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聲波的負折射現象

科景_96
・2011/02/09 ・781字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 574 ・九年級
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Original publish date:Aug 17, 2004

編輯 tslim 報導

加拿大科學家發現聲波在聲子物質(phononic material)中也有負折射現象.

過去十年, 研究人員致力於發展一種所謂的聲子物質, 這種物質可以用來阻隔掉特定波長的聲波. University of Manitoba, Canada的John Page及其同僚將直徑0.8毫米的碳化鎢珠子浸在水中堆排成三維陣列, 形成一個聲子晶體. 大約1MHz左右的聲波, 也就是波長大約接近珠子的直徑, 無法穿透這個結構. Page表示, 這是由於珠子的大小及其排列結構使得所有散射的聲波剛好都產生破壞性干涉.

在2004年7月9日發行的Physical Review Letters中, 研究人員更發表了一個令人驚訝的結果. 當聲波在1.6MHz時, 以小波源產生的聲波穿過聲子物質後仍然會持續地擴散開來. 但是在1.57MHz時, 聲波卻是朝不同的方向傳播, 也就是聲子物質使聲波重新聚焦成一點.

Page解釋道, 形成這種負折射現象的成因跟1MHz的聲波無法通過晶體的原因一樣. 只是在這種情況下, 在大部分的方向都產生破壞性干涉, 除了朝向聚焦點的方向外. 在聲子物質上, 只要聲波的頻率稍微地改變, 干涉的圖樣就會有很大的變化. 不像在一般的物質上, 干涉圖樣的變化是漸漸地發生的. 研究人員也提出了一套訊號透過聲子晶體傳播的理論模型, 並且與實驗結果相當吻合.

超聲波影像通常使用透鏡形狀的物質將聲波聚焦. Page表示, 聲子晶體將可使解析度改善到接近超聲波波長的範圍, 也就是大約1毫米或更小, 這是傳統的超聲波影像所無法達到的. 因此, 此種物質在醫學及工程上都可以有很好的應用.

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Mar 30, 2007] 超級透鏡讓顯微鏡看得更清楚
  • [Apr 07, 2004] 當光子晶體遇上不使光發散的狹縫
  • [Apr 07, 2003] 負折射率物質論戰終告段落
  • [Apr 20, 2001] 負折射率的物質
  • [Oct 30, 2000] 聲波團團轉

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    科景_96
    426 篇文章 ・ 7 位粉絲
    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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    肺癌不只是抽菸惹禍!PM2.5、油煙、腸道菌失衡全都中,TW01 益生菌提升肺部保護力!
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2025/05/07 ・2808字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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    本文與 江欣樺營養師 合作,泛科學企劃執行。

    肺癌連四冠 成為台灣十大癌症之首的背後原因

    根據衛福部國民健康署於 2024 年 12 月公布的最新數據,肺癌已穩居台灣十大癌症榜首。這不只是發生人數最高,更同時擁有死亡率最高、晚期發現比例最高、醫療費用最高等三項不名譽的紀錄,可說是名副其實的「癌症四冠王」。

    肺癌不只是台灣十大癌症榜首,更同時是發生人數最高、死亡率最高、晚期發現比例最高、醫療費用最高的疾病。圖 / unsplash

    肺癌新確診人數在過去十年中持續上升,尤其在 2022 年 7 月政府推動肺癌篩檢政策後,越來越多過去未被發現的病例被篩檢出來。這項針對高風險族群的篩檢措施,有助於提高早期發現的比例,但也凸顯出台灣肺癌潛藏病例數量之大。

    過去,大腸直腸癌曾長期穩居癌症發生率第一位,如今退居第二位,仍值得高度關注。不過,肺癌的快速上升與普及化趨勢,則反映出不僅吸菸者受影響,越來越多不吸菸卻罹患肺癌的人也在增加,使得肺癌防治策略面臨新的挑戰。

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    基因變異遇上空污 PM2.5:台灣肺癌高發生率的雙重危機

