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電漿﹕消毒殺菌的生力軍

科景_96
・2011/02/08 ・1100字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 580 ・九年級
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Original publish date:May 06, 2003

編輯 Agape 報導

科學家利用在室溫下產生的電漿﹐達成消毒殺菌的效果。

電漿是一種有趣的物質﹐其組成為帶電粒子(如電子與離子) ﹐以及不帶電但具有化學活性的中性原子或分子。它的應用﹐包括了半導體製程中的蝕刻﹑薄膜沉積﹐到模擬核融合的過程。而拜小說家豐富的想像力之賜﹐在科幻影集星艦迷航(Star trek) 中﹐也可見到它的蹤跡(曲速引擎中線圈的能量來源)。在最近的物理新知期刊( New Journal of Physics)裡﹐美國的科學家們則報導了利用室溫下產生的電漿﹐來進行消毒殺菌的實驗結果。

Old Dominion大學的Mounir Laroussi ﹐與加州大學聖地牙哥分校的D. A. Mendis和M. Rosenberg合作﹐採用一種稱為電阻能障放電(resistive barrier discharge, RBD)的方式﹐達成在室溫環境下產生電漿。這種方法是採用與傳統方式相似的﹐利用兩片平行金屬板作為氣體放電的平面電極結構。所不同的是﹐在其中一片電極上﹐加上一層高電阻物質。其作用是限制放電電流的大小﹐以避免弧光(arcing) 放電。用來產生電漿的氣體﹐則是97%的氦氣與3%的氧氣混合物。在60Hz的頻率下﹐對電極板通以數千伏特的交流電壓。這樣的方式﹐能夠在低輸入功率(50至300watts)的條件下﹐產生大體積的電漿。

接著﹐Laroussi等人將E. Coli(有細胞外薄膜﹐Gram-negative)與Bacillus subtilis(無細胞外薄膜﹐Gram-positive)兩種細菌﹐暴露在電漿中十分鐘。然後在電子顯微鏡下﹐與其對照組的細菌樣品比較﹐在細菌的細胞結構上有無差異。結果他們發現﹐對於E. Coli細菌﹐電漿中的帶電粒子﹐對細菌的細胞外薄膜造成了顯著的破壞。至於Bacillus subtilis菌 ﹐與其對照組比較的結果﹐在外觀上並沒有太大的損壞。此外﹐他們也對細菌在電場中﹐細胞膜表面的電位分佈進行了分析。結果發現在E. Coli菌的粗糙表面﹐由於曲率的不同﹐會產生類似尖端放電的效應﹐使得電漿中的自由(游離)基(free radicals) 與紫外線輻射容易透過﹐對細胞內部的組織造成另一種程度的損壞。根據這個稱為electrostatic disruption的模型﹐他們推論即使對於像Bacillus subtilis這種表面光滑的細菌﹐只要有其表面有些許的突起﹐透過電場的分佈﹐加上使用適當的惰性氣體分子產生電漿﹐仍然有可能對其造成相當程度的破壞。

Laroussi等人認為他們所發展的低溫電漿﹐也可以應用在處理更有害或甚至會致命的細菌上。由於電漿對細菌細胞外膜的破壞﹐可以在數微秒內完成﹐他們預估可以將這項技術使用在對醫療器材的快速消毒﹐以取代目前多為” 以毒攻毒 “的方式。他們的下一個研究目標﹐則是嘗試了解電漿對細胞內部﹐究竟造成了何種程度的破壞﹐以期證明他們所提出的模型是否正確。

原始論文:

PhysicsWeb, Cold plasmas destroy bacteria, April 30, 2003

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Plasma interaction with microbes, M. Laroussi et al., New Journal of Physics 5, 41.1-41.10 (2003)

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Oct 09, 2006] 星際旅行的新法寶-電漿泡泡
  • [Sep 21, 2003] 偏袒自家小孩的狒狒父親

  • 文章難易度
    科景_96
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    Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。

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    Intel® Core™ Ultra AI 處理器:下一代晶片的革命性進展
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2024/05/21 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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    本文由 Intel 委託,泛科學企劃執行。 

