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你對中國西南民族的想像是什麼?不是只有過橋米線和銀飾,中研院的中國西南研究故事

研之有物│中央研究院_96
・2023/06/14 ・6367字 ・閱讀時間約 13 分鐘

本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文|田偲妤
  • 美術設計|蔡宛潔

回望陌生又熟悉的中國西南文化:

你對中國西南民族的認識從何而起?可能是兒時閱讀的《漢聲中國童話》、節目《大陸尋奇》中配戴閃亮銀飾的少女,或是餐桌上一碗熱呼呼的過橋米線。生在臺灣的我們少有機會接觸中國西南,但在中央研究院歷史語言研究所卻藏有最原汁原味的西南文化。許多由研究人員跋山涉水蒐集的標本文物,正在史語所歷史文物陳列館展區「回望:二十世紀史語所的中國西南地區調查」展出,從天、地、人的視角揭開中國西南民族的神秘面紗!

中研院歷史文物陳列館「回望:二十世紀史語所的中國西南地區調查」展區入口,觀察地圖上歷史語言研究所研究人員的調查足跡,展開一趟跨時空的西南民族研究之旅。圖/研之有物

走進中研院歷史文物陳列館「回望:二十世紀史語所的中國西南地區調查」展區,入口處一張如調色盤般繽紛的巨大地圖在眼前展開。地圖範圍橫跨雲南、貴州、廣西、四川、西康、湖南湘西等地,使用不同顏色表現海拔高低落差及地勢之險峻,當中更標出中研院歷史語言研究所研究人員的調查地點,足跡遍布中國西南多個少數民族村寨。

1928 至 1946 年間,史語所研究人員歷經十多次中國西南民族調查,記錄 30 多種西南少數族群文化。當時西南地區各方軍閥、股匪橫行,高山縱谷交錯的地形讓交通頗為不便,研究人員每回皆是冒著生命危險前往。

史語所研究人員陶雲逵在文章〈俅江紀程〉中,描述搭乘高空溜索翻山越嶺的恐懼:

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「雖然是簇新的溜索,我仍有點膽寒。而趙(至誠)君及同行工人們……,都憂行於色。最可憐的是馬匹,⋯⋯動物怕死的眼睛表情,真跟人一樣。」

令箭木牌,1935 年陶雲逵先生在雲南碧羅雪山一帶調查所用。本件令牌由雲南貢山設治局所發,早期的傈僳族人多不識漢字,漢官會透過令牌上的缺角傳遞消息。本件上端缺兩角、下端缺五角,代表每個村莊要派五人護送兩位中研院研究人員。圖/研之有物

為什麼當時的中研院學者要費盡千辛萬苦前往西南?這跟古今政權對西南地區的治理觀點、國族認同有很大的關聯。

清雍正年間繪製之《滇夷圖說》,記錄西南領地概況與各民族生活樣貌。圖/中央研究院歷史語言研究所(圖像轉載請洽中研院史語所)

早從周朝起即出現「四夷」的概念,《禮記》更以南蠻、西戎、北狄、東夷稱呼邊疆族群,這是一種以華夏民族為中心看待非我族類的觀點。

古代的統治者多是透過半想像、半寫實的圖冊文本一窺邊疆民族的相貌。例如清雍正年間的《滇夷圖說》,就是由時任雲貴總督的高其倬派人繪製,向雍正帝報告西南領地概況與各民族生活樣貌。

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如同隔著一層紗般,20 世紀以前的人們常用獵奇的心態想像西南民族,對當地的了解多半少之又少。

中原政權對西南民族既陌生又充滿歧見,僅管某些朝代靠著武力征伐將西南劃入國家版圖,對於當地的治理多以消極的態度處置,以致西南地區長期由地方豪酋實際掌權。元朝首創授官給地方豪酋並准許世襲,成為土司制度的濫觴。清朝雖逐步廢除土司,改為派官直接管理,但許多地區在民國初年仍受地方土司、頭人統治。