    在肺癌逐年升溫的背後,科學家持續探究其背後的成因。其中,一篇刊登於《Cell》2020 年 7 月號的研究引起了國際關注。這項研究由中央研究院團隊主導,聯合臺灣大學、臺北醫學大學及臺中榮總等單位共同完成,發現一種名為「APOBEC 變異」的基因特徵,可能與臺灣女性罹患肺癌發生率偏高有關。該變異會影響細胞內 DNA 的穩定性,使其更容易累積損傷並進一步發展為癌症,這項研究也讓人們開始重新思考肺癌與遺傳體質之間的關聯性。

    除了基因之外,環境因素依然是不可忽視的關鍵。2023 年 4 月《Nature》的一篇封面故事則指出,空氣污染對肺癌的影響,可能不是直接造成新的 DNA 突變,而是透過誘發「慢性發炎」的機制,促使原本已帶有變異的細胞被「喚醒」並增殖形成腫瘤。這如同將原本處於沉睡狀態的壞細胞,因長期的空氣污染刺激而被激活。

    由此可見,預防癌症的策略或許不應僅著重於防止癌細胞的「產生」,更重要的是避免讓它們「活化」。這也代表預防策略的重點,正從過去單純的「避免基因突變」,轉向同時「減少發炎反應」。而導致這些發炎與突變的因素,其實仍然是我們熟悉的環境污染源,例如 PM2.5、香菸二手煙、油煙與室內空氣品質等。

    值得注意的是,這種風險機制並不只侷限於肺癌。大腸直腸癌的發生同樣與基因變異及環境因子的交互作用密切相關,顯示癌症成因不再是單一來源,而是多層次、需整合多面向來防範的健康議題。

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    遠離肺部發炎:從廚房油煙到腸道保健的肺癌預防關鍵

    在空氣品質頻頻亮紅燈的臺灣,要保護肺部健康,關鍵就在於避開引發發炎反應的因子。國民健康署明確指出,「吸菸」仍是肺癌最主要的危險因子,佔所有患者的七至八成。然而,非吸菸者也絕不能掉以輕心,二手菸、交通廢氣、PM2.5 等空氣污染物,同樣是導致肺部慢性發炎的重要元凶。

    肺癌元凶不只有吸菸,空污也是一大原因。圖 / unsplash

    此外,有一項常被忽略卻與肺癌風險高度相關的危險因子,來自我們每天的廚房——烹飪油煙。國民健康署指出,臺灣女性長期暴露於烹飪油煙中,罹患肺癌的風險不容忽視,尤其是在長時間未使用抽油煙機的情況下。國民健康署指出,未使用抽油煙機的非吸菸女性,其肺癌風險竟比有使用者高出約8.3倍。這項數據提醒我們,日常看似平常的行為,可能正是健康風險的關鍵所在。

    除了遠離風險因子,江欣樺營養師也提出,從「腸道」著手是提升免疫力、降低全身發炎反應的新方向。維持腸道健康不僅能調節整體免疫系統,更與肺部的發炎反應息息相關。以益生菌株 TW01 為例,研究指出它能有效抵達腸道內的免疫關鍵區域——貝爾斑(Peyer’s patch),調節 T 細胞中 TH1 與 TH2 的平衡,有助於緩解過度的免疫反應或過敏現象。

    此外,TW01 菌株也能促進B細胞分泌 IgA 免疫球蛋白,強化腸道黏膜層的保護力,減少「腸漏」的發生,進而間接保護其他器官免受炎症的侵擾。更令人關注的是,該菌株亦在研究中展現抑制大腸癌細胞的潛力,對於目前台灣排名第二的大腸直腸癌,可能提供另一層預防上的助力。

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    國民健康署指出,未使用抽油煙機的非吸菸女性,其肺癌風險竟比有使用者高出約8.3倍。圖 / shutterstock

    TW01 益生菌對抗肺癌:從腸-肺軸線降低空污引發的肺損傷

    腸道與肺部之間存在一條重要的生理連結,稱為「腸-肺軸線」。今年初發表於《Nutrients》期刊的一項臺灣研究指出,TW01 益生菌能透過腸-肺軸線機制,從腸道出發,間接守護我們的肺部健康。研究結果顯示,TW01 益生菌有三大關鍵作用:首先,有助於減輕空污 PM2.5 所造成的肺損傷;其次,可降低肺部發炎物質(如 TNF-α、IL-6、IL-10 等);第三,降低肺纖維化,主要透過調節 TGF-β1/Smad 信號傳導來達成。

