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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
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    人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

    本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

    營養品的吸收率如何?

    藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

    你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

    當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

    首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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    你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

    為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

    自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

    還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

    除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

    隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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    出身決定了你的成就嗎?科學家怎麼看待優生學?——《為何信任科學》
    貓頭鷹出版社_96
    ・2024/05/24 ・1605字 ・閱讀時間約 3 分鐘

    社會主義遺傳學家對優生學的反對,根植於他們的政治觀點,但即使不是社會主義者(或社會主義科學家),也可以看出優生學研究中的瑕疵。具體來說,很多遺傳學家都指出把基因與結果混為一談的謬誤。如艾倫所說,偉大的英國統計學家皮爾森本身支持優生學,卻強烈批評 ERO 的工作,認為他們「構想和執行都草率又懶散,和科學平常的嚴謹一點都不像。」

    美國遺傳學家詹寧斯任教於約翰霍普金斯大學,他在一九三○年發表了著名的《人類本質的生物基礎》。看書名會以為他同意遺傳決定論的論述,但書中討論了基因與環境交互作用的科學案例。詹寧斯反對遺傳決定論,他寫道:

    文明是從人的遺傳組成與環境的交互作用之中產生的,環境包括知識、發明與傳統。改變後面這些因素會對文化系統造成劇烈的影響,這在歷史上已經發生過很多次⋯⋯沒有一個文化系統能單純從遺傳組成中發展出來。

    他也反對環境決定論:

    (環境決定論者認為)只要把任何人丟到差異夠大的不同環境,接受不同的訓練和指導,每個人都能成為⋯⋯「醫生、律師、商人、領袖」⋯⋯對於這樣的言之鑿鑿,生物學不予置評。有見地的生物學觀點會補充⋯⋯儘管任何正常人只要在人生早期有得到適當引導都能成為醫生,不過要達成這個結果,每個人需要的待遇不同。

    圖/envato

    優生學學者在邏輯上和方法上犯了許多錯誤,包括過度受到沒有言明的假定影響( 「暗含此意,但不明說」),忽略反對其立場的證據,並且「在發現某些結論有誤之後,還是深信不疑」。詹寧斯特別批判所謂的「並非由實驗判斷的謬誤」,並指出幾乎所有人對遺傳和演化都有一些想法,而正因如此「把預設觀念先放一旁,以實驗證據為基礎建立觀點,才更形重要。」

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    但大多數優生學主義者沒有做到這點,他們堅持預設的想法,忽略與之不符的證據。詹寧斯還指出一個常見的問題,現在稱為「排除中間解謬誤」:因為某些表徵證實可以遺傳,就假定所有表徵都是遺傳而來;或反之,認為所有事情都是環境影響。這讓人回想起錢柏林的話:「當實際上有許多因素時,卻錯把事情歸於單一因素。」

    對詹寧斯來說,先天/後天辯論的答案很清楚,就是都有。他在一九二四年的一篇論文中表明這點,他拿物品來類比:

    對任何物體來說,無論是一塊鋼材、一塊冰塊、一部機器、一個生物體,組成物體的材質和這個物體所處的環境都很重要。在相同環境下不同材質的表現會不同,在不同環境下相同材質的表現也會不同⋯⋯任何事都不會單單由物品的材質或環境而構成,永遠都需要綜合考量。

    生物體也是如此,「個體是在基因和環境條件的互動下產生的,因此同樣的基因在不同環境下,可能造就不同的人格特質。」優生學註定會失敗,因為「行為必然與環境相關,不能只以基因論之。一組特定的基因在某個環境下可能導致犯罪,在其他環境下可能造就一個有用的公民。」