如此曖昧模糊的從屬關係直到 20 世紀初西方勢力入侵才逐漸改變。1934 年爆發的「班洪事件」是關鍵的轉捩點,英國覬覦西南地區的爐房銀礦,主張當地非國民政府管轄來合理化侵略行為,並與佤族人發生武裝衝突。

此事件引起國人高度關注,促成 1935 至 1936 年中英雙方磋商設立勘界委員會,負責實地查明未定界的國界。史語所研究人員凌純聲、芮逸夫與勇士衡因熟悉西南地區情況,受邀跟隨勘界委員會到緬甸南大寨開會,並順道前往滇緬邊境的班洪、班老、鎮康、孟定、耿馬、猛董等地,進行西南少數民族調查。

佤族班洪王的後人曾和研究人員談到誓死保衛土地的原因:「我不大會說漢話,我說一句就是一句,我數代人服漢朝,漢朝對我家好,我不能背叛先祖,不能背叛漢朝。爐房銀廠是漢朝的,我們為漢朝看守,我不能失了先祖之意,洋人來,我一定要打,這是我的責任。」

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此處的「漢朝」恐非指公元前 202 年成立的漢朝,應是指從古至今長期處於強勢地位的漢人政權,究竟是什麼原因造就部分西南民族對漢人政權的特殊認同?

反映特殊的身份認同 西南民族的祖源傳說

綜觀西南民族的祖源傳說,當中多少存在一種攀附漢人的特殊身分認同:

部分西南民族相信,自己的祖先與漢人有血緣關係,許多傳說還和蜀漢丞相諸葛亮有關。

例如在瑤族、畬族流傳一則「盤瓠神話」。相傳盤瓠是一條生在漢人帝王家的狗,某天皇帝下令,誰能砍下敵人首領的頭,就把公主嫁給他。英勇的盤瓠成功叼回敵人首級,要求迎娶公主。正當皇帝陷入兩難之際,盤瓠提出只要將牠放在一口大鐘下七天七夜,牠就能變成人類。

沒想到公主禁不住好奇心驅使,在最後一天偷偷掀開大鐘,導致盤瓠只有脖子以下變成人身。公主只好嫁給狗頭人身的盤瓠,兩人遷徙至中國西南,其後代就是今日的瑤族、畬族。

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由此可知,瑤族、畬族相信,自己的祖先可能不是一個正常的人,但至少他們是皇族後裔,與漢人有血緣關係。史語所研究人員凌純聲、芮逸夫曾到畲族村寨調查,拍下一張戴帽老婦人的照片,帽子的樣式傳說就是象徵盤瓠的狗頭。

畬族戴帽老婦人,帽子的樣式傳說就是象徵盤瓠的狗頭。圖/中央研究院歷史語言研究所(圖像轉載請洽中研院史語所)

此外,與諸葛亮相關的英雄傳說也在西南地區廣泛流傳。例如傣族相信傳統的杆欄式建築就是諸葛亮發明的。傳說傣族人的祖先原是追隨諸葛亮的漢人部屬,後因犯了軍紀,被罰留在西南一帶。

諸葛亮在離去前留下一句謎語:「想命長,水沖涼;草蓋樓,住高房。」不久當地發生嚴重的瘟疫,人們遵照諸葛亮的謎語,常洗澡保持身體清潔,將建築架高避開帶病原體的生物,這才逐漸遠離瘟疫威脅。

傣族杆欄式建築,茅草屋頂長得像諸葛亮的帽子,一樓用來養牲畜、二樓住人、三樓作穀倉。圖/中央研究院歷史語言研究所(圖像轉載請洽中研院史語所)

許多西南民族相當崇拜他們口中的「諸葛老爹」,這可能與三國時期蜀漢曾統治過西南地區有關。《三國演義》中諸葛亮七擒七縱孟獲的故事應是後人杜撰,卻藏有漢人政權曾接觸西南地區、部分居民與漢人勢力結盟的蛛絲馬跡,這或許是佤族班洪王後人心向「漢朝」的可能原因之一。

