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投資集水區,何樂而不為?

李柏昱
・2013/02/04 ・1526字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

 
水淨化設施的建造與維護費用都相當昂貴,若是遇上停電或過度混濁的水亦無用武之地。圖為日本京都的淨水設施。(圖片來源:Flickr用戶Ginkgo Telegraph)

2013年1月29日,高雄市有兩萬五千多戶因為高屏溪遭受汙染而停水,需要緊急調配。而數天前,智利首都聖地牙哥的梅波河(Maipo river)則因為上游發生山崩,造成河水過於混濁,有200萬人無水可用。

這兩起大規模停水事件雖然一則是人為蓄意汙染,另一則為自然災害,但是都凸顯都市用水安全的潛在威脅。過去,水利工程思維採取的做法往往是建壩、築堤、蓋淨水廠,往往成效不彰亦不永續。

最新的做法:投資集水區的保護,能同時維護城市飲用水、支持農業發展,還能對抗氣候變遷。聽起來不可思議,究竟是如何做到的?

保護集水區的土地被認為較為永續且符合經濟效益,能確保乾淨的飲用水源源不絕。此為美國紐約州的Ashokan水庫。(圖片來源:ScubaBear68/CC by 2.0)

根據1月17日由美國非政府組織「森林趨勢」(Forest Trends)公布的《2012集水區支出現況》報告(State of Watershed Payments 2012),約2千4百億元(新台幣,下同)已經投資在全世界205個不同的集水區,中國佔其中大約91%的投資金額,是最大的投資支出國。

雖然投資金額看似天價,省下的錢卻是投資的數倍:每年全球能省下14兆元的工程建設費用與3千8百億元的營運維護費用,還不包含工程建設對農業造成的衝擊損失。

投資集水區有甚麼實質上的好處呢?「森林趨勢」的發言人寫道:「如果紐約都會區依賴人為工程來汲取與過濾飲用水,珊迪颶風造成的損失將更為可觀。在風災期間仍能持續供應乾淨、安全的飲用水,主要歸功於紐約選擇付給上游的農夫與社區百萬美元,以減少對於供應紐約市用水的湖泊與溪流的汙染;而不是選擇將這筆錢用於建立淨水廠這類可能在停電時就停擺的設施。」

不過,許多集水區的「投資」並不是實際的金錢交易,而是透過提供農民蜂箱、果樹、天然牧草等方式進行。例如,在肯亞的奈瓦夏湖(Naivasha Lake),一群由農夫、牧場主以及飯店業者組成的團體正一起為保護水源而努力。藉由資助當地小農購買高產出的作物品種,並協助提供穩定的農業灌溉用水,再增加農夫收成的同時,也能減少逕流,保持農地肥沃。

報告指出,投資集水區至今已經恢復1.17億公頃的農村土地,相當於32.5個台灣的大小!產生的乾淨用水足以注滿1座密西根湖,並大量減少因為逕流而被沖入河流與湖泊的氮和磷,避免湖泊優養化,保持農地富饒,農人能種植更多作物。

然而這只是開始,世界銀行有三分之一的貸款包含用水計畫,大多數計畫仍是建立傳統的淨水廠,而不是能同時維護水源、保護環境並為當地民眾帶來更多收益的「綠色」集水區投資計畫。好消息是,世界還有70個集水區投資計畫正在發展。

面對未來數十年的氣候變遷與人口持續往都市集中,集水區投資計畫仍需改良,例如需要進行各地的水文調查,以實施更針對性的集水區投資,好獲得更多安全且穩定的乾淨用水。

延伸閱讀:

(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威 (元智大學資訊社會所)

本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。

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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。

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讓水生生物窒息的綠色殺手——優養化│科基百科
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/03/17 ・1248字 ・閱讀時間約 2 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 民視科學再發現 委託,泛科學企劃執行。

我家門前有小河~裡面綠綠的~哇!眼前這片厚實的綠,莫非代表著無限生機?

