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鋰、鉬、硒奈米線化學感應器

科景_96
・2011/02/09 ・556字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 579 ・九年級
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Original publish date:Aug 25, 2004

編輯 HCC 報導

加州大學戴維斯分校化學系的研究發現由鋰、鉬與硒原子製造的奈米線,暴露於有機溶劑蒸汽時,電阻值呈現兩倍的變化。研究人員將此奈米線置於兩個導體之間,製造了一個簡易的化學感應器。

化學系助理教授Frank Osterloh的研究團隊將化學基與奈米線連接,對感應器進行修改,使之能量測溶液的酸度。該團隊正在研究是否能擴展感應器的程式化特性,進而偵測炸藥或環境污染物例如飲水中的鉛。

Frank認為因為奈米材料能組成僅幾個原子大小的結構,只要幾個化學分子就能觸發反應,奈米材料物理性質對化學環境的改變經常變化相當的大,所以奈米材料非常適合於化學感應器的應用。因此利用奈米科技,可以製造進行環境監測、食物安全或保全應用的新型化學感應器。

原始論文發表於228th national meeting of the American Chemical Society in Philadelphia, Aug. 22-26。

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Aug 22, 2010] 以可撓曲之3D奈米場效電晶體做為局部生物探針
  • [Aug 15, 2003] 偵測塑膠炸藥的新裝置
  • [Jul 17, 2003] 奈米碳管微型氣體偵測器
  • [Nov 23, 2002] 偵測微量爆破物質蒸氣的新技術

  • 文章難易度
    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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    【成語科學】以管窺天:視野狹隘才看得清楚!「窺管」是怎麼幫助古人觀測星空的?
    張之傑_96
    ・2023/09/29 ・1018字 ・閱讀時間約 2 分鐘

    這個成語出自《莊子》秋水篇。戰國時,公孫龍自認學問、口才高人一等,可是聽到莊子的言論卻大惑不解。他的一位朋友說,是他眼界狹小,有如用管子看天,只能看到天空的一小部分,以為天空就這麼小。

    後來「以管窺天」演變成一個成語,比喻見識淺薄狹窄。談到這裡,讓我們造兩個句吧。

    沒讀幾本書,就說自己了解明史,猶如以管窺天,所知太有限了。

    這篇討論新冠肺炎的論文,只是以管窺天,並沒看到問題的全貌。

    成語「以管窺天」,常和「以蠡測海」並用。蠡,指用葫蘆做的瓢。用瓢測量海水,能測得完嗎?以蠡測海,也是比喻見識淺薄狹窄。

    成語「以蠡測海」,純粹是個比喻,沒什麼科學意義。成語「以管窺天」則不然,原來用來窺天的「管」,是古人的天文觀測儀器啊!

    古時沒有望遠鏡,只能用肉眼觀看星空。用肉眼觀測大範圍的天象尚能應付,觀測細微的天象就不敷需要了,所以古人想出一個辦法,用竹管的管孔來縮小觀測範圍,這種觀測天象的管子,特稱「窺管」。

    窺管。圖/Wikimedia

    窺管能「窺」出什麼呢?首先,能夠消除側光的影響,一些較暗的星,看起來就變亮了。小朋友可以做個實驗,用手握出個孔洞,湊近一隻眼睛,望向遠處目標,是不是看得更清楚了。

    窺管除了可以增加亮度,還可以觀測星星的經度和緯度,這就得談談古代的天文觀測儀器渾儀。大約西元前 1 世紀,古人發明了渾儀。渾儀由 1 至 3 重的金屬環構成,外重是固定的,內重可以轉動,窺管嵌於其中。後來環數加多,構造變得複雜,但基本原理是一樣的。

    自古以來,天文學家就假想「天」是個球體——天球,做為觀察星空的依據。假想中的天球,是以地球為中心、向外擴充的無限大球面。地球的南北極,向外擴充,就成為天球南北極;地球的赤道,向外擴充,就成為天球赤道。地球有經緯度,天球也有經緯度,稱為赤經、赤緯。

    北京古觀象台的渾儀。圖/Wikimedia

    根據《隋書.天文志》,當時渾儀上的窺管,長 8 尺,有直徑 1 寸的圓孔。觀測時,轉動內層的環,將窺管導向某一星星,經過微調,根據環上的刻度,就可以定出這顆星星在天球上的座標,也就是它的經緯度。