    其實,腸道與其他器官之間也存在類似的「軸線」關係,例如腸-腦軸線影響情緒與睡眠,腸-皮膚軸線與皮膚狀況密切相關。這些軸線代表著腸道菌叢的健康與代謝活動,很容易影響到其他器官。反過來,器官之間的影響同樣是雙向的——空污中的 PM2.5 不只損害肺部,也會擾亂腸道菌相,甚至引發「腸漏症」,讓體內毒素再次回到肺部,進一步惡化發炎反應。

    預防肺癌、對抗 PM2.5,從 TW01 益生菌構築更健康的防線

    面對癌症這個複雜的敵人,我們或許無法改變基因,但我們可以從每天的選擇中,建立更堅固的健康防線。越來越多研究顯示,身體各個器官並非獨立運作,而是彼此緊密串聯——肺與腸的關聯,正是一個明顯的例子。從腸道微生物的平衡,到肺部的免疫狀態,生活中的每一項小習慣,其實都可能悄悄影響著我們罹癌的風險。

    空氣品質意識、健康飲食內容、規律運動習慣、定期健康檢查,這些看似平凡的日常行為,正是最切實且有效的預防行動。特別在台灣,肺癌與大腸癌長期高居發生率前兩名,更提醒我們——預防不能等到症狀出現才開始,而應該從日常做起。

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    胃鏡進場、無需開刀!訂書針縫胃手術縫出健康胃
    careonline_96
    ・2025/05/09 ・2380字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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    圖 / 照護線上

    「有位二十多歲的女士,在生產後合併壓力性肥胖,進食量真的很大。」新悅美型醫學診所院長劉家嘉醫師表示,「因為健康檢查顯示有脂肪肝,且肝功能及膽固醇偏高,再加上大食量,自己藉由飲食和運動的效果一直很有限,所以讓她決心積極尋找醫學方式來治療她的肥胖問題。

    經過詳細和病患討論後,她決定接受訂書針縫胃手術,利用胃鏡於胃內進行胃部體積縮小,幫助減少進食量。劉家嘉醫師說,術後不久,她已減少了 14 公斤,肝功能已恢復正常,目前仍持續追蹤與控制中,相信3個月即可順利達到理想體重。」

    肥胖可能導致很多併發症,包括糖尿病、高血壓、高血脂、脂肪肝、心血管疾病、睡眠呼吸中止症、性功能障礙、不孕、膝關節退化等,而且還會增加罹患乳癌、大腸癌等多種癌症的風險。此外,肥胖會增加日後發生憂鬱症之風險,憂鬱症本身也會增加肥胖的發生率。建議肥胖者應減重,改善其憂鬱情緒及增加憂鬱症之緩解率[1]

    積極減重幫助減少肥胖併發症
    圖 / 照護線上

    台灣 2017-2020 年「國民營養健康狀況變遷調查」顯示 18 歲以上成人過重及肥胖盛行率攀升至 50.3%[2]。透過醫療專業介入,積極減重能夠減少許多的併發症。劉家嘉醫師表示,首先要仔細找出造成肥胖的原因,並搭配營養調整、適度運動。如果無法藉由飲食、運動有效減重,可能就要考慮使用藥物、胃鏡減重手術、外科減重手術等方式。

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    劉家嘉醫師說,利用胃鏡進行減重手術的方法有幾種,包含胃內肉毒注射治療,胃內水球植入術、訂書針縫胃手術、胃鏡縫胃(又稱內視鏡袖狀胃成形術,或者無痕胃拉提,或者胃鏡縮胃,英文簡稱 ESG)等。因為每人肥胖成因不同,劉家嘉醫師建議,一定要先了解病患肥胖的原因並進行完整的術前檢查,排除不適合的禁忌症族群,選擇適合的治療方式,效果最佳。

    訂書針縫胃手術、內視鏡袖狀胃成形術ESG此兩種方式,是利用特殊器械套在胃鏡上,從患者嘴巴進到胃裡,無皮膚傷口,從胃內進行縫合,縮小胃容量。訂書針縫胃手術是以類似訂書針的方式固定胃壁,胃鏡縫胃(無痕胃拉提)是以類似縫束的方式縫合胃壁。劉家嘉醫師說,此兩種手術的器械與手術方法不同,因此也適用於不同的族群。