才不!以前課本都有學過,這樣的現象稱為「優養化」,主要是由於清潔劑、肥料或穢物等等,對植物來說超級營養的物質流入河川、溪流中,而這些營養物質通常包含等元素。

然而某些熱帶地區的氾濫平原,也可能會因為季節性的洪水氾濫,而將磷酸鹽類通通帶進水裡。

這些超爆營養的物質會使得水體中的「初級生產力」增加,讓藻類啊、浮游性植物啊像發了瘋似的快速生長。

漸漸地,水體的顏色開始改變……紅色綠色黃色褐色,水裡頭總是有許多,許多顏色的彩虹燈!(大誤)

圖為一條發生優養化情形的中國河川。圖/wikimedia

優養化會讓水中的生物漸…漸…窒息……

植物一直長,那不就可以促進光合作用,生成好多好多的氧氣! \ 萬歲 /

修但幾勒!實際上的情況可以說是完全相反啊!如果優養化發生了,首當其衝的便是生物多樣性降低,整個生態系的物種結構、優勢物種全都跟著改變! 

在白天,因為植物數量大增,確實會讓水中的溶氧量增加;不過一旦到了晚上,這些藻類與依附在其中的微生物,會進行大量的呼吸作用,使得水裡的溶氧量急速下降

當溶氧量降到一定程度,水裡的魚、蝦與其他底棲類生物,便會因為缺氧而窒息死亡;如果情況越演越烈,整個水體變成「厭氧」環境的話,便會促進一些可能產生致命毒素的細菌生長,如肉毒桿菌。

讓水體溶氧急劇下降甚至促成有毒細菌生長的優養化,可謂水生生態系殺手。圖/flickr.com

從源頭做好,才是解決優養化問題的關鍵

科學家神通廣大,應該可以挽救吧?!

優養化的發生過程其實頗為漫長,等我們意識到水變得混濁,顏色也不再自然的時候,通常已經回~不~去~了!QAQ

是的,沒錯!一旦我們讓水變得營養滿分,其實很難恢復成原樣。

所以說,從源頭開始做好污水處理、營養鹽消耗,減少含氮、磷等營養鹽在水體中的含量,真的非常重要啊!

錯誤用法:如同七彩霓虹燈的水最漂釀惹ヽ(✿゚▽゚)ノ
正確用法:水流管理做得好,優養化情況自然少

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阿基米德的小發明,是螺絲界的一大步!——《轉動世界的小發明:螺絲釘與螺絲起子演化的故事》
貓頭鷹出版社_96
・2020/11/13 ・2296字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 583 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

散佈地中海各地的發明——水螺絲

水螺絲由一根直徑約三十公分、長三至四.五公尺、裝入防水木管中的巨大螺釘組成。兩端開放的木管以低角度傾斜安裝,下端則沒入水中;當一人在木管外周的防滑釘上行走,進而帶動整個裝備旋轉之際,由木管下端進入的水,便由螺絲的螺旋形分隔(也就是螺紋)向上移動,而自頂端浮現。

水螺絲的轉動緩慢,能力卻相當大(角度愈低,流動量便愈大),有人估計它的機械效率可高達百分之六十,與後來提升水位的裝置如水車及水桶運送帶相較,還略勝一籌。

後人繪製的阿基米德式螺旋抽水裝置。圖/Wikimedia common

水螺絲最早的記載,出現於西元前第二世紀,眾學者均將這項發明歸功於阿基米德。據戴奧多羅斯記載,阿基米德發明水螺絲時,還是個在亞歷山大城求學的年輕人。

這點很合理。這項裝備對於埃及的農業灌溉而言非常理想,水螺絲和大水車不同,它能夠輕易地隨處移動;它所提升的水位並不高,但應付平坦的三角洲卻綽綽有餘;而其沒有活動零件的簡單設計,則能抵抗淤泥充塞的尼羅河河水引起的堵塞。

水螺絲的科技,由埃及散布至地中海各地。水螺絲用於灌溉,但也有其他的應用,據說阿基米德曾經利用水螺絲,倒光了國王亥厄洛一艘大船底部的汙水。古羅馬人也利用水螺絲,提升市政給水系統的水位,以及為礦坑抽水。二十世紀早期,在古羅馬位於西班牙的銅礦中發現了一些保存完善的木製水螺絲。

