當光子晶體遇上不使光發散的狹縫

你是不是也開始覺得，看手機的距離得越拿越遠，餐廳菜單上的字也變得有些模糊？沒錯，老花眼（Presbyopia）是每個人生命中難以逃避的生理關卡。目前全球有超過二十億人飽受老花之苦，長期以來，我們似乎只能無奈地戴上老花眼鏡，或是尋求侵入性的雷射手術。但近年來，醫學界出現了令人振奮的突破——「老花眼藥水」。滴一滴眼藥水，就能暫時告別老花眼鏡？這到底是甚麼黑科技？

為什麼會老花？傳統矯正方式有什麼盲點？

老花眼的根源在於眼內「晶狀體（Crystalline Lens）」的老化。年輕時，晶狀體充滿彈性，能隨著睫狀肌的收縮改變形狀，就像相機鏡頭一樣精準對焦。然而，隨著年紀增長，晶狀體內的膠原蛋白因為長期的氧化壓力而產生化學變化（形成雙硫鍵），導致晶狀體變硬、失去彈性。當它無法再聽從睫狀肌的指揮時，我們的眼睛就失去了看清楚近距離物體的能力。

過去，解決老花眼主要依賴光學矯正或手術。老花眼鏡雖然直接，但在看遠和看近之間必須頻繁摘戴，常讓人覺得麻煩，忘了帶眼鏡更是讓人焦慮；漸進多焦鏡片則有視野邊緣扭曲的問題，需要長時間適應，甚至會引發頭暈。而若是選擇多焦點隱形眼鏡，中高齡族群又常伴隨乾眼症，戴起來十分不適。至於單眼視力雷射或人工水晶體置換等手術，不僅費用高昂，不可逆的侵入性也伴隨著對比敏感度下降及夜間眩光等後遺症，讓許多人望之卻步。

「治本」太難，不如靠「針孔效應」治標？

為了解決傳統治療的痛點，各大藥廠開始研發能改善老花的眼藥水。從藥理機制的分類來看，研發方向主要分為兩大派別：「晶狀體軟化劑」與「縮瞳劑」。

科學家們最初滿懷理想，試圖開發能打破晶狀體老化化學鍵的「晶狀體軟化劑」（如 Novartis 的 UNR844 專案），希望讓晶狀體恢復彈性，達到徹底「治本」的效果。可惜的是，眼球內部的無血管封閉環境難以讓藥物達到足夠濃度，且打破化學鍵的過程極難精準控制，不僅未達預期療效，還可能引發白內障。隨著這條研發路徑在臨床試驗中受挫，產業界將資源全面轉向了另一條路徑——「縮瞳劑」。

縮瞳劑不改變晶狀體的結構，而是利用光學原理中的「針孔效應（Pinhole Effect）」。就像攝影機縮小光圈可以增加景深一樣，縮瞳劑會刺激瞳孔括約肌，使瞳孔縮小。當瞳孔縮小至 1.6 到 2.5 毫米的黃金區間時，能有效過濾掉周邊散射的光線並減少球面像差，大幅增加眼睛的「焦深」。這樣一來，不需改變晶狀體的形狀，患者就能看清楚近處和中距離的影像，同時也不會影響遠處的視力。

從霸主到挑戰者，老花眼藥水的市場大戰

自從 2021 年美國 FDA 核准了全球首款老花眼藥水 Vuity 之後，這個被視為眼科研發領域的「重磅炸彈」級市場便正式點燃戰火。目前市場上有幾個主要競爭者，各自在成分與技術上祭出奇招：

1. 先行者 Vuity（AbbVie）：作為市場霸主，Vuity 採用 1.25% 濃度的毛果芸香鹼（Pilocarpine），點藥後約 15 分鐘生效，藥效維持約 6 小時。它的優勢是搶佔先機與知名度，但作為第一代產品，其容易引起頭痛、眼白泛紅等副作用成為對手攻擊的弱點。 2. 挑戰者 Qlosi（Orasis）：同樣使用毛果芸香鹼，但將濃度大幅降至 0.4%，且搭配不含防腐劑的獨特配方。Qlosi 於 2023 年獲批，主打「舒適度」，試圖吸引那些因為 Vuity 副作用而停藥的患者。 3. 長效複方 Brimochol PF（Visus）：目前處於研發後期的 Brimochol PF 則主打「長效」。它巧妙結合了強效縮瞳劑（Carbachol）與防止瞳孔再次放大的成分（Brimonidine），有望將藥效延長至 8 到 10 小時，解決了第一代藥物一天需頻繁點好幾次的痛點。 4. 黑科技給藥 LNZ100（Eyenovia）：這款研發中的產品採用了更具「瞳孔選擇性」的成分 Aceclidine，專注作用於縮瞳而不影響睫狀肌，大幅減少了眼痛感。此外，他們還搭配了獨家「Optejet 微量噴霧技術」，透過更精準的給藥減少藥水溢流，直接從硬體設備端進行降維打擊。