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前進人類學的研究寶庫 體質人類學調查、探索神秘的信仰

事實上,早在班洪事件發生以前,英、法等西方強國已逐步將中南半島劃入殖民地,更企圖將勢力延伸至中國西南地區。當時的知識份子在強調物競天擇的社會達爾文主義與國族主義雙重影響下,產生強烈的國族認同與亡國滅種危機。

中研院於 20 世紀上半葉展開的中國邊疆民族調查,正是在此國族認同形成的過程中展開。西南地區被群山、溪流切割成一塊塊獨立區域,經常翻過一個山頭就會遇到不同族群,再加上傳統中國對本地的豐富歷史記載,使得西南地區成為民族學與人類學的研究寶庫。

中研院研究人員在 1928 至 1946 年間陸續從事西南民族文化、民族類屬與各民族邊界等各類研究。當中還包括大規模的體質人類學調查,這跟民國初年追求強國保種、提高國民素質的風潮有關。

這群體質人類學家帶著測量器具進入西南地區村寨,以頒發國旗表彰功績作為誘因,鼓勵各村寨頭人帶領族人來做體質調查。調查內容包括比對不同西南民族的髮色、眼色,測量頭形、臉形、五官分布等體質特徵,並拍攝大量特寫上半身不同角度的紀錄照片。

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研究發現西南各地人群的體質差異不大,反倒不同族群之間會透過設計共同的服飾,或是紋身、穿鼻、拉大耳垂等改變身體方式,來凝聚彼此的認同、共同守護區域資源。

體質人類學者用來測量人體的相關器具。圖/中央研究院歷史語言研究所(圖像轉載請洽中研院史語所)

另一方面,為了研究西南民族的語言與信仰文化,史語所研究人員也帶回多部經典,其中包含 300 多冊來自納西族的「東巴經」。「東巴」是納西族的祭司,傳統上只有祭司會寫東巴經文。東巴經不是一字字念,而是透過象形文字提示東巴祭司要吟唱的內容。

其中最經典的東巴經當屬《露曼露沙》(又名《青年男女遷徙記》)。1930 年代,人類學家李霖燦在雲南麗江田調時,無意間撞見一場納西族的秘密儀式,聽到專用來超渡殉情男女的《露曼露沙》。

東巴經《露曼露沙》(又名《青年男女遷徙記》)。圖/研之有物

經文內容描述很久很久以前,人類從一座叫「居那若羅」的大山遷徙下來,許多青年男女不願隨父母遷徙,只想和愛侶一起私奔,父母們只好築起高牆來阻擋子女出走。

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愛情的力量讓青年男女紛紛突破重圍,其中一對苦命鴛鴦「康美久命姬」和「孜補羽冷盤」卻命運多舛,最後只有康美久命姬順利逃出。為了讓男方父母接受自己,康美久命姬托烏鴉捎口信表明心意,卻換來惡毒的咒罵,再加上孜補羽冷盤以農忙為由,遲遲不肯與她會合,讓康美久命姬萌生死意。

在情死鬼王的誘惑下,康美久命姬相信美好的死後世界可助人脫離世間的痛苦,因而走上絕路。某天孜補羽冷盤為了尋找走失的牛,無意間見到康美久命姬冰冷的屍身,不禁悲從中來。這時,康美久命姬的鬼魂現身安慰,並告訴孜補羽冷盤在三年三月三日後,去將自己藏在世上的遺產取走。

