教授也提到,BAUV 吸引人之處在於近岸作業時非常好用。一般 AUV 受限於環境與自身結構的限制,在近岸作業時常綁手綁腳。相較之下,BAUV 柔軟的身軀可以在狹小空間內迴旋自己的身體,並且透過擺動尾鰭、胸鰭或是排水等方式推進,沒有螺槳捲入水草與垃圾的問題。

不過,BAUV 在設計上也需要考慮諸多因素。例如,BAUV 通常以連桿原理驅動鰭片擺動,需要考慮零件彈力係數多少、擺動幅度才能接近魚鰭的擺動。此外,生物學家甚至嘗試發展人工肌肉,利用改變材料的溫度或壓力,達成材料的膨脹收縮,進而模仿肌肉纖維的伸長與縮短。但相較電動馬達,人工肌肉目前提供的力量輸出較小、速度不夠快,只適用於小型載具。而且軟性人工肌肉如何承受海底高壓也須進一步研究。

郭教授提到中國浙江大學發表於 Nature 期刊的研究,便參考深海獅子魚(hadal snailfish)的身體結構,捨棄堅硬的抗壓外殼,改以柔軟的矽氧樹脂等聚合物包裹電子零件,並有著一對大而薄的翅膀規律擺動提供動力,最終成功地在馬里亞納海溝 10000 公尺深的海底游動。

作業環境大不同:淺海與深海作業的挑戰

如同魚類適應其生活環境演化出不同型態,在淺海與深海作業的 BAUV 外型設計也有不同。淺海因為有較為強勁的海流波動, BAUV 通常接近流線型,能因應海流借力使力、做出高速的迴旋動作。郭教授以溪流中的魚類為例,在溪流中常可以看到魚類緊貼在石頭後方游動。原理便是利用水流經過石頭後形成的反向渦流,幫助牠們不費力地在流動的溪流中保持在固定位置。

反之,深海水流較小,主要的問題是密度躍層(Pycnocline)、通訊與環境偵測:

(1) 密度躍層:海水密度受溫度、鹽度與深度影響,通常密度會隨水深增加而變大,直到一定深度後,深度的影響降低。此時,密度主要受溫度與鹽度影響增加,有時會突然形成一道密度劇烈增加的水層,便稱為密度躍層。若 BAUV 無法改變自身密度,可能因浮力太大無法突破向下潛入。相反的,也可能無法有足夠的浮力向上浮出水面。

密度躍層
海水密度到一定深度後,受到溫度及鹽度的影響形成密度躍層。資料來源/Physical Oceanography 1:The physics of seawater

(2) 與水面的通訊:深海作業的 BAUV 與母船間可能相隔有數公里厚的水層阻斷電磁波傳遞,使得資訊聯繫變得更加不易。儘管仍可利用通訊聲納與水面聯繫,但同樣面臨電力的限制。郭教授也提到或許載具不需要頻繁地與水面聯繫,以比目魚為例,比目魚身形扁平且長期在海底,幾乎與海底融為一體。教授指出若能設計一種 BAUV 模仿比目魚,不主動探測水面有甚麼,而是被動的接收資料與訊號,節省探測消耗的能量。直到接收到特定訊息,才啟動運動機制做出回應。另外,也可以在 BAUV 活動的範圍設置具有電磁感應接頭的海底電纜,BAUV 只要貼在電纜上便可以直接傳輸訊息與充電,更為方便與節能。

(3) 辨識周遭環境與導航:在深海無光環境中,BAUV 需要依靠聲納或是磁力感測周圍環境,但如何自主導航與定位仍是一大挑戰。因此,郭教授提到魚類在水中成群活動時,並不是依靠視覺追蹤前方的領游者,而是利用身上的體側線感測周圍流場的壓力變化,進而達成追蹤。教授近期的研究便模仿參考魚類體側線的原理使 BAUV 能夠追蹤前方的領游者。

神奇的設計讓仿生魚能自主追蹤其他魚類:模仿魚類的體側線

深海大部分魚類雖然視覺已經退化,但在掠食者靠近時仍然能快速地閃避。而淺海常可見到魚群快速地變換,形成螺旋等幾何圖案。這些行為部分仰賴的便是魚身上的體側線細胞,以纖毛感測水流加速度與壓力梯度變化,進而辨別周遭環境的變化。

近年,研究者們也嘗試模仿魚類體側線原理讓 BAUV 得以感知並與周遭環境互動。體側線的模仿可利用微晶片技術,搭配類似纖毛的感測元件達成。另一種則是現成的壓力感測器,以壓電材料將壓力變化轉為電壓。以此原理透過排列於 BAUV 體表的壓力計陣列感測,並反推出壓力源頭加以分析是否遭遇地形障礙,或有其他移動的物體正在靠近。

近期研究中,郭教授的團隊也以模仿魚類體側線的方式,透過側線的排列與偵測方程式的推算可以得出前方壓力源位置的方式,協助 BAUV 追蹤前方的領游者。結果發現當領游者位於 BAUV 前方一定角度扇形區域內時,對於領游者(壓力源)的跟隨與定位最為準確,這項發現也與現實中魚類追蹤行為的統計數據一致。

金魚的體側線
金魚的體側線。圖/wikipedia

不過,郭教授也提到體側線感測原理的限制,一般魚群群游時個體如此緊密相鄰,部分可能肇因於體側線有效感測的距離限制,其感測的水壓變化頻率較低、無法遠距離傳遞。因此若要使用水壓做導航,必須與相鄰的魚群靠得非常近。