這些長達三.五公尺、直徑約三十公分的管子,以塗有瀝青的布料包裹,並以繩索鞏固;在其內部,螺旋形的分隔則以壓成薄片的木板製成,膠著後以銅釘固定。四根像這樣的水螺絲聯合起來,能將水位垂直提升約六公尺的高度。

古羅馬水系統也利用水螺絲供給市政用水。圖/BBC

戴奧多羅斯描述:「藉著不斷地輪流打水,它們將水自礦坑口吐出,從而排乾礦坑中的水;由於這工具的設計是如此別出心裁,大量的水得以奇妙而不費吹灰之力地射出。」自從戴奧多羅斯將水螺絲與其他提升水位的古老設備,如複雜的水桶運送帶和水車等相比較之後,便對水螺絲的簡明和有效留下深刻的印象。

鼓形水車是一種相當普通的水車,為一只直徑三至四.五公尺的大型中空輪,裡頭分隔成八個餅形的隔間。隨著水車轉動之際,水流進位置最低、沒入水中的隔間,而當該隔間抵達最高位置時,便自其流出。有人提議說,鼓形水車很可能是阿基米德靈感的來源。

鼓式水車。圖/wikipedia

實際上,如果把鼓形水車的形狀拉長一點,並使其沿著中軸旋轉,它便會產生一條圓柱螺旋線。這種三維外推法雖然一點兒都不顯然可見,但對一位熟練的數學家而言,卻非難事。將水螺絲的發明歸於阿基米德的假設,還有另一則有趣事實可供佐證。

想像力真的是一種超能力

在所有的希臘及拉丁文學中,唯一一件關於水螺絲的詳細敘述(作者是維特魯維亞),明確地描述一根具有「八個」螺旋形隔間的水螺絲;而如果水螺絲是自鼓形水車得到靈感,就正該是這個數字。 維特魯維亞描述的應該是最早的水螺絲;後來的古羅馬工程師,一旦發現八個隔間並沒有任何的機械利益,還增添不少成本時,便將隔間數目降低至二或三個。

不論阿基米德的靈感是否來自鼓形水車,水螺絲是由於人類想像力才得以實現的又一則機械發明實例,和科技演進無關。想像力是個善變的東西,以古代的中國人為例,他們並不知道水螺絲的存在;事實上他們連螺絲都沒聽過,螺絲是他們不曾自行發明的唯一一項機械裝置。

1620 年費第 (Domenico Fetti) 畫作《沉思的阿基米德》。圖/Wikimedia common

另一方面,當古羅馬人發明木螺鑽時,他們已經知道螺絲的存在,卻從未了解相同的原理可以解決一則重大的鑽孔問題:深孔極易被木屑堵塞。一直到十九世紀早期,所謂的螺旋鑽才得以發明;隨著鑽錐的轉動,螺旋狀的鑽柄會自行清除木屑。

水螺絲不僅是一台簡單而別出心裁的機器,就我們所知,它也是人類歷史上首度登場的螺旋線。螺絲的發現代表一種奇蹟;原本就只有像阿基米德這樣的數學天才才能描述螺旋線的幾何結構,也只有像他這樣的機械天才,才能為這不尋常的形狀想出一個實際的應用。

如果他還是個在亞歷山大求學的年輕人時就發明了水螺絲,後來並(如我私心所想一般)將螺旋線的概念改良應用於無限螺桿之上,那我們一定要在他許多傑出的成就上面,再添加一則小小的、卻不盡然微不足道的榮銜:螺絲之父。

——本文摘自泛科學2020年11月選書《轉動世界的小發明:螺絲釘與螺絲起子演化的故事》,2020年 9月,貓頭鷹
貓頭鷹出版社_96
50 篇文章 ・ 20 位粉絲
貓頭鷹是智慧的象徵。1992年創社,以出版工具書為主。經過十多年的耕耘,逐步擴及各大知識領域的開發與深耕。現在貓頭鷹是全台灣最重要的彩色圖解工具書出版社。最富口碑的書系包括「自然珍藏、文學珍藏、台灣珍藏」等圖鑑系列,不但在國內贏得許多圖書獎,市場上也深受讀者喜愛。貓頭鷹的工具書還包括單卷式百科全書,以及「大學辭典」等專業辭典。貓頭鷹還有幾個個性鮮明的小類型,包括《從空中看台灣》等高成本的視覺影像書;純文字類的「貓頭鷹書房」,是得獎連連的知性人文書系;「科幻推進實驗室」則是重新站穩台灣科幻小說市場的新系列,其中艾西莫夫的科幻小說,已經成為台灣讀者的口碑選擇。