結果孜補羽冷盤卻違背諾言,提前取走遺產,遭到康美久命姬的鬼魂勾走魂魄。為此,東巴祭司舉辦了超渡亡靈的祭風儀式,這才讓悲劇畫下句點。

由於《露曼露沙》對死後世界的描述過於優美,一度引發青年男女的殉情風潮,曾遭政府下令禁唱。幸好在納西族人的世代傳承之下,今日依然可見東巴祭司吟唱經文的身影。

東巴經《東巴教主的出處來歷.上冊》。本件為陶雲逵先生於 1930 年代前往雲南麗江調查時,由納西族東巴祭司致贈的經書,封面特別寫上「陶博士到麗紀念」等字樣。這部經書是透過各種神話敘述東巴力量的來源,有助了解納西族的歷史文化。圖/研之有物

珍貴的文物展示,看見西南地區的變與不變

中國邊疆民族調查是史語所成立之初的重點工作之一,研究人員每到一處調查田野,便會向當地人蒐集有研究價值的標本物件。光是在西南地區就蒐集了 1,100 餘件民族文物、800 餘冊文書、約 7,000 張田野照片,以及錄音與錄影等多種資料。

人類學家凌純聲認為:「標本非但可做研究之資料,且可陳列在博物館供人參觀而引起群眾對民族學的興趣。」

因此,除了從事研究工作,史語所自 1928 年成立以來一直保有展示傳統。來到臺灣後,更於 1986 年啟用今日的歷史文物陳列館。民族學標本可說是元老級的展覽主題,既介紹中國西南民族的歷史文化,也訴說一段史語所深入西南田野的研究故事。

2022 年重新策展的「回望:二十世紀史語所的中國西南地區調查」展區,維繫史語所王明珂院士設計的三大單元:「人與地」談西南民族如何善用自然資源發展農漁獵等生活技藝。「人與人」從各族服飾看人們如何區分與建立不同的社會認同。「人與天」介紹西南民族對於生命、歷史的信念,以及不同階段的生命儀式。

「人與地」展區有一本令人胃口大開的「苗族酸菜料理製法手稿」,由當時史語所聘僱的苗族知識份子石啟貴協助調查記錄。因湘西地區食鹽取得不易,於是苗族人將吃不完的青菜製成酸菜,補充身體所需的鈉離子。手稿中清楚記錄青菜酸、酸辣子、沸蔥酸、蘿蔔酸、酸岡豆等各種酸菜料理的製作程序。圖/研之有物
「人與人」展區有一件苗族(滇苗)女性後圍裙服飾,裙襬處綴著多串清代銅錢。銅錢裝飾象徵著苗族祖先從遠方遷徙而來所帶的財產,族人將此世代流傳的歷史記憶融入服飾特色當中。圖/研之有物
「人與天」展區介紹湘西苗族還儺願儀式。展出的儀式用具為 2006 年 12 月,由時任史語所數位典藏計畫助理的吳培華、胡其瑞採集自湖南省湘西土家族苗族自治州。苗族人發生久病不癒、苦無子嗣等狀況時,傳統上會請巴代札(漢人宗教儀式操作者)舉行祭祀儀式,不同的儀式段落會身著不同服飾,並頭戴面具扮演(由左至右)八郎、判官、先鋒等不同角色,向苗族祖先「儺公」、「儺母」祈求來年平安順利。圖/研之有物

本次策展也邀請國立彰化師範大學歷史學研究所胡其瑞助理教授擔任客座共同策展人,與館員合作撰寫展品說明,重新發掘多件文物史料的研究脈絡與典藏價值。

例如一本看似普通的《湘西苗族標本原採購登記冊》記錄了史語所研究人員凌純聲、勇士衡、芮逸夫在湘西苗族村寨蒐集的物件品名與購買價格,有助我們了解當時的標本蒐集過程。從中可見一些 0 元取得的標本,多是祭祀儀式結束後被村民棄置的物品,在研究人員眼中卻是值得典藏的寶物。

此外,自 2002 至 2012 年,史語所啟動了數位典藏計畫,其中分支四「民族學調查標本、照片與檔案」計畫,讓王明珂、何翠萍、胡其瑞、吳培華等多位臺灣學者有機會重返西南田野。回溯前輩學者的調查路線,重新探索一些失去研究脈絡的史料,更觀察西南地區在地理環境、族群認同、民間信仰上的今昔轉變。

展覽特別以 Google Map 標記出史語所 15 次西南民族調查路線,可以一起跟著研究人員的足跡走一遍西南田野。另還可觀賞一部呈現西南地區今昔變化的影片「黑白與彩色的對話」,透過一張張早期田野影像與當代同一地點的對比照片,看見西南地區的變與不變,展開一場與過往研究的跨時空對話!