滴一下就完美？不可忽視的副作用與風險

雖然老花眼藥水聽起來像是一秒變年輕的魔法，但它並非毫無缺陷。在臨床應用幾年後，醫界也提出了幾項重要的安全警示：

首先是「夜間視力下降」。因為瞳孔縮小，進入眼睛的光線變少了，導致在昏暗環境下視力明顯變差。因此，點藥後絕對不建議進行夜間駕駛。其次是「初期不適感」，包含眉骨痠痛、頭痛和眼睛充血，這主要是因為藥物刺激睫狀肌痙攣所引起。最後，也是最重要的警示——「視網膜剝離風險」。FDA 已要求 Vuity 更新標籤警告，因為睫狀肌的收縮可能會牽扯到視網膜，在極少數情況下增加視網膜撕裂或剝離的風險，高度近視患者在使用前必須經過眼科醫師的嚴格評估。

結語

老花眼藥水的出現，無疑為 40 到 55 歲的輕度老花族群提供了一個全新的「無鏡片」選擇。從傳統的光學矯正，到如今利用「針孔效應」的藥理學突破，我們見證了科學如何優雅地解決人類老化的痛點。雖然目前的產品仍需面對延長藥效與降低副作用的挑戰，目前的態勢更是「一超多強，差異化生存」。但隨著各大藥廠的激烈競爭，未來的產品勢必會越來越完善。或許在不久的將來，早晨出門前滴一滴眼藥水，輕鬆滑手機、看菜單，將成為我們日常生活的新常態。

參考資料

1. Charman WN, Whitefoot H. (1977) Pupil diameter and the depth-of-field of the human eye.
2. U.S. Food and Drug Administration (FDA) label update for Vuity regarding retinal detachment risks.

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《劇痛且致命的主動脈剝離，外科手術、支架治療解析》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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主動脈剝離常伴隨致命的突發性胸背劇痛。本文帶您了解其危險因子與治療方式，並解析新型混合式支架手術如何免除開胸，以更小的傷口減輕患者疼痛，大幅加速術後恢復。

提問：請問主動脈剝離可能出現哪些症狀？

劉國聖醫師：主動脈剝離最常見的症狀是突發性的嚴重胸痛，會轉移到背部。少部分的病人是用器官灌流不良來表現，比如說，如果發生下肢血管灌流不良，會出現腳麻痺、腳痛；如果是腸子的血管灌流不良，就會出現急性腹痛的症狀。

提問：請問主動脈剝離的危險因子有哪些？

鄭羽廷醫師：主動脈剝離的危險因子有很多，像一些先天性的疾病、基因的缺陷、高血壓、外傷或者是感染，這些東西都有可能讓主動脈的質地變差，進而造成突然的破裂剝離。

提問：請問主動脈剝離該如何治療？

劉國聖醫師：急性主動脈剝離分成A型跟B型主動脈剝離。所謂A型主動脈剝離，就是有影響到升主動脈；B型主動脈剝離，就是沒有影響到升主動脈。一般來說急性A型主動脈剝離，因為它破裂死亡的機率非常的高，所以A型主動脈剝離是以手術治療為主。急性B型主動脈剝離，大部分的情況是以藥物治療即可，除非病人有出現嚴重的背痛，或是有嚴重的器官灌流不良，才會需要立即的手術治療。

提問：請問主動脈支架手術會如何進行？

鄭羽廷醫師：主動脈支架手術需要從腹股溝的地方，將支架從腹股溝的血管送到胸主動脈的位置做釋放。視每個人的情況不一樣，如果需要遮擋住往左手的血管，左手的血管就需要再進行其他的外科手術進行繞道，譬如說需要一個左脖子到左腋下血管的繞道，所以這時候你的脖子跟胸口這邊，就會另外需要再兩個傷口。