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投資集水區,何樂而不為?
李柏昱
・2013/02/04 ・1526字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

 
水淨化設施的建造與維護費用都相當昂貴,若是遇上停電或過度混濁的水亦無用武之地。圖為日本京都的淨水設施。(圖片來源:Flickr用戶Ginkgo Telegraph)

2013年1月29日,高雄市有兩萬五千多戶因為高屏溪遭受汙染而停水,需要緊急調配。而數天前,智利首都聖地牙哥的梅波河(Maipo river)則因為上游發生山崩,造成河水過於混濁,有200萬人無水可用。

這兩起大規模停水事件雖然一則是人為蓄意汙染,另一則為自然災害,但是都凸顯都市用水安全的潛在威脅。過去,水利工程思維採取的做法往往是建壩、築堤、蓋淨水廠,往往成效不彰亦不永續。

最新的做法:投資集水區的保護,能同時維護城市飲用水、支持農業發展,還能對抗氣候變遷。聽起來不可思議,究竟是如何做到的?

保護集水區的土地被認為較為永續且符合經濟效益,能確保乾淨的飲用水源源不絕。此為美國紐約州的Ashokan水庫。(圖片來源:ScubaBear68/CC by 2.0)

根據1月17日由美國非政府組織「森林趨勢」(Forest Trends)公布的《2012集水區支出現況》報告(State of Watershed Payments 2012),約2千4百億元(新台幣,下同)已經投資在全世界205個不同的集水區,中國佔其中大約91%的投資金額,是最大的投資支出國。

雖然投資金額看似天價,省下的錢卻是投資的數倍:每年全球能省下14兆元的工程建設費用與3千8百億元的營運維護費用,還不包含工程建設對農業造成的衝擊損失。

投資集水區有甚麼實質上的好處呢?「森林趨勢」的發言人寫道:「如果紐約都會區依賴人為工程來汲取與過濾飲用水,珊迪颶風造成的損失將更為可觀。在風災期間仍能持續供應乾淨、安全的飲用水,主要歸功於紐約選擇付給上游的農夫與社區百萬美元,以減少對於供應紐約市用水的湖泊與溪流的汙染;而不是選擇將這筆錢用於建立淨水廠這類可能在停電時就停擺的設施。」

不過,許多集水區的「投資」並不是實際的金錢交易,而是透過提供農民蜂箱、果樹、天然牧草等方式進行。例如,在肯亞的奈瓦夏湖(Naivasha Lake),一群由農夫、牧場主以及飯店業者組成的團體正一起為保護水源而努力。藉由資助當地小農購買高產出的作物品種,並協助提供穩定的農業灌溉用水,再增加農夫收成的同時,也能減少逕流,保持農地肥沃。

報告指出,投資集水區至今已經恢復1.17億公頃的農村土地,相當於32.5個台灣的大小!產生的乾淨用水足以注滿1座密西根湖,並大量減少因為逕流而被沖入河流與湖泊的氮和磷,避免湖泊優養化,保持農地富饒,農人能種植更多作物。

然而這只是開始,世界銀行有三分之一的貸款包含用水計畫,大多數計畫仍是建立傳統的淨水廠,而不是能同時維護水源、保護環境並為當地民眾帶來更多收益的「綠色」集水區投資計畫。好消息是,世界還有70個集水區投資計畫正在發展。

面對未來數十年的氣候變遷與人口持續往都市集中,集水區投資計畫仍需改良,例如需要進行各地的水文調查,以實施更針對性的集水區投資,好獲得更多安全且穩定的乾淨用水。

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(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威 (元智大學資訊社會所)

本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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李柏昱
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