黑白與彩色的對話。來源/中央研究院歷史語言研究所

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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

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重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

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IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

肺部為何會變成「菜瓜布」?

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

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雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

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找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

  1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
  2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
  3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

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最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


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減碳新招:二氧化碳再利用!光觸媒材料可以把二氧化碳還原成工業化學原料?——專訪中研院原分所陳貴賢特聘研究員
研之有物│中央研究院_96
・2023/11/03 ・5793字 ・閱讀時間約 12 分鐘

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本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文|簡克志
  • 責任編輯|簡克志
  • 美術設計|蔡宛潔

降低碳排還不夠,奈米材料幫你直接減少二氧化碳!

氣候變遷問題日益嚴重,2023 年 9 月成為全球有史以來最熱的月份,臺灣夏天飆破 38 ℃ 的頻率逐漸增加。為了避免地表升溫超過工業化前水準的 +1.5 ℃,世界各國訂出 2050 年淨零排放的目標,設法減少大氣中的溫室氣體。減碳解方除了低碳電力之外,直接減少二氧化碳也是一條路徑。中央研究院「研之有物」專訪院內原子與分子科學研究所陳貴賢特聘研究員,他的研究專長是奈米能源材料,我們將介紹一種複合光催化材料:硫化鋅(ZnS)/硫化銦鋅(ZnIn2S4,簡稱 ZIS),在太陽光照射下,此材料表面發生的氧化還原反應,會將二氧化碳還原成有用的工業化學原料!

為了避免全球升溫超過工業化前水準的 +1.5 ℃,我們需要減少碳排放與開發負碳技術,並盡量在 2050 年左右達到全球溫室氣體淨零排放量的目標。所謂的「工業化前水準」是指 1850-1900 年的平均溫度。
圖|iStock

地球「保冷」計畫——減碳是關鍵

我們每天排放多少二氧化碳?根據 Our World in Data 的人均二氧化碳排放數據,2021 年全球每人排放的二氧化碳為 4.69 噸,而燃燒 1 公升的汽油大概會產生 2.3 公斤的二氧化碳。換算一下,每人每天排放二氧化碳約為 12.8 公斤,相當於每人每天消耗 5.6 公升的汽油!

根據聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的特別報告「全球暖化 1.5 ℃」,人類活動排放的溫室氣體,已經讓地球表面平均溫度上升了 1 ℃。若以人類目前經濟模式發展下去,碳排放量可預期將不斷上升,大量溫室氣體將讓暖化現象與極端天氣事件更加劇。

氣候科學家警示,地球表面平均溫度需控制在 +1.5 ℃ 以內 註 1,否則將有不可逆的後果,例如生物多樣性大幅度降低的風險。因此,世界各國有了 2050 年淨零排放的共同目標,並不是說都不排碳了,而是要設法讓溫室氣體的碳排放量和碳減少量相互抵消,達到「淨零」的目標。

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要達到淨零的目標,除了尋找與開發減碳電力之外,直接減少二氧化碳也是一個方法。想像一下,如果可以像植物一樣,只要照太陽光,就把二氧化碳變成有價值的碳氫化合物,聽起來不錯吧?但是二氧化碳做為燃燒後的產物已相當穩定,要如何以人工方式讓二氧化碳再次參與反應?

我們可運用「陽光」與「光催化材料」(又稱光觸媒,photocatalyst),不僅可以減碳,還能產生有價值的碳氫化合物,是一種「一舉兩得」的方法!