    在當今快節奏的數位時代,對於處理器性能的需求已經不再僅僅停留在日常應用上。從遊戲到學術,從設計到內容創作,各行各業都需要更快速、更高效的運算能力,而人工智慧(AI)的蓬勃發展更是推動了這一需求的急劇增長。在這樣的背景下,Intel 推出了一款極具潛力的處理器—— Intel® Core™ Ultra,該處理器不僅滿足了對於高性能的追求,更為使用者提供了運行 AI 模型的全新體驗。

    先進製程:效能飛躍提升

    現在的晶片已不是單純的 CPU 或是 GPU,而是混合在一起。為了延續摩爾定律,也就是讓相同面積的晶片每過 18 個月,效能就提升一倍的目標,整個半導體產業正朝兩個不同方向努力。

    其中之一是追求更先進的技術,發展出更小奈米的製程節點,做出體積更小的電晶體。常見的方法包含:引進極紫外光 ( EUV ) 曝光機,來刻出更小的電晶體。又或是從材料結構下手,發展不同構造的電晶體,例如鰭式場效電晶體 ( FinFET )、環繞式閘極 ( GAAFET ) 電晶體及互補式場效電晶體 ( CFET ),讓電晶體可以更小、更快。這種持續挑戰物理極限的方式稱為深度摩爾定律——More Moore。

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    另一種則是將含有數億個電晶體的密集晶片重新排列。就像人口密集的都會區都逐漸轉向「垂直城市」的發展模式。對晶片來說,雖然每個電晶體的大小還是一樣大,但是重新排列以後,不僅單位面積上可以堆疊更多的半導體電路,還能縮短這些區塊間資訊傳遞的時間,提升晶片的效能。這種透過晶片設計提高效能的方法,則稱為超越摩爾定律——More than Moore。

    而 Intel® Core™ Ultra 處理器便是具備兩者優點的結晶。

    圖/PanSci

    Tile 架構:釋放多核心潛能

    在超越摩爾定律方面,Intel® Core™ Ultra 處理器以其獨特的 Tile 架構而聞名,將 CPU、GPU、以及 AI 加速器(NPU)等不同單元分開,使得這些單元可以根據需求靈活啟用、停用,從而提高了能源效率。這一設計使得處理器可以更好地應對多任務處理,從日常應用到專業任務,都能夠以更高效的方式運行。

    CPU Tile 採用了 Intel 最新的 4 奈米製程和 EUV 曝光技術,將鰭式電晶體 FinFET 中的像是魚鰭般阻擋漏電流的鰭片構造減少至三片,降低延遲與功耗,使效能提升了 20%,讓使用者可以更加流暢地執行各種應用程序,提高工作效率。

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    鰭式電晶體 FinFET。圖/Intel

    Foveros 3D 封裝技術:高效數據傳輸

    2017 年,Intel 開發出了新的封裝技術 EMIB 嵌入式多晶片互聯橋,這種封裝技術在各個 Tile 的裸晶之間,搭建了一座「矽橋 ( Silicon Bridge ) 」,達成晶片的橫向連接。

    圖/Intel

    而 Foveros 3D 封裝技術是基於 EMIB 更進一步改良的封裝技術,它能將處理器、記憶體、IO 單元上下堆疊,垂直方向利用導線串聯,橫向則使用 EMIB 連接,提供高頻寬低延遲的數據傳輸。這種創新的封裝技術不僅使得處理器的整體尺寸更小,更提高了散熱效能,使得處理器可以長期高效運行。

    運行 AI 模型的專用筆電——MSI Stealth 16 AI Studio

    除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel® Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門用於在本機端高效運行 AI 模型。這使得使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時節省了連接雲端算力的成本。

    MSI 最新推出的筆電 Stealth 16 AI Studio ,搭載了最新的 Intel Core™ Ultra 9 處理器,是一款極具魅力的產品。不僅適合遊戲娛樂,其外觀設計結合了落質感外型與卓越效能,使得使用者在使用時能感受到高品質的工藝。鎂鋁合金質感的沉穩機身設計,僅重 1.99kg,厚度僅有 19.95mm,輕薄便攜,適合需要每天通勤的上班族,與在咖啡廳尋找靈感的創作者。