    訂書針縫胃手術步驟解析

    訂書針縫胃手術會在全身麻醉下進行,醫師操作一套特殊的手術平臺 IOP,將器械送入胃內進行縫合。劉家嘉醫師解釋,首先會利用一支大組織夾抓取欲縫合的胃壁組織,然後再利用特殊針頭穿線並使用鈦鎳合金的金屬板(稱為 snowshoe 雪靴)扣住,有點類似「訂書針」概念,將欲縫合的胃壁組織固定在一起,進而有效縮小胃部容量。

    訂書針縫胃手術步驟解析
    圖 / 照護線上

    醫師會重複上述動作,一處一處把胃壁組織訂起來。劉家嘉醫師說,依照亞洲患者的體型,平均大約使用 6 至 8 組 snowshoes 固定板即可完成縮小胃部容積,此手術通常可在 30 分鐘內完成,待麻醉恢復後,患者便可恢復正常的活動。術後的飲食會從清流質開始,再逐步進入低渣飲食、一般食物。由於胃部仍有細微傷口,請務必依照指示服藥。

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    接受訂書針縫胃手術後,胃容積可縮小 50% 至 70%,幫助患者減少食量。劉家嘉醫師說,根據研究,若能搭配飲食、運動,醫學研究顯示術後一年約可降低總體重的 18%~20%。

    訂書針縫胃特點解析
    圖 / 照護線上

    「訂書針縫胃手術不會切除胃部,不會在體表留下傷口,疼痛較少,恢復期較短,且可顯著減少胃容量,幫助食量較大的患者控制飲食。」劉家嘉醫師說,「術後患者一定要做好飲食控制、規律運動,才能達到最佳的減重成效,並避免復胖!」

    筆記重點整理

    • 肥胖可能導致很多併發症,包括糖尿病、高血壓、高血脂、脂肪肝、心血管疾病、睡眠呼吸中止症、性功能障礙、不孕、關節退化等,而且還會增加罹患乳癌、大腸癌等多種癌症的風險。
    • 透過醫療專業介入,積極減重能夠減少許多的併發症。要仔細找出造成肥胖的原因,並搭配營養調整、適度運動。如果無法藉由飲食、運動有效減重,可能就要考慮使用藥物、胃鏡減重手術、外科減重手術等方式。
    • 訂書針縫胃手術會在全身麻醉下進行,醫師操作一套特殊的手術平臺,將器械送入胃內進行縫合。訂書針縫胃手術不會切除胃部,不會在體表留下傷口,疼痛較少,恢復期較短。
    • 接受訂書針縫胃手術後,胃容積可縮小 50% 至 70%,幫助患者減少食量。根據研究,若能搭配飲食、運動,術後一年約可降低總體重的 18%~20%。
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    月子中心群聚風險高!一人感染呼吸道融合病毒(RSV)可傳五人,寶寶最危險
    careonline_96
    ・2025/05/07 ・2274字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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    圖 / 照護線上

    「年紀越小,感染病毒與併發重症的風險就越高!尤其是未滿六個月前的嬰兒」台中榮民總醫院兒科主任陳伯彥醫師表示,對新生嬰幼兒來說,因為免疫系統尚在發育,容易受到各種病毒的威脅。在後疫情時代,群聚感染更是需要慎重看待的議題。

    群聚感染指的是在同一環境中,至少有兩名或以上人員先後出現相似症狀或感染同一病原,這容易造成病毒快速且具規模的傳播,常發生於月子中心等產後護理之家、幼兒園、長照機構等場所。陳伯彥醫師提到,現在很多產後護理機構都美輪美奐,重視舒適環境與設備,有許多共用空間與團康活動。但因為人流複雜、若陪伴探望家屬有輕微症狀、家中有大寶等都可能讓病毒入侵,若無妥善做到分區照護與管控,群聚感染就很容易爆發。