光觸媒(光催化)材料是什麼?

在談到光催化材料之前,先複習一下「催化劑」這個概念,催化劑不參與化學反應,但是它讓原先不可能的化學反應變得可行!陳貴賢分享,這就像過去從臺北到宜蘭需要翻過雪山,經過九彎十八拐的北宜公路;但如今有了「雪山隧道」之後,就大大降低臺北到宜蘭的時間與難度。「雪山隧道」就是臺北通往宜蘭的催化劑。

除此之外,催化劑也可以說是推進人類歷史發展的重要角色!在過去,農作物施肥只有天然氮肥可以使用,產量有限。而肥料意味著糧食增加與生產力增加,《巫師與先知》這本書就提到位於秘魯的鳥糞島嶼成為各家跨國公司必爭之地。另一方面,波斯人也在各地建造供鳥類休息的高塔,用來收集當肥料用的鳥糞。

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到了近代,陳貴賢提到在 20 世紀初,德國科學家哈伯(Fritz Haber)透過催化劑,在高溫高壓的條件下,以鐵粉做為催化劑,讓氮氣和氫氣轉換成氨。這讓人工固氮成為可能,人類不用再依賴緩慢的生物固氮反應就可以合成化學氮肥,農作物產量也大幅提昇。

本文主角「光催化材料」,顧名思義就是協助光化學反應的催化劑,但光催化材料與一般催化劑不同的地方在於,其化學反應通常發生在固態的表面環境,目標反應物、光子和電子都有參與反應。

比起光催化材料,你可能更常聽到它的同義詞「光觸媒」,例如某某產品宣稱具有「奈米光觸媒消毒」的功能,其實就是照射足夠的光,讓材料表面的氧化還原反應把細菌分解。而之所以光觸媒需要做到奈米尺寸,這是因為奈米小顆粒可以改變物質的電子能量結構,且大幅增加反應的表面積,讓光催化反應更有效率。

陳貴賢:「一個高表面積的奈米粉末,它的表面積可能是薄膜的一萬倍,甚至於十萬倍。」

給你電子,還你原形!光催化材料上的氧化還原反應是怎麼發生的?

光催化材料之所以能夠減少二氧化碳,是因為照光後材料表面發生「氧化還原反應」,氧化反應會失去電子,還原反應會得到電子。陳貴賢與團隊開發的複合光催化材料:硫化鋅(ZnS)/硫化銦鋅(ZnIn2S4,簡稱 ZIS),可以讓二氧化碳還原成甲醇(CH3OH)和乙醛(CH3CHO),這兩種產物都是工業常用的化學原料。反應式如下:

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要持續減少二氧化碳,就要持續發生上述還原反應,持續供給電子。不過,我們要怎麼讓電子快速又順利的補充到材料表面?這裡就開始涉及到半導體的核心問題:電子與電洞的產生、分離和傳輸

陳貴賢與團隊開發的複合光催化材料:ZnS/ZIS,是結合兩種奈米半導體材料,透過水熱法合成,將 0 維的 ZnS 奈米顆粒沉積在 2 維的 ZIS 奈米片之上,形成 0D-2D 結構的 ZnS/ZIS 複合物,就像製作巧克力豆餅乾,不過要複雜得多。

陳貴賢團隊將 0 維的 ZnS 奈米顆粒沉積在 2 維的 ZIS 奈米片之上,就好像做巧克力豆餅乾一樣,形成複合的異質半導體,做為光催化材料用途。左圖是示意圖,右圖是電子顯微鏡下的照片,Zn:In 比例為 1:0.46。
圖|研之有物(資料來源|Nano Energy

既然 ZnS/ZIS 是半導體,當受到光照之後,原來的價帶(valence band)電子會被光激發成導帶(conduction band)電子,原本價帶電子佔據的位置則留下一個空位,就是電洞。電子和電洞的遷移,就是半導體形成電流的原因,因此電子和電洞都稱為「載子」(charge carrier)

還記得上面的還原反應嗎?