提問：請問主動脈支架手術能帶給患者哪些好處？

鄭羽廷醫師：如果患者的血管它的解剖構造適合使用主動脈支架來處理的話，病人的傷口就只會有一個腹股溝一個打針的傷口。再視情況，如果需要做一些脖子或者是手的血管的繞道，他的脖子或者是手、胸前就需要開另外一些傷口。如果是要使用傳統的手術來置換的話，譬如說你需要去縫合主動脈弓的血管，或者是降主動脈的血管，這時候你的側胸就需要開一個三、四十公分長的傷口。所以這兩個的侵襲性跟術後恢復的情況相比，主動脈支架病人會舒適很多，恢復也會快很多。

提問：請問新型混合式主動脈支架手術會如何進行？

鄭羽廷醫師：新型的混合式主動脈支架，它有內建一個血管的側支，所以主動脈支架釋放之後，我們可以再從手的血管進來再釋放一個側支的支架。這樣子做的好處就是可以不需要脖子跟胸口的另外那兩個外科的切口。

提問：請問新型混合式主動脈支架手術能帶給患者哪些幫助？

鄭羽廷醫師：新型的混合式主動脈支架，它可以省去一些外科手術的傷口，所以可以減少病人的疼痛不適，還有減少一些聲帶麻痺的風險。有些時候它也可以減少、避免病人的胸口需要鋸開，需要開胸手術。

• 作者／顯微觀點
• 本文轉載自顯微觀點《電子顯微鏡走進生醫研究的關鍵推手：赫爾穆特・魯斯卡》

1986年的諾貝爾物理學獎頒給了恩斯特‧魯斯卡（Ernst Ruska），以表彰他設計出第一台電子顯微鏡。雖然人們大多關注其理論和技術層面為顯微技術帶來長足的進步，但電子顯微鏡的應用層面，尤其是醫學與生物學的影響，更是為電子顯微鏡實現功能性和商業價值發揮關鍵作用；恩斯特的弟弟赫爾穆特‧魯斯卡（Helmut Ruska）在其中扮演著重要的角色——儘管他並未獲得諾貝爾獎項。

人類對微觀世界的探索，最早可以追溯到17世紀。當時，英國博物學家羅伯特‧虎克（Robert Hooke）利用自製顯微鏡觀察軟木塞，觀察到了植物細胞壁，並稱其為「細胞」（cell）。荷蘭的雷文霍克（Antonie van Leeuwenhoek）以精湛的磨鏡技術，進一步製造出放大倍率更高的顯微鏡，在清澈的水中發現了肉眼見不到的「生物」，成為第一個發現細菌、紅血球和精子的人。

隨後的兩百年間，光學顯微鏡雖然不斷進化成為微生物研究的利器，但始終跨不過繞射極限的門檻，受限於光波長的限制，解析度停留在200奈米。任何比這更小的物體，只能呈現出一個模糊的點。因此儘管人們透過過濾、疾病源頭推論等方法，認為有比細菌更小的「病毒」（Virus）存在，卻無法一睹其真面目。直到電子顯微鏡的出現。

兄弟登山「一起探索未知」

恩斯特和赫爾穆特出生於德國知識份子家庭，他們的父親尤利烏斯．魯斯卡（Julius Ruska）是一位學者，專長是東方語言與文化研究，曾在大學任教。恩斯特生於1906年12月25日，是在家中七個孩子裡排行老五；赫爾穆特則於1908年6月7日出生在海德堡，排行第六。

從小兩兄弟關係就特別親密，也對光學儀器留下了深刻的印象。他們的天文學家馬克斯．沃爾夫（Max Wolf）叔叔便曾多次帶他們參觀他管理的王座山（Königstuhl）天文台的望遠鏡。而他們家裡書房裡，則放著父親的大型蔡司顯微鏡。雖然尤利烏斯有時會展示有趣的事物給孩子們看，但他擔心孩子們笨拙地操作會損壞物鏡或標本，因此嚴令他們禁止觸摸。

隨著恩斯特對於工程學的興趣赴慕尼黑工業大學和柏林工業大學學習電子學；赫爾穆特則於1927年開始學習醫學，先後在柏林、茵斯布魯克（Innsbruck）及海德堡大學就讀。在海德堡，赫爾穆特的學術重心集中在臨床醫學與生物化學，直到1932年完成醫學學位、開始臨床醫學專業生涯。

對新技術的可能性深具信心

如果這些目標得以實現，那麼疾病成因研究的進展對醫生來說將具有直接的實際意義，這一點幾乎無需贅述。它將深刻影響到日益重要的臨床疾病實際問題，進一步對公共衛生產生重大影響。

