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超高靈敏度的磁場計

科景_96
・2011/02/08 ・1234字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 550 ・八年級
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Original publish date:Apr 16, 2003

編輯 Agape 報導

科學家發明了新的元件﹐利用自旋極化的鹼金族元素原子﹐可以測量到僅10-15 Tesla的磁場強度。

在現代科技中﹐利用磁性原理所製成的元件或儀器﹐已經被廣泛地應用在小至電腦的記憶體儲存﹐大到核磁共振掃描儀各個方面。而這些磁性元件的靈敏度﹐也隨著所使用的目的而有不同的要求。在本期的自然雜誌中﹐報導了美國普林斯頓大學物理系的I. K. Kominis ﹐與其他的科學家們共同合作﹐利用光學的方法﹐製造出靈敏度在10-15 Tesla的磁場計。

Kominis等人的實驗﹐是利用雷射光激發鉀原子中最外層的價電子。價電子除了吸收光子而被激發至激發態之外﹐它本身的自旋方向也會受所吸收光子的影響。如果這時有外加磁場﹐原子將感受到力矩而改變其磁矩的方向﹐連帶著改變了其對於光子的吸收特性。所以經由量測原子磁矩受磁場影響的改變﹐就可以得到外加磁場的強度。

有關實驗的設置﹐請參考附圖。基本上﹐Kominis等人是利用一束高功率雷射光來激發原子﹐另外再用一單頻雷射來探測原子的自旋。由於偵測磁場的靈敏度與原子的密度成反比﹐要測量的磁場越小﹐所使用的原子就要越多。但是﹐隨著原子密度的增加﹐原子與實驗器材之間的非彈性碰撞也越多。通常為了解決這種問題﹐科學家們多在儀器內壁塗上一層石蠟﹐增加原子與器壁間彈性碰撞的機會。此外﹐鉀原子中存在著具有不同角動量﹐稱為超精細結構(hyperfine structure) 的兩個基態能階。在外加磁場中﹐這兩個能階的徑動(precession)是沿著相反方向, 原子的自旋就會在這兩個能階之間隨機地轉換﹐以致總角動量的平均值將為零(此效應稱為自旋衰減spin relaxation)﹐如此就無法透過原子的自旋改變來測量磁場強度。

為了解決第一個問題﹐Kominis等人在鉀原子氣體中﹐通入2.9大氣壓的氦氣﹐以減低鉀原子氣體分子與儀器內壁碰撞的機會。而針對第二個問題﹐根據Williams Happer等人早在1970年代的計算﹐若是原子自旋在超精細結構能階之間變動的速率﹐遠超過其徑動的速率﹐則對於原子的自旋﹐反而不會受到任何影響。這是因為在極快的能階變動之下﹐不能僅考慮原子在單一超精細結構能階上徑動的情形。相反地﹐原子會如同自由原子般地傾向於選擇停留在某一個超精細結構能階上﹐且在沿著固定的方向產生一個等效的徑動。如此﹐在外加磁場中﹐這些原子的自旋改變量就可以被偵測到﹐不會受到自旋衰減的影響。

Kominis等人在他們所量測的磁場頻譜中﹐利用簡單的公式﹐估計出他們所設計的磁場計具有每平方根赫茲達10-15 Tesla的靈敏度。根據他們的計算﹐Kominis等人認為他們的實驗仍有許多可以改進的空間。例如使用超導屏蔽以完全除去雜訊﹐以及使用二維的光二極體以測量在整個平面上的磁場等。此外﹐Kominis等人的實驗結果除了是技術上的一項突破﹐也有可能應用於發展更精密的醫學影像(特別是腦部組織) 上。

<附圖>

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原始論文:

A new spin on magnetometry, Nature 422, 574 (2003)

I. K. Kominis et al., A subfemtotesla multichannel atomic magnetometer, Nature 422, 596 (2003)

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

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科景_96
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半夜痛醒像踩到玻璃?20 到 40 歲痛風大爆發,未來 5 年新武器將顛覆治療!【挺健康】
PanSci_96
・2026/03/27 ・2078字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 AI 協助生成,內容經編輯審閱。

你以為痛風是中年大叔的專利嗎?根據 2024 年最新的健保資料顯示,近年來 20 到 40 歲的痛風患者數量正急遽飆升。許多病患在診間常心有餘悸地向醫師抱怨:「那天半夜,棉被不過是輕輕碰到腳趾,我整個人居然痛到跳起來!」

這種痛,絕對不是一般的肌肉痠痛,而是你的關節裡被塞滿了微觀的「玻璃碎片」。更糟的是,過去 30 年來痛風的治療方法幾乎沒有太大的改變,藥物就那幾種,雖然有效但限制多,患者也常因為停藥而反覆發作。不過好消息是,未來五年內,痛風的治療即將迎來大洗牌,甚至有望實現「急性痛風打一針,隔天就能走路」的目標!