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    除了外觀設計之外, Stealth 16 AI Studio 也擁有出色的散熱性能。搭載了 Cooler Boost 5 強效散熱技術,能夠有效排除廢熱,保持長時間穩定高效能表現。良好的散熱表現不僅能夠確保處理器的效能得到充分發揮,還能幫助使用者在長時間使用下的保持舒適性和穩定性。

    Stealth 16 AI Studio 的 Intel Core™ Ultra 處理器,其性能更是一大亮點。除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門針對在本機端高效運行 AI 模型的需求。內建專為加速AI應用而設計的 NPU,更提供強大的效能表現,有助於提升效率並保持長時間的續航力。讓使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時也節省了連接雲端算力的成本。

    軟體方面,Intel 與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化。與 Adobe 等軟體的合作使得使用者在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。獨家微星AI 智慧引擎能針對使用情境並自動調整硬體設定,以實現最佳效能表現。再加上獨家 AI Artist,更進一步提升使用者體驗,直接輕鬆生成豐富圖像,實現了更便捷的內容創作。

    此外 Intel 也與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化,讓 Intel® Core™ Ultra處理器將AI加速能力充分發揮。例如,與 Adobe 等軟體使得使用者可以在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。為各行專業人士提供了更加多元、便捷的工具,成為工作中的一大助力。

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    電磁波全揭秘:了解頻帶、頻寬、頻率和通信技術的基礎知識
    數感實驗室_96
    ・2024/06/13 ・671字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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    本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

    先前我們介紹了多位為通信科技發展做出貢獻的科學家。現在,我們要深入探討無線通信的技術層面。

    無線通信,顧名思義不像傳統的電話或電報那樣需要一條實體的線路來傳遞信號。但這些信號並非憑空傳遞,它們依賴的正是電磁波。

    電磁波在現代社會無處不在,從微波爐、手機到基地台,這些設備都會發射電磁波。但其實即使沒有這些科技裝置,電磁波依然存在於我們周圍。什麼意思呢?答案就是:當我們白天走到戶外,看到的光,它其實也是電磁波的一種。

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    希望大家掌握了這些電磁波、頻帶、頻寬等基礎知識後,未來在閱讀相關的電信新聞時更加了解他們提到的術語,以及各種縮寫。以後無論是科技發展的動態還是市場新技術,都能更有概念地理解。

    更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

    參考資料

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    數感實驗室_96
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    數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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    定期檢查、及早治療心房顫動防止中風!
    careonline_96
    ・2024/06/12 ・2433字 ・閱讀時間約 5 分鐘

    心房顫動常無感,易中風!微創胸腔鏡左心耳關閉術降低中風風險,心臟外科醫師圖文解析

    「那是一個 70 歲的男性患者,罹患慢性肺病,且被診斷出二尖瓣逆流與心房顫動,需要手術治療,但是患者、家屬都擔心開胸手術傷口過大,而猶豫不決。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授表示,「經過詳細討論後,患者決定接受不停跳二尖瓣人工鍵索植入術及微創胸腔鏡左心耳關閉術來治療。微創胸腔鏡左心耳關閉術是透過 3 個小傷口,在胸腔鏡的輔助下,從左心耳外安裝左心耳夾。除了解決二尖瓣逆流的問題,一併處理了左心耳來降低未來中風風險,術後患者順利恢復,目前狀況穩定,在門診持續追蹤。」

    心房顫動(Atrial fibrillation)是臨床上最常見的心律不整,陳紹緯教授說,正常狀況下,心房與心室會依序規則收縮,推動血液循環。當心房顫動發作時,心房的肌肉會像顫抖一般紊亂抽動,無法有效收縮,而讓心房失去功能。

    心房顫動可能導致心悸、胸悶、頭暈、無力、呼吸急促等,也可能沒有明顯症狀。最麻煩的是,心房顫動會導致多種嚴重併發症。

    心房顫動可能導致中風、心臟衰竭

    長期處於心房顫動將導致心臟衰竭,若不治療心房顫動,患者因為心臟因素死亡的機會是一般人的 2 倍。陳紹緯教授指出,滯留在心房內的血液可能會漸漸形成血塊,若血塊剝落,隨著血液流出心臟,便可能造成血管阻塞,而導致腦中風、腸中風、腎臟中風、肢體中風等狀況,危及性命。若不治療心房顫動,患者中風的機會約是一般人的 5 倍。