    詹寧斯只是一例,如果篇幅允許,這類批評我們還可以講很多。以果蠅基因研究獲得諾貝爾獎的摩根在一九二○年代便強調,比起選擇性生育,社會改革可以更快達成優生學主義者想要的改變。很多非科學家也從方法學上或倫理上提出反對。(其他國家也有很多反對聲音,在此沒有討論。)重點是優生學是政治運動,它許多重要的面向都與科學理解有衝突,優生學並沒有得到科學家的共識。

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    We have been authorized by Princeton University Press to use this conten. 該內容由普林斯頓大學出版社授權使用

    ——本文摘自《為何信任科學:科學的歷史、哲學、政治與社會學觀點》,2024 年 04 月,貓頭鷹出版,未經同意請勿轉載。

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    貓頭鷹出版社_96
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    貓頭鷹自 1992 年創立,初期以單卷式主題工具書為出版重心,逐步成為各類知識的展演舞台,尤其著力於科學科技、歷史人文與整理台灣物種等非虛構主題。以下分四項簡介:一、引介國際知名經典作品如西蒙.德.波娃《第二性》(法文譯家邱瑞鑾全文翻譯)、達爾文傳世經典《物種源始》、國際科技趨勢大師KK凱文.凱利《科技想要什麼》《必然》與《釋控》、法國史學大師巴森《從黎明到衰頹》、瑞典漢學家林西莉《漢字的故事》等。二、開發優秀中文創作品如腦科學家謝伯讓《大腦簡史》、羅一鈞《心之谷》、張隆志組織新生代未來史家撰寫《跨越世紀的信號》大系、婦運先驅顧燕翎《女性主義經典選讀》、翁佳音暨曹銘宗合著《吃的台灣史》等。三、也售出版權及翻譯稿至全世界。四、同時長期投入資源整理台灣物種,並以圖鑑形式陸續出版,如《台灣原生植物全圖鑑》計八卷九巨冊、《台灣蛇類圖鑑》、《台灣行道樹圖鑑》等,叫好又叫座。冀望讀者在愉悅中閱讀並感受知識的美好是貓頭鷹永續經營的宗旨。

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    高血壓可能和腎臟有關!新療法從血管下手!
    careonline_96
    ・2024/05/24 ・2417字 ・閱讀時間約 5 分鐘

    周邊血管學會成立,聚焦高血壓新療法腎動脈交感神經阻斷術,與下肢動脈血管治療趨勢

    「大多數人都不知道,高血壓可能跟腎臟有關!」馬偕紀念醫院心臟內科資深主治醫師李應湘醫師表示,「腎臟的功能不是只有排尿,它也是調控血壓的器官。某些患者的高血壓可以透過調控腎臟,而有效改善血壓的控制。歐洲高血壓學會、美國介入醫學會等皆已將高血壓導管治療列為控制高血壓的方式之一。」

    高血壓的盛行率相當高,18 歲以上的人口中大概四分之一有高血壓,40 歲以上的人口中大概三分之一有高血壓,65 歲以上的人口中大概二分之一有高血壓。李應湘醫師指出,由於大多數的高血壓都沒有症狀,所以很多患者都不曉得自己有高血壓。

    雖然沒有明顯症狀,但是高血壓會對全身血管造成傷害,而導致中風、心肌梗塞、主動脈剝離、視網膜病變、腎臟病變等嚴重併發症。

    穩定控制血壓 避免器官受傷害

    發現高血壓時,一定要積極處理,才能降低併發症的風險。台灣周邊血管學會理事長暨中國醫藥大學附設醫院周邊血管科主任徐中和醫師表示,想要控制血壓必須多管齊下,包括飲食要少鹽少糖、規律運動、維持理想體重等非藥物的方法,然後可以利用各種機轉的藥物達到控制血壓的效果。

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    「藥物治療的成效與治療順從度有很大的關係。」李應湘醫師說,「只要願意吃藥、按時吃藥,大部分患者的血壓可以維持一段時間內達標。但是看似簡單的動作,其實長期並不容易維持。臨床上可能有八成以上的患者,會因為各式各樣的原因而沒有完全依照指示服藥。」