為什麼痛風發作會像「關節塞滿玻璃碎片」?

痛風的源頭是體內過高的尿酸。尿酸在人體的 37°C 血漿中通常能安份守己,但當它流動到溫度較低的周邊關節(例如大腳趾的關節,溫度大約只有 30°C 至 32°C),溶解度就會大幅下降。這時候,過飽和的尿酸就會析出,形成針狀的「單鈉尿酸鹽(MSU)結晶」——這就是所謂的玻璃碎片。

我們體內的免疫系統本來對液態的尿酸視而不見,但對這些尖銳的結晶卻極度敏感。關節裡的巨噬細胞會把結晶當作外來敵人並試圖吞噬它們,卻往往因為結晶太大,導致細胞內的溶酶體破裂,也就是所謂的「撐破肚皮」。這個死亡警報會觸發名為 NLRP3 發炎小體(Inflammasome)的免疫風暴,大量釋放發炎總開關 IL-1β,呼叫千軍萬馬的嗜中性球衝進關節。在發炎激素與微觀晶體的雙重肆虐下,你的關節就會紅腫發熱,痛到猶如赤腳踩碎玻璃。

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帝王病年輕化?手搖飲與基因聯手引爆的「尿酸海嘯」

那麼,為什麼痛風越來越年輕化?這其實是整個時代環境與遺傳基因的致命結合。現代人愛喝的手搖飲中含有大量果糖,果糖在肝臟代謝的過程中,就像一輛沒有煞車的列車,會瘋狂消耗細胞內的能量貨幣(ATP),進而大量產出尿酸。也就是說,即使是不含高嘌呤的含糖飲料,也會讓你的尿酸暴衝。

除了飲食,遺傳學也扮演了關鍵角色。人體代謝尿酸除了靠腎臟,還有約三分之一是經由腸道排出。科學家發現,高達一半的東亞與台灣族群帶有特定的 ABCG2 基因變異,這會導致腸道上皮細胞的排酸轉運蛋白功能大減。當「腸道排酸變弱」,加上現代人久坐導致腎血流下降、熬夜壓力大引發胰島素阻抗,尿酸這座工廠就只能眼睜睜看著廢料堆積如山。

拆毀玻璃工廠!現行治療的兩難與台灣人的「基因地雷」

面對不斷堆積的尿酸結晶,目前醫師的治療策略分為兩步:「先停戰、再拆工廠」。在急性發作期,主要任務是滅火停戰,醫師會開立秋水仙素阻止嗜中性球衝進戰場,或是使用消炎止痛藥(NSAIDs)與類固醇來壓制免疫系統的暴動。

等關節不痛了,就進入慢性期的「拆工廠」階段。這時會使用降尿酸藥物,例如抑制尿酸生成的別嘌醇(Allopurinol)、非布索坦(Febuxostat),或是促進腎臟排酸的藥物。然而,目前的治療遭遇了極大的瓶頸。以最老牌的別嘌醇為例,台灣約有 20% 的漢人帶有 HLA-B*5801 基因變異,這群人服用別嘌醇後,引發嚴重藥物過敏(如史蒂芬強森症候群 SCAR)的風險極高,簡直像踩地雷。此外,現行的促排酸藥物對於腎功能不佳的患者也無法使用,導致許多病患只能吃吃停停,最終結晶又堆積回來,陷入無限復發的惡性循環。

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未來五年,顛覆痛風治療的「三大新武器」

雖然現況令人氣餒,但科學家並沒有閒著。未來三到五年,隨著多項新藥完成臨床試驗,痛風治療即將迎來典範轉移:

第一是「精準尿酸排泄促進劑」。針對腎臟回收尿酸的閘門(URAT1 等),新一代藥物(如 Dotinurad)具備極高的選擇性,不僅副作用大幅降低,連腎功能不好的患者也有望使用,預計這將是未來最快普及的常規武器。

第二是「下一代超級尿酸酶(Uricase)」。針對長滿痛風石的難治型患者,科學家利用 PEG 化與免疫偽裝技術,開發出更長效且安全的尿酸酶。它能直接把體內堆積三十年的「玻璃碎片」整堆融化,未來可能只需每個月進行一次皮下注射,且大幅降低了過去容易產生抗體的排斥反應。

最後是「急性救援的免疫標靶藥」。既然急性痛風是 IL-1β 細胞激素在指揮暴動,科學家直接針對 IL-1 研發抑制劑(如 Anakinra 或 Canakinumab)。目前臨床證據已相當成熟,未來若取得適應症核准,急性痛風發作時,可能只需要打一針,精準關閉發炎總開關,隔天就能安然下床走路!

