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嶄新的半導體奈米線磊晶技術

科景_96
・2011/02/08 ・973字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 575 ・九年級
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Original publish date:Nov 21, 2002

編輯 Agape 報導

哈佛大學的科學家利用新開發的磊晶技術﹐不需要經 過繁複的製程﹐將不同種類的單晶半導體﹐成功地合 成了由異質結構半導體組成的奈米線。

熟悉或聽過(heterostructure semiconductor)的人﹐ 想必對於它的組成原理並不陌生。2000年諾貝爾物理 學獎得主之一的Herbert Kroemer,便是因發展半導體 異質結構並將其應用在高速電子及光電元件的貢獻而 獲此殊榮。所謂“磊晶”﹐英文為epitaxy﹔這個字結 合了epi(on, upon)與taxis(源自希臘文的tassein﹐ 原意為arrange)兩個字。基本上﹐異質結構半導體是利 用特殊的磊晶技術﹐將不同種類的單晶元素逐層地建構 起來。其原理有點類似砌疊層層的磚塊﹐只不過這些磊 晶技術中的“磚塊”僅有單個分子﹐甚至原子的大小。 而且現今成熟的磊晶技術﹐經由選擇高純度的單晶原料﹐ 適當的溫度(一般在攝氏數百度)﹐以及精確地控制各組 成元素分(原)子大小的匹配﹐即可得到高品質的磊晶成品。

有別於傳統磊晶技術的逐層砌疊﹐哈佛大學的 Lincoln. J. Lauhon (Charles M. Lieber的研究小組)利 用該小組已開發的奈米合成技術﹐成功地製造出Si-SiO2 以及Si-Ge的異質結構半導體奈米線(Nanowire)。利用化 學觸媒的選擇性﹐Lauhon等人不僅可以控制這些奈米線的 成長方向(軸向或徑向)﹐更可以加入不同種類的元素作為 攙入的雜質(chemical doping)來改變奈米線的導電特性 (n-type或p-type)。Lauhon所屬的研究小組更使用一般的 半導體製程(光罩﹐蝕刻﹐鍍金屬等)將他們合成的奈米線 製成三極電晶體﹐並且成功地量測到這奈米元件的電流- 電壓特性曲線。

相較於只有單一方向控制自由度的傳統磊晶技術﹐Lauhon 等人合成奈米線所用的方法﹐可以達到在軸向或徑向的磊 晶或攙入雜質。更重要的是﹐這一切的過程都是在奈米尺 度(nanoscale)上完成。因此﹐Lauhon以及其所屬研究小組 所開發的技術在與現有積體電路的整合應用﹐或是發展全 新的奈米元件﹐都提供了一個新的研究方向。

原始論文﹕
Lincoln J. Lauhon et al., Epitaxial core-shell and core-multishell nanowire heterostructures, Nature 420, 57 (2002).

參考來源:

  • Lincoln J. Lauhon et al., Nature 420, 57 (2002) (原始論文)

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Jan 07, 2004] 能進行碳奈米管合成與電性自動化測試的整合性金屬氧化半導體電路
  • [Aug 01, 2003] 新的奈米結構合成技術
  • [May 06, 2003] 碳奈米管中的碳奈米線
  • [Apr 10, 2003] 單晶結構的GaN奈米管
  • [Jan 23, 2003] 一“線”光芒
  • [Feb 13, 2002] 具有不同化學成分組成的奈米線
  • [Oct 12, 2000] 2000年諾貝爾物理獎頒發給資訊科技研究

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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。

    了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

    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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    都是中風為何症狀大不同?不只手腳無力,秒懂大腦受損位置的專屬警訊!
    careonline_96
    ・2026/07/07 ・2132字 ・閱讀時間約 4 分鐘
    相關標籤: 代謝 (26)

    提高警覺!不只手腳無力,這些症狀都可能是中風!(圖文懶人包)

    中風不只會手腳無力!因為大腦分工精細,受損位置(如大腦皮質或腦幹)不同,還可能引發語言障礙、眼球偏移甚至舌頭歪斜等截然不同的症狀。帶您看懂大腦各區的專屬中風警訊!