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對光催化材料來說,為了在光照環境下把二氧化碳還原成乙醛和甲醇,必須獲得穩定的電子來源,材料內部要迅速補充電子到表面,因此:

照光產生的電荷載子數量越多越好;產生的電子和電洞要傾向分離,分得越遠越好;電子和電洞越快移動到表面參與反應越好。

載子輸送要快速穩定,首先照光產生的載子要多,就有更多電子和電洞參與反應。分離載子是為了避免復合,照光產生的電子和電洞很容易復合,一旦復合,等同於減少載子。再來是載子越快移動到表面越好,可以讓每次的氧化還原反應都是最佳效率。

尋找最有效的光催化材料

陳貴賢團隊總共做了 4 種不同比例的 ZnS/ZIS 光催化材料,依照 Zn:In 比例 1:0.12、1:0.26、1:0.46 和 1:0.99,分別標記為 ZnS/ZIS-1、ZnS/ZIS-2、ZnS/ZIS-3 和 ZnS/ZIS-4。其中,ZnS/ZIS-3 的光催化效果最好,可以有效減少二氧化碳,產生最多的乙醛和甲醇(如下圖)。

水熱法製備的 ZnS/ZIS-3 光催化效果最好,可以有效減少二氧化碳,產生最多的乙醛和甲醇。最右邊是將 ZnS 和 ZIS 簡單物理混合的對照組,沒有介面效應的輔助,催化效果不佳。
圖|研之有物(資料來源|Nano Energy

為了驗證光催化材料產生有效載子的效率,陳貴賢團隊計算了 ZnS/ZIS-3 的總 AEQ 值(apparent quantum efficiency),用來評估「照到光催化材料上的每顆光子數量,產生了多少實際參與催化反應的電子數」。測量之後,ZnS/ZIS-3 的 AEQ 值為 0.8%,量子效率比單獨的 ZnS 材料提高了將近 200 倍!

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這也是為什麼陳貴賢團隊要使用兩種不同的材料結合,因為單一半導體材料照光產生的電子和電洞有很高的復合機率,選擇兩種不同的半導體材料組合,讓兩種材料形成特殊的「能量階梯」就可以有效分離電子和電洞,並且把電子送到它該去的材料表面。

此外,使用兩種半導體材料的好處還有「二次激發電子到更高能階」,以符合光催化反應的能量門檻,自由電子掙脫 ZnS 的束縛之後,繼續往 ZIS 跑,光的能量會繼續把電子往上送到更高能級的材料表面,還原二氧化碳的反應在此發生。

Z 字形跑比較快!控制材料之間的微應變提升氧化還原效率

關於光催化材料的二次激發,陳貴賢提到:「材料低能階,然後光子進來後,把電子激發到高能階去做反應,太陽能電池也是這樣。但是呢,有時候沒那麼剛好,例如激發後的能階不夠高,雖然激發上去了,但電子沒有辦法跟二氧化碳做反應。那我把兩個材料拼在一起,電子上去以後又下來,然後再吸收第二個光子上去,那就變得很高了,高了以後它的反應效率就提升很多。」

如果我們把光催化材料的二次激發過程畫成示意圖,如下圖所示,電子在 ZnS 束縛區受到第一次光子的激發,變成自由電子,接著經過設計完善的材料介面,先降到較低的 ZIS 束縛區,受到第二次光子的激發,再次變成自由電子,跑到光催化材料的表面,和二氧化碳發生還原反應,將二氧化碳變成可再利用的乙醛和甲醇。

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看看電子走過的路,如果向左歪著頭看,是不是就是一個 Z 字呢?科學家把這個過程稱為「直接 Z 方案」(Direct Z-scheme)。「直接」的意思是,電子從 ZnS 跑到 ZIS 的過程,不需要再經過一個中間地帶,降低電子和電洞復合的機會。