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痛風是一場由基因、代謝與環境交織的長期抗戰。在這些神兵利器正式進入診間之前,多喝水、少喝含糖飲料、維持穩定的體重與腸道健康,仍然是我們避免關節「長滿玻璃」的最佳防線。

參考資料

  1. Dalbeth, N., et al. (2021). Gout. Nature Reviews Disease Primers, 7(1), 1-21.
  2. Kuo, C. F., et al. (2015). Global epidemiology of gout: prevalence, incidence and risk factors. Nature Reviews Rheumatology, 11(11), 649-662.
  3. Matsuo, H., et al. (2009). Common defects of ABCG2, a high-capacity urate exporter, cause gout: a function-based genetic analysis in a Japanese population. Science translational medicine, 1(5), 5ra11-5ra11.
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手術前就開始免疫治療?局部晚期頭頸癌的新策略,讓治療目標從「延命」變成「治癒」
careonline_96
・2026/03/26 ・2191字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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局部晚期頭頸癌圍手術期免疫治療

「圍手術期免疫治療」是局部晚期頭頸癌的治療趨勢,可望將治療目標從「延長存活」進一步調整為「治癒」!中國醫藥大學附設醫院血液腫瘤科主任暨癌症中心主任謝清昀醫師表示,術前先給予ICI免疫檢查點抑制劑進行免疫治療,讓免疫系統更容易辨識腫瘤抗原,術後再持續使用免疫治療,提升免疫系統消滅殘存癌細胞的能力。國際臨床研究已證實,「圍手術期免疫治療」有助降低局部晚期頭頸癌復發風險,顯著延長存活期。

晚期頭頸癌的治療以手術為主,只要狀況許可,都會建議接受手術治療,術後再視狀況搭配放射治療、化學治療。但是因為頭頸癌對化學治療的反應較差,使得過去的治療成效較不理想,晚期頭頸癌在手術後五年內的累積復發率達39%。亞洲大學附屬醫院頭頸耳鼻喉醫學副院長花俊宏醫師指出,由於腫瘤侵犯範圍較廣,很難徹底切除,而且可能有微量癌細胞已經擴散到其他器官。

近年來,ICI免疫檢查點抑制劑的發展替晚期頭頸癌帶來新希望,已成為重要的整合治療選項。花俊宏醫師解釋,ICI免疫檢查點抑制劑讓免疫系統的T細胞能夠辨識並毒殺癌細胞,有效抑制殘存癌細胞,可顯著降低局部復發與遠端轉移的風險。若腫瘤的PD-L1表現量≥1%,預期對免疫治療有較佳的反應,可考慮使用ICI免疫檢查點抑制劑。

ICI免疫檢查點抑制劑示意圖

ICI免疫檢查點抑制劑已運用於復發或遠端轉移頭頸癌的治療,相較於傳統化學治療,能夠發揮較佳的治療成效,甚至有機會達到長期存活。謝清昀醫師說,現在的治療趨勢是把免疫治療往前挪到局部晚期頭頸癌,在手術前即開始給予免疫治療,希望能透過更早介入,帶來更大的治療效益。

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「圍手術期免疫治療」是在手術前先使用ICI免疫檢查點抑制劑進行免疫治療,幫助縮小腫瘤、改善手術效果。花俊宏醫師表示,臨床研究發現,在手術前進行免疫治療,不會像化學治療那樣對體能或營養狀況造成較大的影響,而且免疫治療藥物給完後可很快銜接手術,對手術治療的干擾較小。

在腫瘤尚未切除時先給免疫治療,可以讓免疫系統更容易辨識腫瘤抗原,待手術將大部分腫瘤切除後,再持續使用免疫治療,可提升免疫系統偵測殘存癌細胞的能力,有助降低復發風險、延長疾病控制時間,甚至達到長期存活。