    當我們口語說到「中風」,通常是指腦部血管出了事情。較常見的是血管栓塞,血液流不過去,稱為「缺血性中風」,導致某個區塊的腦部就失去了功能。另外一種可能是血管破裂出血,稱為「出血性中風」,同樣會造成腦部失能。於是,我們會看到中風患者無法順暢說話,嘴巴歪一邊,某一手某一腳無法出力活動,與過去的樣貌完全不同。

    你可能也曾覺得奇怪:「為什麼有的人臉看起來好好的,卻說他被診斷中風呢?」「為什麼有的人中風後看起來很嚴重,一下子就過世。有的人卻好像很輕微呢?」又或者:「為什麼有的人中風後,只是動的不好,有些人卻還會又麻又痛呢?」

    這些症狀的不同,與患者在腦部哪個位置受傷很有關係。腦部是個很精密的構造,每個區塊都有各自需要負責的功能。想當然耳,受傷位置不同,就會讓人出現不同症狀。因此,我們千萬不能把中風一概而論。為了清楚說明,我們今天就來看看大家最常注意到的「肢體無力」症狀,藉由腦部控制動作的路徑,來呈現一個「右手右腳動不好」的中風,當受傷位置不同,還會有哪些伴隨的症狀。

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    左側大腦皮質中風

    大腦皮質掌管的事物很多,包含語言、視覺等,因此當受傷部位位於大腦皮質的話,患者除了表現右側肢體無力外,還可能同時出現感覺異常,無法知道他人正在碰觸自己的前臂或大腿;出現語言障礙,講話的時候旁人無法理解其語言。視覺方面失去半邊的視覺傳遞,或有空間知覺障礙。

    左側內囊中風

    左側內囊中風:

    如果一位左側手腳動不好的病人,純粹只有「動作」方面的困擾,卻沒有任何感覺異常。檢測時發現患者左側上肢、下肢無力,中下臉部也會無力,就可能是中風在「內囊(internal capsule)」位置。

    內囊是大腦傳遞訊息的重要轉運站,大腦要往下傳遞的動作訊息會先集中到內囊,再往下傳。所以,如果患者單純只有動作障礙,沒有其他症狀,可能問題是出在「內囊」。

    左側中腦中風

    左側中腦中風:

    大腦訊息經由大腦皮質,內囊繼續往下傳遞的話,要經過腦幹。腦幹包含了中腦、橋腦、和延腦。腦幹是我們的生命中樞,負責了呼吸、心跳等基礎功能,也是多數腦神經的起源。因此,當中風位置是在腦幹,不免會影響到腦神經的功能,因此我們可以藉由腦神經功能的檢查,來猜測中風的位置。值得注意的是,我們知道左側大腦皮質受傷時,患者會表現出右側肢體無力,也就是說症狀與受傷位置會是「相反」的。然而,如果受傷位置不在大腦皮質,而是在「腦幹」區域的話,患者除了出現「對側」肢體無力外,還會有「同側」腦神經的症狀。也就是說,如果患者同時有某側肢體無力和另一側的腦神經症狀,就要記得猜其受傷位置在於腦幹,而不是大腦皮質。

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    中腦中風會影響到同側第三對腦神經,這對腦神經被稱為「動眼神經」,負責眼球的轉動。功能受影響的話,患者的瞳孔會被帶「往外」、「往下」的方向。而且,左側中腦中風影響到的,是左眼喔!

    左側腦橋中風

    左側橋腦中風:

    橋腦中風會影響到同側第六對和第七對腦神經,第七對腦神經是顏面神經,因此我們可以注意到患者出現同側的顏面無力。這時的影響不僅止於中下臉,是連上半部額頭都難以活動,患者無法挑動眉毛做表情,患者沒有抬頭紋,眼皮下垂,嘴角也下垂。

    左側延腦中風

    左側延腦中風:

    延腦中風會造成同側第十二對腦神經問題,第十二對腦神經是舌下神經,當出現功能障礙的話,患者伸出舌頭會偏向有問題的那一側。因此當左側延腦中風,影響到左側的舌下神經,患者伸出舌頭時會偏向左側。

    延腦中風的患者並不會出現顏面神經失調,但其肢體無力的那一側,還會同時失去本體感覺與震動感。

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    我們寫了這麼多,並不是要大家學會自行猜測中風位置,而是希望更多人了解,即使在一個病名下,患者的症狀與預後還是差異很大,也需要醫護人員繼續抽絲剝繭,才能找出患者狀況的癥結點。

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