    高血壓導管治療的發展,有機會克服治療順從度的問題。徐中和理事長說,根據臨床試驗的結果,腎動脈交感神經阻斷術的效果能夠維持多年,多數患者只要做一次,就能達到長期舒緩血壓的效果。

    隨著年紀增加,患者往往會有多種慢性病,而服用越來越多的藥物。李應湘醫師說,如果利用高血壓導管治療來控制血壓,患者就有機會能少吃一些藥,也能降低藥物發生交互作用的機會。

    根據研究,部分高血壓患者的成因與交感神經、腎臟荷爾蒙有關,腎動脈交感神經阻斷術(Renal Denervation,RDN)就是直接針對源頭做治療。李應湘醫師解釋,腎動脈交感神經阻斷術是微創導管手術,一般會從腹股溝處的股動脈穿刺,然後將導管延伸到腎動脈,確認位置後便可利用高頻電波阻斷交感神經,手術時間短、傷口小且術後復原快。

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    高血壓導管治療步驟

    台灣的高血壓導管治療已經累積超過 450 例,在全球扮演領先的角色。李應湘醫師說,長期追蹤的結果顯示,腎動脈交感神經阻斷術的安全性高,風險與檢查性心導管差不多,僅少數患者會在打針處術後出現瘀青的狀況。患者血壓的下降平均可達 13 mmHg,藥物的使用也可以減少。

    已有許多臨床指南建議將腎動脈交感神經阻斷術作為高血壓處置選擇之一。徐中和理事長說,台灣周邊血管學會特別成立腎臟介入委員會,希望幫助交流臨床經驗,持續推廣高血壓導管治療。

    下肢動脈血管介入治療趨勢

    盡量以不放支架的方式,維持下肢動脈暢通

    處理周邊動脈阻塞性疾病亦是周邊血管介入治療的重要任務,針對下肢動脈血管介入治療,目前是朝「leave nothing behind」的方向發展。徐中和理事長指出,由於下肢關節的活動度大,如果放置血管支架,支架容易受到擠壓,而且支架也會遇到再狹窄的問題,所以會希望盡量利用不放支架的方式來維持血管暢通。

    大腿的血液主要由一條動脈來供應,當動脈狹窄、阻塞時,一般是用氣球擴張把血管打通,但是單純採用氣球擴張,後續再度狹窄的機率會比較高。在治療 6 個月後,超過四、五成的病人有再狹窄的狀況。徐中和理事長說,為了降低再狹窄的機率,目前可以使用塗藥球囊導管。塗藥球囊導管撐開後能夠將藥物塗在血管病變處,抑制血管內皮細胞增生,降低血管再狹窄的機會。

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    使用傳統的導管氣球撐開血管時,血管可能出現剝離的狀況,造成血管損傷。如果出現剝離,就只能置放血管支架。徐中和理事長說,為了降低血管剝離的機會,可以考慮使用巧克力球囊導管。巧克力球囊導管具有鎳合金限制結構,讓氣球鼓起時,形狀類似一塊一塊的巧克力。巧克力球囊導管可以較均勻的撐開血管,避免氣球擴張時的壓力差,幫助預防血管剝離,減少血管支架的置放。

    台灣周邊血管學會持續推廣血管介入治療

    隨著科技的進步,血管介入的應用範圍越來越廣。徐中和理事長說,台灣周邊血管學會成立的目標就是推廣各種血管介入治療,包括腎動脈交感神經阻斷術、周邊動脈阻塞的治療、以攝護腺動脈栓塞治療良性攝護腺肥大、透過治療外陰動脈狹窄改善性功能障礙等。

    台灣周邊血管學會定期舉辦國際會議,與世界各國的專家交流,同時也舉辦各種教育訓練,讓更多醫師能夠熟悉血管介入治療的進展,讓更多的患者能夠受惠於越來越進步的血管介入治療!

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