    張之傑_96
    98 篇文章 ・ 221 位粉絲
    張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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    鹿皮能幹麻?荷蘭對日的鹿皮貿易政策如何影響台灣——《島嶼歷史超展開》
    春山出版
    ・2023/09/29 ・3507字 ・閱讀時間約 7 分鐘

    今日當我們購買衣飾時,會考慮是否使用「真皮」物件,但這在二十世紀之前是不用思考的事情。

    日本的鹿皮需求

    二十世紀塑膠化學產業的革命性進展,幾乎完全取代了人類數千年來所使用的包覆物質。今日許多以塑膠製作的包覆材料、衣料等,過去都必須使用生物材質製作。十六世紀晚期,隨著日本戰國邁入大型會戰時代,上至公侯統帥,下至一般步兵,都需披盔戴甲投入作戰之中。鹿皮為種種此類武裝用具的基本材料,從鋪墊、包覆,到製作成皮繩、靴襪、刀柄等,都能應用。而這樣的武具本身,除戰爭耗損外,也需時時更新。這就導致日本產生了空前大量的鹿皮需求。日本列島本身難以完全供應,於是商人便前往東南亞產鹿地區收購,將本求利。

    江戶時代的盔甲。圖/Wikimedia

    十七世紀時,合法的出海貿易商船均有領取朱印狀(蓋上紅色印章的官方許可狀),因此稱作朱印船。這些商船前往暹羅、柬埔寨、呂宋甚至爪哇,除了藉此取得中國貨物之外,當地所產的鹿皮,也成為必買之物。鹿皮量體較大,頗為笨重,非金銀、香料、絲綢等奢侈品可比。前往暹羅、柬埔寨的日本朱印船,因航程較遠,故船體較大,才堪勝任。西、葡人則較荷蘭人更早投入此一貿易。

    西、葡搶佔先機,荷蘭該如何重啟對日貿易?

    荷蘭人進入臺灣時,目標是推展中日轉口貿易,與澳門、馬尼拉、廣南等中日會合貿易港競爭。但荷蘭人與中國供應商關係的好壞,起初有一段時間是隨著鄭芝龍的官運起伏升降,直到一六三四年之後才穩定下來(參見第四章)。對日貿易關係方面則要面對日商末次平藏、濱田彌兵衛一黨的競爭,兩方在「大員事件」(又稱「濱田彌兵衛事件」)武裝衝突中,受到幕府責怪。因此,荷蘭人在一六二九至一六三二年間,幾乎被逐出日本。

    荷蘭人在 1629~1632 年間,幾乎被逐出日本。圖/Giphy

    豈知日本因想禁絕天主教而鎖國,一六三四年起,逐漸排除了信奉天主教的西、葡兩國人參與日本貿易, 一六三五年更禁止朱印船繼續出國。這給了改奉基督新教的荷蘭人一個擴張中日轉口貿易的大好機會。此外,暹羅在一六三○年發生政變,為舊皇室傭兵的日本僑民領袖山田長政(1590-1630)失勢,引發新王撲殺日人,並導致原先由日人壟斷的暹羅鹿皮出口戛然而止。這對於好不容易在一六三二年重啟對日貿易的荷蘭人來說,卻是天賜良機,開始積極開發由其他產鹿地區銷售鹿皮至日本的市場。一六三三至一六三六年間,荷蘭人在臺持續征伐原住民的各個村落,其實都是為了不讓原住民阻礙唐人前往內陸獵鹿。

    荷蘭東印度公司的鹿皮壟斷行動

    在一六三二年,新港人曾想攻擊目加溜灣人而向熱蘭遮城的荷蘭當局請求援助,卻遭到回絕。可是當一六三三年日本再度開放荷蘭人前去貿易的消息傳到臺灣,荷蘭當局隨即開始計劃攻打目加溜灣背後的靠山麻荳。一六三三年底,荷蘭當局藉由出征小琉球的軍事行動,已先拉攏了新港人與蕭壠人(容許他們在聯軍出征時,砍取小琉球人頭顱)。