理查．西貝克

1929年，恩斯特在研究論文中證明，使用短線圈可以獲得電子束照射孔徑的清晰放大影像，並在1931年4月獲得確鑿的證據，證明電子束可以像光學顯微鏡一樣經由二次放大成像。儘管該裝置的總放大倍率非常有限，但如今仍被公認為第一台電子顯微鏡。

但當時恩斯特提出的顯微技術並沒有被認真看待，大多數專家認為這只是癡人說夢。但已快完成醫學學業的赫爾穆特堅信，一旦恩斯特提出的顯微技術成功，臨床醫學、生物這些學科將有長足的進步。因此他鼓勵哥哥繼續克服困難，包括樣品被電子束燒毀的問題。

他們仍然花了三年時間才透過赫爾穆特的前臨床老師、柏林夏里特醫院第一內科主任理查．西貝克（Richard Siebeck）教授的專業評估及推薦，成功獲得資助。這些專業的建議讓柏林的西門子和耶拿的卡爾．蔡司留下深刻的印象，他們都準備進一步發展工業電子顯微鏡。

病毒，終於被看見

1937年西門子在柏林斯潘道（Spandau）成立了超微科學實驗室，魯斯卡兄弟與馮．博里斯共同開發原型儀器。赫爾穆特憑藉醫學專長專注於電子顯微鏡的生物學應用，並在1938年完成了兩台原型機，最大放大倍率為30000倍。1940年，西門子更設立了一個由赫爾穆特領導的客座實驗室，配備了四台電子顯微鏡，供來訪科學家使用；赫爾穆特同年也首次展示了噬菌體的影像。

1940年代初，赫爾穆特已發表了約20篇關於細菌、寄生蟲和不同病毒超顯微結構的報告，這些出版物標誌著首次利用電子顯微鏡對病毒進行視覺化。包括1939年他與考舍（Gustav A. Kausche）和普凡庫赫（Edgar Pfankuch）合著的《超顯微鏡下植物病毒的影像》，展示了菸草花葉病毒的桿狀結構，首次揭示病毒的亞微觀顆粒。

赫爾穆特也研發了電子顯微鏡的樣品製備技術，利用鋨燻蒸法，將乾燥樣本暴露於鋨蒸氣中，選擇性地使細胞染黑，且不會過度改變標本以增強對比度。1943年他發表論文〈病毒類型分類的嘗試〉，基於電子顯微鏡的觀察提出病毒形態分類，例如依形狀（球形、桿狀）及大小分類，影響後來的病毒分類系統。

被戰爭淹沒的科學貢獻

赫爾穆特的研究並不局限於病毒，他還參與了糖原結構和血液凝固過程的研究，甚至昆蟲肌肉的精細結構、蚯蚓的虹彩皮膚以及植物葉綠素也都是他曾經研究的主題。

二戰後，赫爾穆特成為柏林大學（後更名為洪堡大學）的教授，並擔任柏林-布赫德國科學院微觀形態學部門的負責人。1952年至1958年，他至美國擔任紐約州衛生部微觀形態學部門負責人，之後出任德國杜賽道夫大學生物物理與電子顯微鏡研究所長。

可惜的是，儘管赫爾穆特在電子顯微鏡的生物應用領域具有開創性貢獻，但他在科學史上的地位卻被嚴重低估。由於赫爾穆特論文大多發表在德國期刊上，加上納粹和二戰時期德國處於孤立狀態，他的研究成果並未廣為人知。赫爾穆特1973年8月30日在杜賽道夫去世，也因此錯失了與哥哥恩斯特·魯斯卡共同分享諾貝爾獎的機會，後者在1986年才獲得遲來的認可。

但赫爾穆特無疑是推動電子顯微鏡跨出實驗室成為商用顯微鏡，並進入生物醫學研究應用的關鍵人物。而他也培養無數後代研究人員，奠定了電子顯微鏡在生物醫學研究中的重要角色。

參考資料：

• Kruger, D. H., Schneck, P., & Gelderblom, H. R. (2000). Helmut Ruska and the visualisation of viruses. Lancet, 355(9216), 1713–1717.
• Ruska, E. (1986, December 8). The development of the electron microscope and of electron microscopy [Nobel Lecture]. Nobel Foundation.
• Helmut Ruska
• Grokipedia: Helmut Ruska

延伸閱讀：

• 用電子照亮世界──電子顯微鏡如何帶來科學革命(1)
• 用電子照亮世界──電子顯微鏡如何帶來科學革命(2)