圍手術期免疫治療流程圖

傳統的輔助治療主要仰賴放射治療或化學治療,屬於「毒殺腫瘤」的方式。謝清昀醫師說,而圍手術期免疫治療是採用「手術前先啟動免疫、手術後再維持免疫」的策略,目的是強化身體長期對抗腫瘤的能力。

圍手術期免疫治療是圍繞著手術前後進行免疫治療,手術前先給予免疫治療,手術恢復後按照標準流程進行放射治療、化學治療,輔助治療期間會同步加入免疫治療,完成輔助治療後再持續給予長期免疫治療。花俊宏醫師說,國際大型臨床研究證實,圍手術期免疫治療的整體存活率(Overall Survival)優於傳統治療,疾病復發率也較低,未來應該會成為局部晚期頭頸癌的標準治療。

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圍手術期免疫治療存活率研究

從局部晚期階段開始使用ICI免疫檢查點抑制劑,代表治療目標可望從「延長存活」調整為「治癒」。謝清昀醫師說,在頭頸癌復發或遠端轉移後使用ICI免疫檢查點抑制劑,可以延長存活期,而在局部晚期階段開始使用ICI免疫檢查點抑制劑,能幫助降低術後復發風險,提升治癒機會。

花俊宏醫師說,隨著免疫治療的成熟、大型臨床研究的結果發布,提供充分的證據支持「以免疫治療為核心的圍手術治療」,進一步提升局部晚期頭頸癌的治療成效!

筆記重點整理

  • ICI免疫檢查點抑制劑讓免疫系統的T細胞能夠辨識並毒殺癌細胞,有效抑制殘存癌細胞,可顯著降低局部與遠端復發的風險。若腫瘤的PD-L1表現量≥1%,預期對免疫治療有較佳的反應,可考慮使用ICI免疫檢查點抑制劑。
  • 「圍手術期免疫治療」是在手術前先使用ICI免疫檢查點抑制劑進行免疫治療,希望能縮小腫瘤或改善手術效果。臨床研究發現,在手術前進行免疫治療,不會像化學治療那樣對體能或營養狀況造成較大的影響,而且免疫治療藥物給完後可很快銜接手術,對手術治療的干擾較小。
  • 在腫瘤尚未切除時先給免疫治療,可以讓免疫系統更容易辨識腫瘤抗原,待手術將大部分腫瘤切除後,再持續使用免疫治療,可提升免疫系統偵測殘存癌細胞的能力,有助降低復發風險、延長疾病控制時間,甚至達到長期存活。
  • 國際大型臨床研究證實,圍手術期免疫治療的整體存活率優於傳統治療,疾病復發率也較低,未來應該會成為局部晚期頭頸癌的標準治療。
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一站起就頭暈?醫師解析腎性貧血注射與口服治療全攻略
careonline_96
・2026/03/24 ・788字 ・閱讀時間約 1 分鐘
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「「哎呦……一站起來就頭暈。」

你有過這種感覺嗎?其實,貧血的原因很多,其中一種叫『腎性貧血』,常發生在慢性腎臟病或透析的患者身上。

腎臟會製造一種叫『紅血球生成素』(EPO)的物質。腎臟衰竭的病人常會因為紅血球生成素分泌減少、鐵質缺乏、營養不良等因素導致貧血。

目前腎性貧血的治療方式主要有兩大類:一種是透過注射補充基因重組的紅血球生成素;另一種是口服藥物缺氧誘導因子穩定劑(HIF PHi)。

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注射型治療是透過補充外來的紅血球生成素,幫助刺激骨髓製造紅血球。

口服穩定藥物則是利用身體對缺氧反應的自然機制,促進體內自行產生紅血球生成素,並增加鐵質移動,治療貧血。

兩種方式各有使用時機,由醫師依照病情、血紅素數值、治療反應等因素來共同決定。

不管是注射藥物或口服藥物,都需要在醫師處方下使用。治療期間應配合主治醫師醫囑定期抽血追蹤血紅素、鐵質、血壓、肝腎功能等指標。若出現頭痛、噁心、血壓變化、過敏、血栓、痙攣、注射部位反應等不適,請務必告訴您的醫療團隊。

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每位患者的腎臟功能、發炎程度、鐵狀況與生活需求都不同。選擇哪一種治療方式,都是由『醫師評估』並『與您討論後』一起做出的決定。只要持續追蹤、按時治療,大多數腎性貧血都能穩定管理!

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