為了將二氧化碳轉換成可用化學原料,電子在材料內部能階走 Z 字路徑,過程中受到光的二次激發,最後到達材料表面。電子參與還原反應,將二氧化碳變成乙醛和甲醇。電洞參與氧化反應,將水變成氧氣。
圖|研之有物(資料來源|Nano Energy

為什麼陳貴賢團隊設計的「直接 Z 方案」光催化材料,電子可以不需要中間的「轉接站」,直接轉移到另一個材料上呢?這裡也有一個巧思:不同材料之間的「微應變」

不同材料的晶體排列規律是不一樣的,當兩種材料接在一起時,接面處會發生「晶格不匹配」,也就是兩種材料的原子會互相卡到、晶格微微變形。但是,如果我們可以控制微應變(Strain)的程度,就可以控制兩種材料「能量階梯」的相對位置,微應變可以讓材料接面自動帶有「轉接站」的功能,進而形成一個內部電場,讓電子和電洞更能快速分離,提高光催化效率。

總之,陳貴賢團隊開發的這套材料組合,是有微應變誘導的直接 Z 方案光催化材料,可做為未來量產光催化材料的研發設計參考,同時也是減碳的解方之一。

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ZnS 奈米顆粒接在 ZIS 奈米片上,兩邊的晶格排列方式不一樣,發生「晶格不匹配」,接面處晶格會微微變形。如果控制微應變(Strain)的程度,就可以微調材料能階的相對位置,微應變可以讓接面帶有「轉接站」的功能,形成一個內部電場,讓電子和電洞更能快速分離,提高光催化效率。
圖|研之有物(資料來源|Nano Energy
ZnS 奈米顆粒接在 ZIS 奈米片上,兩邊的晶格排列方式不一樣,發生「晶格不匹配」,接面處晶格會微微變形。如果控制微應變(Strain)的程度,就可以微調材料能階的相對位置,微應變可以讓接面帶有「轉接站」的功能,形成一個內部電場,讓電子和電洞更能快速分離,提高光催化效率。
圖|研之有物(資料來源|Nano Energy

綠能趨勢——光催化材料未來可期

陳貴賢表示,目前表面科學和材料是中研院原分所的主要研究領域,他的實驗室選擇能源材料作為研究主軸,有太陽能電池和熱電材料,同時團隊也專注研究可還原二氧化碳的光催化材料,以及與燃料電池相關的催化劑。

陳貴賢看好將來能源材料的發展,因為在 2050 淨零排放之前,有愈來愈多企業紛紛加入「RE100 倡議」的行列,企業必須承諾最晚於 2030 年前使用 100% 再生能源。最著名案例是科技巨頭蘋果Google 和微軟等公司都已宣布其全球供應鏈將符合 RE100 的要求。其中,台積電為蘋果主要供應商,2020 年也加入 RE100,目前為臺灣再生能源的主要買家

可以預見,將來風能、太陽能與燃料電池的相關材料有其市場需求,而能夠減少二氧化碳的光催化材料,也將成為全球減碳的利器。陳貴賢提到,當前光催化材料還在基礎研究階段,目前的人工光合作用效率約 1%,接近大自然效率,而團隊希望提升到至少 5% 到 10% 以上,方能有其實用價值。

陳貴賢進一步強調,未來效率提高之後,能夠轉化二氧化碳的光催化材料就會有很大的經濟價值,不僅轉化後的燃料可以賣錢,處置二氧化碳原料亦可以收取負碳費用,是一種前所未有的概念。

陳貴賢強調,未來效率提高之後,能夠轉化二氧化碳的光催化材料就會有很大的經濟價值。
圖|研之有物

註解

  1. 根據 IPCC 的資料,如果要將全球暖化幅度控制在 +1.5 °C 以內,必須在 2050 年左右達到二氧化碳的淨零排放目標,同時也要大幅度降低非二氧化碳的溫室氣體排放,特別是甲烷。
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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook