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水鑽不是鑽石也不是水晶,是玻璃

dr. i
・2013/01/18 ・767字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 486 ・五年級

(圖:Swarovski)

日前廣州市工商局對國際知名珠寶品牌施華洛世奇 (Swarovski) 要求下架,因為業者在當地聲稱他們的產品是天然水晶,卻被檢驗出是人造水晶。台灣媒體一聽到這個消息也馬上去訪問台灣的業者,標題下的非常矚目,像是《施華洛世奇水晶「人造的」》《施華洛世奇水晶「人造的」遭下架》。看了這些報導,除了知道施華洛世奇非天然水晶之外,很多消費者還是不知道天然水晶和人造水晶的差別在哪裡,還有市面上常見的「水鑽」和「水晶玻璃」到底又是什麼?

水鑽 = 水晶玻璃 = 人造水晶

(圖:維基百科)

「水晶(Crystal)」這個名詞其實原本是指天然的結晶石(如石英),它的結構可以是像上圖左方一樣有規則的排列(稱作「單晶」),或是像中間的結構,排列雖然規則但是有許多不同的介面(稱作「多晶」)。

但是,「水鑽」和「水晶玻璃(Crystal Glass)」的結構看起來則像圖中的右方,和玻璃一樣沒有固定的規則性,因此要說他們是玻璃的一種也是可以的,理所當然他們也都是人造的。也因此,水晶玻璃可以用在製作器皿,尤其它可以做的比一般玻璃還要薄,聲音也清脆所以受大眾喜愛。原因是因為材料內涵了其他礦物質和石英在內。

報導中的廠商品牌其實是從一個奧地利玻璃工廠起家,所以他們的引以為傲的核心技術在於用特殊的成份比例來製造玻璃,自然也不用去藉由混淆消費者的認知來賺錢,而是在美感上創造價值。不過,現在普遍把「水晶玻璃」稱作「水晶」的確是令人容易混淆。因此身為消費者的您我要知道「水鑽」和「水晶玻璃」都是人造的,而且比起鑽石或水晶,它們更像是玻璃!

轉載自 :: dr. i ::  新發現 | 新科技 |  新生活 |  新藝術 欲轉貼請註明文章出處

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小時候的啓蒙師父是小叮噹,偶像是馬蓋先,並崇拜發明燈泡的愛迪生,當時志向是發明會飛的車。在歐洲旅居十二年後回台灣,目前投身科技與藝術的跨界整合以及科學教育和傳播,現任國立台灣師範大學科技與文創講座兼任助理教授。dr. i 一輩子最大的幻想,是能夠使用時光機和隱形風衣。如果您恰巧擁有其中一項,請拜託用以下的連絡方式連絡!http://facebook.com/newartandscience

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用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—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 ・2882字 ・閱讀時間約 6 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 年美、法、英、澳及歐盟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,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

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
帕克斯洛維德
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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先別管3C科技了,讓我們來聊聊科學吧!
dr. i
・2015/03/11 ・1450字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 555 ・八年級
相關標籤: dr. i (18)

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

(本文同時刊載於 dr. i 部落格 和 Facebook

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圖片來源:Sandia National Laboratories

還記得小時候你對很多大自然的現象抱有強烈的好奇心,例如星星為什麼會發光?夕陽為什麼是橘色?冰塊為什麼會熔化?長大之後,好奇的卻是新款iPhone有什麼新的功能?最近有什麼新的App好用?奧迪最新款的汽車有什麼特殊的性能?

「科學」變成一個遙遠的概念,而「科學家」像是科幻片中才會出現的人類。

這個國家的科學發展出了很大的問題,造成民眾對於科學的冷感和不了解,而民眾對於科學的冷感和不了解,讓民意代表以致於政府,對於科學研究的不重視。

科學和科技是不同的

一般人分不出「科學(Science)」和「科技(Technology)」有什麼差別。科學重的是概念、態度和方法,通常從大自然的物性或現象為出發點去思考,好比說星星為什麼會發光這個問題,就是一個科學問題。而科技則是從工具或技術面為出發點,重的是性能和效率,好比說為了研究星星為什麼會發光,科學家會用天文望遠鏡來觀測遠的星星,望遠鏡的波長和解析度要如何最佳化,就是科技問題。

科學並不受工具和技術的限制,換句話說,它的出現是在考慮用什麼技術和工具之前;一個科學的研究,會包括科技工具的使用,科技其實是科學的副產物。

所有科技,最初都是從科學研究的過程中延伸出來的,最切身的例子就是,網際網路(WWW)和雲端系統(Cloud Computing),這兩者都是從歐洲核子研究組織CERN所研發出來的科技,目的分別是為了能夠分享數據資料給起它科學家,以及利用分散的電腦資源來分析處理龐大的實驗數據(當然就是現在所謂的「大數據」)。後續因有人把它們商業化,才演變成為與人密不可分的生活產品。然而,很重要的事情是,專利的申請都發生是在商業化之前或在最開始,掌握了專利,等於掌握了主導這項科技的能力。

科學是國家發展的基礎

科學研究所延伸出的科技能改變人類的生活,也能讓一個國家的產業興盛,領先全世界。一個國家如果不重視科學研究,就只能去學習其它國家的技術,回來做微小的改進,這比起從無到有的突破性發明,是完全不同的概念。

台灣從40年前開始靠高科技產業讓經濟迅速起飛,原因是我們比起其它亞洲國家早和西方國家接軌,加上人力成本低的因素,而這些條件早已經不存在。如果要突破現狀,國家的發展策略必須要回歸到最基礎的層面,培養好的科學環境和人才,才能讓科技產業能夠永續和長遠地發展下去。

科技部?科學部?

2014年中華民國政府將原「國家科學發展委員會」(通常簡稱為「國科會」)升級為「科技部」,但是就我來看,從字面上意義來說卻是矮了一截,這也反映出政府重視「科技」大於「科學」(反而英文名稱「Ministry of Science and Technology」比較完整地包含了科學和科技兩項)。以美國為例,他們掌管基礎科學和應用科學(包括科技和工程,除了生物和醫學之外)研究預算的最高行政和審議單位為「國家科學基金會(National Science Foundation)」。請注意,他們用的是「科學」兩字,甚至沒有「科技」。因為他們很清楚一點,沒有紮實的科學發展,不會延伸出能夠改變人類生活的科技。我反倒支持科技部能夠改名為「科學部」。

從歐洲回國後我發現,台灣有很多好的科學家,不是沒人才,而是政府資源的分配和產業策略發展的方向有問題,以致於大學教授們所提的研究計劃方向多趨保守,因為太前瞻的計劃內容容易被否決,多數看到的提案都是以改進現有的某種工業製程為目標,這和許多其它產業所面臨到的困境,即投資人追求短期回收和短視近利是一樣的。

聽起來蠻慘的,有沒有救?我認為是有的,就從多認識科學,多談科學起。它比你想像中還更接近生活,更有趣!

dr. i
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水鑽不是鑽石也不是水晶,是玻璃
dr. i
・2013/01/18 ・767字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 486 ・五年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

(圖:Swarovski)

日前廣州市工商局對國際知名珠寶品牌施華洛世奇 (Swarovski) 要求下架,因為業者在當地聲稱他們的產品是天然水晶,卻被檢驗出是人造水晶。台灣媒體一聽到這個消息也馬上去訪問台灣的業者,標題下的非常矚目,像是《施華洛世奇水晶「人造的」》《施華洛世奇水晶「人造的」遭下架》。看了這些報導,除了知道施華洛世奇非天然水晶之外,很多消費者還是不知道天然水晶和人造水晶的差別在哪裡,還有市面上常見的「水鑽」和「水晶玻璃」到底又是什麼?

水鑽 = 水晶玻璃 = 人造水晶

(圖:維基百科)

「水晶(Crystal)」這個名詞其實原本是指天然的結晶石(如石英),它的結構可以是像上圖左方一樣有規則的排列(稱作「單晶」),或是像中間的結構,排列雖然規則但是有許多不同的介面(稱作「多晶」)。

但是,「水鑽」和「水晶玻璃(Crystal Glass)」的結構看起來則像圖中的右方,和玻璃一樣沒有固定的規則性,因此要說他們是玻璃的一種也是可以的,理所當然他們也都是人造的。也因此,水晶玻璃可以用在製作器皿,尤其它可以做的比一般玻璃還要薄,聲音也清脆所以受大眾喜愛。原因是因為材料內涵了其他礦物質和石英在內。

報導中的廠商品牌其實是從一個奧地利玻璃工廠起家,所以他們的引以為傲的核心技術在於用特殊的成份比例來製造玻璃,自然也不用去藉由混淆消費者的認知來賺錢,而是在美感上創造價值。不過,現在普遍把「水晶玻璃」稱作「水晶」的確是令人容易混淆。因此身為消費者的您我要知道「水鑽」和「水晶玻璃」都是人造的,而且比起鑽石或水晶,它們更像是玻璃!

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科學家意外發現的晶體與它的藝術美學
dr. i
・2014/08/25 ・2812字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 531 ・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。

(本文同時刊載於 dr. i 部落格 Facebook

一個平凡的下午,工作累了捧著一杯剛煮好的咖啡走到陽台,看到的是對面大樓外牆排列得井然有序的長方形窗戶,和陽台邊的柵欄,一樣是有規律地重複著同樣的間隔。環顧我們的生活空間,好像規律性的結構無所不在,例如樑柱、磚瓦和地磚等等的各種人造物體,很容易地讓人誤以為只要是有規律的結構,一定就是人造的。而大自然中難道就不存在這樣的規律嗎?其實有的,最典型的例子就是晶體(Crystal)。

什麼是晶體?講講生活中常見的例子很多,料理中常用到的糖和鹽都是晶體,還有金屬、水晶和寶石等等。

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圖 1 鹽的晶體

意外發現不凡的晶體

一般人認為,晶體是所有固體最基本的特徵,並且是由「原子或分子按照一定的週期性,在空間排列成具有一定規則的幾何外形的固體。」至少很多教科書都還是這麼寫著。

但是在1982年的一項發現,顛覆了這個說法,而這個發現就是「準晶體(Quasicrystal)」。

1982年四月的一天早晨,當時在美國標準技術研究所(NIST)客座研究的以色列籍科學家丹.舍特曼(Dan Shechtman)在實驗室中用晶體學觀測鋁錳合金時,發現了一個不可能出現的繞射圖(圖2)。繞射圖是材料學家常用的一種技術,他們用高能量的光線像是X射線或是電子束照在晶體上,當這些光線穿透過晶體後打在螢幕上,所得到的就是晶體繞射圖,而分析它就能夠得知這個晶體的型狀和結構。

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圖2 舍特曼在實驗室所觀測到的晶體繞涉圖(左圖),分析過後可見五角形的結構(右圖)

話說回來,為什麼舍特曼所觀察到的繞射圖不可能出現呢?因為長久以來,科學家認為晶體必須要是有週期性地排列,才能延續性地填滿整個平面或空間,而如圖3所示,某些幾何形狀像是五角形是不可能週期性地排列,所以被認定無法成為晶體。而舍特曼在實驗室裡看到的繞射圖顯示晶體擁有五角形的對稱性,正是先前科學家認為不可能存在的晶體結構。

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圖3 中看的出來3、4和6角形都可以週期性地延伸,但五角形卻沒辦法。

舍特曼十分瞭解這個發現所蘊涵的意義,當下很興奮地從實驗室衝到外面走廊上,找人想要分享這個天大的消息,但是走廊上空無一人,他只好再乖乖地回實驗室做進一步地確認。接下來不管他用什麼方式去確認,證據都確實顯示了這個突破性的發現。

 排山倒海而來的質疑

shechtman
圖4 以色列籍科學家丹.舍特曼

若你以為科學界會因為舍特曼的發現而歡聲雷動,那可就大錯特錯。當時所有科學家都強烈斥駁他的實驗結果,很多人第一時間斷定是實驗出錯才有可能得到這個結果。

而接下來兩年的時間,他不斷辛苦地捍衛自己的實驗結果,並持續承受其他科學家包括同事們的批評甚至輕蔑,嚴重到當時研究機構的負責人將他趕出團隊,認為整個團隊因他而蒙羞。另一位強烈的反對者是鼎鼎大名的物理學家,並且得過諾貝爾獎兩次的萊納斯.鮑林(Linus Pauling),他到死前都公開嚴厲地反對特舍曼的研究主張。

一直到兩年後,才陸續有科學家願意接受他的發現,並提出佐證。後續研究顯示,原來該晶體的結構跟另一種數學家所發現的結構相同,叫做「潘洛斯圖案(Penrose Tiling)」(圖5)。

penrosetiling
圖5 潘洛斯圖案(Penrose tiling)

準晶體的特性

潘洛斯圖案(圖5)是由英國劍橋大學的數學物理學家羅傑.潘洛斯(Roger Penrose)所發現。這個圖案有什麼樣的特性呢?其中很重要的就是它的對稱性。

這個世界所存在的對稱性分為三種,第一種對稱是所謂的「平移對稱(Translational symmetry)」,就是把一個圖案往某方向直線移動,如果它能和原來的圖案重疊,我們就說它有平移對稱性。除了平移對稱外,還有「旋轉對稱(Rotational symmetry)」和「鏡像對稱(Reflection Symmetry)」,前者是指你可以對著某中心旋轉圖案某固定角度,它能和原來的圖案重疊,而後者是指將圖案對著一條線對折後,圖案可以重疊。所有的對稱都可以用這三個項目來分類。

很特別地,潘洛斯圖案具有「五角形旋轉對稱(5-fold rotational symmetry)」和「鏡像對稱」,但是卻沒有「平移對稱」,也就是說它沒有一般科學家對於晶體所要求的週期性。這個圖形全由兩種菱形不斷地拼接而成,而且如果有人在一個固定面積裡數這兩種菱形的數目,它們的比例會剛好趨近於著名的「黃金比例(Golden Ratio)」。

舍特曼的實驗終於漸漸地被世界各地的科學家重複,並找到相同的結論。事實上很多人曾經觀測到它,但是卻因為不相信自己實驗的結果而放棄深入追究,所以這也告訴了我們相信自己的實驗是多麼重要。

後來科學家們不只驗證了舍特曼是對的,他們更發現了自然界中更多種合金材料有著相同的結構和對稱性,為了有別於以前傳統科學家對於晶體所下的定義,他們稱這種非週期性的晶體為「準晶體(Quasicrystal)」。科學家並發現,有擁這種結構晶體的合金材料特別堅硬。

quasicrystal
圖6 準晶體材料表面的模擬圖。

這個革命性的發現改寫了所有的教科書。1992年國際晶體學協會把原先對於晶體的定義:「一個由原子、分子或離子,規律且重複性排列所組成的三維圖形」正式改為「任何具有干涉條紋的固體(Any solid having an essentially discrete diffraction pattern)」。舍特曼也因此在2011年獲得諾貝爾化學獎。

藝術與設計

造型和結構均是藝術和設計中不可或缺的元素,不管藝術家對什麼結構有興趣,它一定也被科學家研究過,反之亦然。因此,常常會看到晶體在藝術作品中出現。準晶體特別的對稱性讓它看起來不規律,但其中又暗藏著規律,是很多藝術家或設計師喜歡的圖案,也可以說是科學和藝術交匯的最佳範例。

台灣也看得到由準晶體所啓發的藝術作品。dr. i 今年(2014)在台北信義區的五星級飯店「寒舍艾美酒店(Le Meridien Taipei)」(台北市信義區松仁路38號) 內的一樓大廳,完成了一項動態光雕作品《潘洛斯之夢》,歡迎有興趣的讀者可以前去觀賞!

作品說明:「藝術家以英國天文物理學家羅傑.潘洛斯的潘洛斯圖案為發想,特地為台北寒舍艾美酒店量身設計的動態光影裝置。畫面由兩種平行四邊形所組成,圖案的律動與組合無限延伸,呈現科學與藝術的跨領域交匯,以及藝術家對宇宙間美麗定律的探索。」

Camera 360

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台北寒舍艾美酒店一樓大廳由筆者所設計之動態光影藝術(by 劉辰岫)

ostwald
皇家墨爾本科技學院(by Michael J. Ostwald)

penrose.tiles
皇家墨爾本科技學院(by Michael J. Ostwald)

參考文獻:

  1. The Nobel Prize in Chemistry 2011
  2. N. G. de Bruijn, “Algebraic theory of Penrose’s non-periodic tilings of the plane”, Mathematics, Proceedings A 84, 1, (1981)
  3. A. L. Mackay, “Crystallography and the Penrose pattern”, Physica 114A, 609, (1982)
dr. i
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