    嬰幼兒最常見感染病毒RSV 傳染力極高

    常見的嬰幼兒群聚感染病毒包括呼吸道融合病毒、COVID-19、流感病毒、腸病毒、輪狀病毒、流行性腦脊髓膜炎等。其中以呼吸道融合病毒(Respiratory syncytial virus, RSV)最為常見。陳伯彥醫師表示,研究統計資料表示,約九成嬰幼兒在2歲前都有感染過 RSV,因 RSV 具有高度傳染性,一名感染者可傳染給五位,主要透過飛沫與接觸等方式傳染。從觀察來看,台灣一年四季都有案例,其中在夏秋兩季達到高峰,四、五月雨季也會多一些。

    嬰幼兒慎防呼吸道融合病毒
    圖 / 照護線上

    RSV 無終生免疫 嬰幼兒重症嚴重恐致命 

    陳伯彥醫師指出,每個人都可能感染 RSV,不過兩歲以下的嬰幼兒、早產兒與慢性肺病、先天性心臟等高風險族群更容易因感染併發急重症,住院比例很高。特別是感染 RSV 後也不會產生終生免疫,仍有機會再次感染。

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    感染 RSV 的常見初期症狀包括鼻塞、咳嗽、喉嚨痛、發燒等。因嬰幼兒的氣管細小,容易因為 RSV 感染而堵塞,造成嬰幼兒出現喘鳴、發出咻咻聲、呼吸急促甚至呼吸窘迫、發紺等情況。RSV 潛伏期約3天,病程進展快速,從像感冒的症狀演變成重症不到一週,容易導致下呼吸道感染,發展成細支氣管炎、肺炎等嚴重併發症,若心肺功能較差,還會危及生命。部分患者可能出現續發性的細菌感染或中耳炎,讓整個住院治療時間拖更長,短則十天,嚴重者甚至要在加護病房接受插管治療,治療期間可能長達兩週以上。

    對於 RSV 感染後的治療,陳伯彥醫師表示,考量到嬰兒身體發育狀況,擴張劑、類固醇、與抗生素這些治療方式都不建議使用,主要採取支持性療法,給予氧氣、補充水分及營養,慢慢對抗病毒。「因為RSV沒有特效藥來專門治療,目前的防治策略是大力呼籲預防勝於治療。」

    呼吸道融合病毒預防勝於治療
    圖 / 照護線上

    由於成人在感染 RSV 後的症狀較輕微,可能在不知不覺中將病毒傳染給嬰幼兒。建議家長、照顧者要戴口罩、勤洗手,特別是嬰幼兒容易有唾液、鼻涕沾附物體,環境加強消毒非常重要,也可檢視托嬰機構是否有做好消毒與分區照護控制管理。另一方面,可以選擇替嬰幼兒施打單株抗體。陳伯彥醫師說明,目前尚無嬰幼兒使用的 RSV 疫苗,單株抗體與疫苗不同,是直接打抗體到身體提供保護。雖然保護期比起疫苗透過抗原產生的自發抗體較短,但對於容易受到急重症威脅的嬰幼兒是非常重要的有效防護措施。

    呼吸道融合病毒預防重點提醒
    圖 / 照護線上

    群聚感染高風險環境 接種單株抗體保護嬰幼兒

    目前除了針對早產兒、慢性肺病、先天性心臟病等高風險族群,有健保的短效型單株抗體之外,也已有可適用於一般嬰幼兒的自費長效型單株抗體,單次施打提供六個月以上的保護力,可以在嬰幼兒免疫系統發育期給予及時支援。根據臨床數據,健康嬰兒施打長效型單株抗體後,可減少併發重症,並降低八成住院率,家長也免於工作請假日夜看顧,大幅減輕照護壓力和經濟負擔。

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    陳伯彥醫師表示,國外會在明顯的 RSV 流行季來臨前替嬰幼兒接種。但台灣無顯著的流行季,且考量 RSV 的高傳染性與後續健康威脅,建議高風險族群一定要盡早施打。此外,父母送嬰幼兒送到月子中心或托嬰機構等群聚感染高風險的場所之前,都可以考慮接種單株抗體,以降低感染與重症的風險。萬一不幸發生 RSV 群聚感染,也可以盡快施打,能快速產生肺部保護性抗體,降低急重症產生。

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