    一六三五年夏季,巴達維亞派赴臺灣的增援兵力抵達,加上麻荳與蕭壠此時正受到疫病肆虐,荷蘭人遂決定在同年十一月出征麻荳,燒毀房舍田園,擊垮了整個村落。消息傳遍臺南一帶,大武壠人聞風後立即表示願與荷蘭結盟。不久,台江內海周遭的新港、蕭壠、麻荳、目加溜灣、哆囉國,都承認了荷蘭當局的權威,將其土地讓渡給荷蘭共和國。在所有這些村落的獵場範圍內,獲得荷蘭東印度公司允許的唐人都可以獵鹿剝皮取肉。而早在一六三四年底,公司即規定唐人除了公司以外,不得向其他對象出售鹿皮。

    荷蘭人燒毀麻荳的房舍田園,擊垮了整個村落示威。圖/Giphy

    如前文所述,荷蘭東印度公司是希望趁暹羅鹿皮出口中止時,快速從臺灣取得鹿皮以供應日本市場,於是保護唐人大舉進入臺灣原住民的獵場獵鹿。為了取得更多鹿皮,僅僅是開放台江內海周邊這些原住民村落的獵場已經不夠,唐人不斷北進到現在的雲林、嘉義,大約於一六三六年進入了位於濁水溪沖積扇虎尾壠人的獵場。結果,虎尾壠人積極阻擋唐人進入他們的獵場,甚至集結戰士前往魍港,警告在芙列辛根堡駐紮的荷蘭士兵。不只如此,虎尾壠人也與少數不服從荷蘭人的唐人合作,將鹿皮、鹿肉出口走私出去,以打破荷蘭人的壟斷收購政策,這些都是因為虎尾壠村「從水路難以侵入」,所以居民有恃無恐的關係。

    虎尾壠村所在的彰化平原,當時是從水路很難抵達的地方,但由二林(前述加哩林)的一小片海岸南下走水路到魍港的話,仍能利用魍港進出口貨物。荷蘭人的勢力依靠芙列辛根堡據守,僅能顧及魍港周邊,卻難以到達虎尾壠。

    獵場爭奪,鹿死誰手?

    結果在必須供應鹿皮的壓力之下,熱蘭遮城的荷蘭長官分別於一六三七年與一六三八年,兩度率軍發動遠征,長途跋涉。第一次是強行燒毀當地原住民秋收後的稻穀(包括二千二百座房舍),第二次則是逮捕了為首反抗的四位原住民領袖和一個唐人領袖,以制止他們繼續殺死唐人,保衛鹿場。

    鹿皮。圖/臺灣歷史博物館

    一六四○年,唐人與原住民之間因為獵鹿問題又起爭端,荷蘭東印度公司於是在一六四一年發動第三次征討,這次征討迫使虎尾壠派出代表前往熱蘭遮城簽訂條約,保證日後不再傷害公司的員工或公司結盟的對象。一六四二年,公司再度發兵第四次遠征虎尾壠,足足破壞了彰化平原的九個村社,以盡量將滯留於彰化平原、不受公司管控的唐人走私者、盜獵者掃除。

    約略與此同時,亦即一六四二年前後,公司藉由與暹羅當地唐人合作,而能取得暹羅所出口的鹿皮。暹羅鹿皮本來就較臺灣鹿皮的品質更好,在日本的售價更高。既然已經沒有擴大臺灣鹿皮出口的強烈需要,公司此後就沒有很強的動機要繼續往北擴張其影響力。後來,因為中國明清交替的緣故,沿海控制不穩,開始有海盜於臺灣沿海出沒、甚至進入島內,公司於是決定趁著鞏固了雞籠與淡水的基地,派軍深入貓羅溪流域企圖掃蕩唐人海盜。

    西台灣最後防線——水路難及之地

    一六四四年,公司派出彭恩(Pieter Boon)上尉率軍進入大肚人的領域,搜捕唐人海盜,並希望將該區域納入統治之中;但最後於一六四五年僅換得大肚領袖承諾讓公司人員安全通過這個區域而已。大抵而言,除了必須阻擋不受公司控制的唐人進入此一區域以外,大肚人仍然維持自治狀態。

    由上述可知,與小琉球人相比,位於水路難及之處的虎尾壠人與大肚人,手中握有更多與荷蘭人對抗的籌碼。荷軍四度出兵攻打虎尾壠,這是因為虎尾壠人四度違抗荷蘭當局保衛他們的獵場。當時從大員出征虎尾壠,由水路迫近到底有多困難?以一六三八年出征的情況為例,當初遠征共派出二百一十名士兵,乘坐在四十八艘舢舨上,也就是每艘舢舨約乘坐四到五人。在路途中尚須將舢舨拖行越過淤淺的水道,可見這是吃水非常淺、可能不足一公尺的小船。