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    左心耳關閉術幫助降低中風風險

    心房顫動的治療包括矯正心律、預防中風。陳紹緯教授說,矯正心律方面可以嘗試口服藥物或使用電燒手術,降低心房顫動發作的機會。預防中風方面可以服用抗凝血劑,以及接受左心耳關閉術(Left atrial appendage closure)。

    研究發現,心房顫動所產生的血塊約有九成是源自於左心耳。左心耳是心臟發育的遺跡,其內壁凹凸不平,容易形成血栓。利用手術關閉左心耳,有助於降低中風風險。陳紹緯教授說,如果是中風危險較高的心房顫動患者(CHA2DS2-VASc ≥ 2 分)、服用抗凝血劑還是反覆中風的患者、不適合長期使用抗凝血劑的患者,可以考慮接受左心耳關閉術。

    左心耳關閉術幫助降低中風風險

    目前有兩種方式能夠關閉左心耳,一種是利用心導管,從血管內進行左心耳封堵手術;一種是經由外科手術,利用左心耳夾從外面夾住左心耳。

    左心耳封堵手術一般是從鼠蹊部的股靜脈穿刺,在 X 光輔助下將導管延伸到右心房,然後進行心房間隔穿刺術進入左心房,確定位置後將可擴張的封堵器放入左心耳。陳紹緯醫師說,術後要密切觀察是否出現相關併發症,例如心包膜積液、假性動脈瘤、裝置栓塞、動靜脈廔管、心臟破裂、中風等,後續也要追蹤封堵器的密合狀況。由於左心耳的解剖構造不規則,部分患者可能不適合接受左心耳封堵手術,術前必須經過仔細評估。

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    左心耳閉合手術是由外科醫師執行,從左心耳外面進行左心耳關閉。傳統手術是將左心耳剪掉,然後把開口縫起來。陳紹緯醫師說,但是因為左心耳非常脆弱,縫完之後容易出血,利用傳統手縫方式會增加手術中心臟停止時間。目前可使用左心耳閉合器,夾住後便能有效關閉左心耳,幫助縮短手術時間,並減少出血的機會,而在歐美先進國家,一般都是使用左心耳夾進行左心耳關閉術,使手術更快速且有效。

    陳紹緯醫師說,如果心房顫動患者計畫接受心臟手術,目前的治療指引建議在術中一併關閉左心耳,根據大型臨床試驗結果,可避免血液滯留形成血栓,並有效降低未來腦中風之風險。

    微創胸腔鏡左心耳夾閉合術 STEP BY STEP

    過去左心耳夾已被證實能夠顯著降低中風的風險,現在也可以利用胸腔鏡進行微創左心耳關閉術。

    「一般會經由 3 個小傷口進入胸腔,在胸腔鏡的輔助下,利用特殊器械安裝左心耳夾。」陳紹緯醫師解釋,「微創胸腔鏡左心耳關閉術不需開胸、不需讓心臟停止跳動,便可以有效的關閉左心耳。」

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    微創胸腔鏡左心耳夾閉合術 Step by Step

    相較於開胸手術,微創胸腔鏡左心耳關閉術的傷口較小、手術時間較短、術後疼痛較少、恢復期較短。此外在心臟不停跳下,可藉由超音波的導引下確認左心耳完全被關閉及降低手術併發症。陳紹緯醫師說,對心房顫動患者而言,微創胸腔鏡左心耳關閉術將是一項幫助降低中風風險的利器。

    貼心小提醒

    心房顫動是常見的心律不整,也是造成中風的主要原因之一,可能導致失能、死亡。陳紹緯醫師提醒,心房顫動的發生率會隨著年紀而越來越高,大家要提高警覺,即使沒有症狀,也必須積極接受治療。

    心房顫動所產生的血塊約有九成是源自於左心耳,如果是中風危險較高的心房顫動患者(CHA2DS2-VASc ≥ 2 分)、服用抗凝血劑還是反覆中風的患者、不適合長期使用抗凝血劑的患者,可以考慮接受微創胸腔鏡左心耳關閉術,幫助降低中風風險!

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