未來展望

提到 BAUV 未來的發展目標,郭教授說,BAUV 在近海、淺水等水流強勁的區域能達成傳統 AUV 所做不到的操作,並能克服螺槳驅動載具的風險。甚至能利用海流或旋渦的水流「借力使力」,以較少的能量運作。除了近海作業,BAUV 也被看好能應用於海底探勘,節能的優點使 BAUV 能大範圍的蒐集資料,高度的靈活性也能幫助其閃避障礙物,研究結果可以應用於民生與國防用途。

例如,郭教授本次受訪前便剛結束黑潮發電的海上調研工作,未來若能以 BAUV 調查海洋渦流與季節、地域等變因間的關聯,更能有利於研究者以及政府做出有效率的決策。

參考資料

科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1109 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

3

7
1

文字

分享

3
7
1
中山大學研發「奈米盾」噴霧,阻隔空氣中新冠病毒
泛科市集的B編_96
・2021/07/20 ・1467字 ・閱讀時間約 3 分鐘

面對疫情,如何消滅病毒無疑是這場戰役中重要的一環。除了歷史悠久的酒精、次氯酸、臭氧、紫外光等消毒方式之外,在這波疫情中,也衍生出了專門對抗 SARS-CoV-2(也稱新冠病毒)的方法。

中山大學醫學科技研究所副教授楊閎蔚研究團隊 利用蛋白質技術,成功製成了可以阻斷 SARS-coV2 以「氣膠形式」傳播的懸浮粒子,並將這種懸浮粒子命名為「奈米盾」(AirParma)。

目前中山大學已將技術授權給科研創業計畫衍生新創公司「臺灣納諾帕瑪股份有限公司」(NanoParma Biomedical) ,並進入量產、銷售階段。

圖/中山大學提供

氣膠為疫情重要的傳染途徑

「氣膠」是一種懸浮於空氣中的「微小液滴」或「顆粒物質」,人們平時講話、唱歌、咳嗽,甚至是呼吸時,就會釋放出許多大小在 5 微米以下的氣膠;而當 COVID-19 感染者進行這些呼氣動作時,病毒即可透過氣膠釋放到環境中。

根據目前為止各類研究證據,包括實地空氣採樣量測分析、流行病學統計、臨床及動物實驗以及氣動力學模擬等研究結果,WHO 在今年 4 月 30 日正式承認「氣膠傳播」也是 COVID-19 重要傳染途徑。

自疫情爆發以來,許多層出不窮的超級傳播者事件,都是以氣膠傳播為重要傳染途徑。因此,如何減少環境中的氣膠懸浮病毒傳播更是當務之急。

人們平時講話、唱歌、咳嗽,甚至是呼吸時,都會釋放出氣膠,成為新冠病毒傳播的路徑。圖/envato elements

雖然市售的酒精噴霧、次氯酸水或者臭氧製造機等能夠對抗新冠病毒,但這些化學物質卻因容易造成黏膜刺激、皮膚刺激、甚至較為嚴重的過敏等不良反應,所以比較適合以噴灑擦拭的方式使用、無法長期分散於空間中累積有效濃度,於是也就限制了它們對抗空氣中病毒傳播的效力。

ACE2為病毒感染的重要關鍵

在這樣的狀況下,中山大學醫科所副教授楊閎蔚率領材光系許盈培、生醫所李南熺、龎浩翰 3 名博士生,組成跨系所研究團隊,以防空系統為發想藍本,成功利用重組蛋白質技術研發「奈米盾」懸浮粒子,與氣膠中的新冠病毒上的棘蛋白受體結合域(receptor binding domain, RBD)結合而使病毒沉降。

圖/中山大學提供

楊閎蔚副教授表示,奈米盾懸浮粒子經測試,能在 30 分鐘內結合空氣中 40% 至 60% 懸浮的新冠病毒粒子,使其無法與細胞上第二型血管收縮素轉換酶 (angiotensin converting enzyme II, ACE2)受體結合,來降低病毒在空氣中傳播的風險。

目前已知冠狀病毒表面的棘蛋白會與宿主細胞表面的 ACE2 結合,並藉此進入宿主細胞。因此,理論上能夠透過阻止 SARS-CoV-2的棘蛋白與 ACE2結合,便能抑制病毒進入宿主細胞,進而產生感染。《Science》也曾報導,不同人對於感染 SARS-CoV-2 的難易之所以會有差異,可能與 ACE2 的表現有關。

中山大學研發團隊強調,「除了社交距離、濾網、口罩等較為被動的防禦措施外,『奈米盾』防疫噴霧是更主動的防疫手段。」

「奈米盾」主要適合的應用場景,是機艙、車廂、室內密閉空間等環境,在飛航期間、防疫旅館、防疫專車、商務會議、餐廳飲食等高風險場域皆可派上用場,即時捕捉空氣中的新冠病毒。目前「奈米盾」已經進入量產、銷售階段,並將於近期加入防疫陣線,期待能作為防空飛彈,為新冠病毒防疫再下一城。

所有討論 3
泛科市集的B編_96
5 篇文章 ・ 461 位粉絲
我是負責泛科市集的B編。 希望能成為大家最科學的購物小幫手!泛科市集是泛科的電商平台,我們精選的商品以善用科普觀點出發,同時具創意、設計感、趣味性等多重元素為主軸,快來與我們打造科味滿滿的生活!歡迎大家到 LINE 跟我一起聊科學~