    由於水道淤淺,荷蘭人難以由水路進入虎尾壠。圖/Giphy

    同樣的,一六四二年那場遠征,出動三百一十人,乘坐三十三艘舢舨,亦即每艘約乘載九到十人,船型較上次征伐稍大但吃水仍很淺。兩次征伐都是從北港溪口上溯至水深無法航行的地區後,再走至少一天的行程。這就說明了,虎尾壠村無法由沿岸沙灘靠岸後即登陸進入。相反的,由於無法由海灘進入,不得不採取溯溪的做法,而其位置距離舢舨溯溪停止處都還有一天的步行距離,不可謂距海不遠。

    至於後來一六四五年彭恩上尉率隊進入大肚人居地的路線,並非由大員北上,而是由淡水南下,走水路先進入大甲溪,才進入其領域。倘若不考慮東岸的情況,就整個西海岸來說,大肚人的領域是最後才被荷蘭人所壓制。最重要的因素,仍然是水路難以接近此地。

    ——本文摘自《島嶼歷史超展開》,2023 年 8 月,春山出版,未經同意請勿轉載。

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    鑑識故事系列:縮水頭顱是美洲原民或樹懶?
    胡中行_96
    ・2023/09/28 ・1933字 ・閱讀時間約 4 分鐘

    住在祕魯北部和厄瓜多東部的 Jivaro 原住民,傳統上會製作一種叫作 tsantsa 的人頭標本。位於波蘭華沙的國家民族誌博物館(State Ethnographic Museum),收藏了 3 顆;該國克拉科夫的亞捷隆大學(Jagiellonian University)醫學院法醫系博物館,也有 1 顆。然而,沒有人知道它們確切的來源。[1]

    20 世紀初的 Jivaro 原住民。圖/U.S. Bureau of American Ethnology on Wikimedia Commons(Public Domain)

    Tsantsa 的功能

    Jivaro 原住民有 4 個語言雷同的分支:Shuar、Achuar、Aguaruna 與 Huambisa。他們的血緣和風俗相近,都會獵人頭,並加以處理保存。除了助長作物豐收,Jivaro 原住民原本製作 tsantsa 的主要目的,是將敵人的靈魂困在頭顱裡,以免他們報復自己,或是投胎轉世後傷害家人。不過,到了 19 世紀下半葉,外來的經濟誘因開始出現:Jivaro 原住民把 tsantsa 當作貨幣,跟白人收藏家以物易物。因而升高的獵殺率,甚至造成部落間關係緊張。[1]

    Tsantsa 的製作

    敵方的男女、兒童,都可能成為 tsantsa 的材料。通常在獵完人頭,返家途中暫住的營區,進行以下製作步驟:[1]

    1. 沿鎖骨劃 V 字,將頭取下。[1]
    2. 把頭浸入河水,以分離被肌肉與肌腱連結在顱骨上的皮膚。[1]
    3. 用刀剝下連帶頭髮的皮膚,並丟棄顱骨和眼珠。[1, 2]
    4. 以滾水煮髮膚,30 分鐘至 2 小時不等。重複 3 次後,掛在矛上晾乾。[1]
    5. 縫起嘴和眼瞼,並用棉花塞鼻孔。[1]
    6. 在皮囊中填入沙和卵石。[1]
    7. 火燻皮膚,使之變黑又硬化;或者用炭灰抹皮膚,再拿加熱過的刀燙乾嘴唇。[1]

    整個程序為期 2 至 3 天。烹煮約使皮囊縮成 3 分之 1;而所有步驟都完成後,則僅剩原本人頭的 4 分之 1,也就是拳頭般大。反之,頭髮的長度不受影響,所以搭起來就是長髮蓋小頭的模樣。[1]

    贗品猖獗

    歐洲市場帶來的商業利益,造成其他人跟風仿製,材料不僅來自不同人種的死屍,也常使用樹懶或猴子的頭。同時,Jivaro 族的美洲原住民,本來就會製作樹懶 tsantsa,補償成功殺敵卻沒獵到人頭的勇士,或是當作男童的成年賀禮。因此,目前推估各家博物館和私人蒐藏的 tsantsa,八成均為贗品,不是真的美洲原住民人頭。1990 年代,已經有科學家以製作工法辨識真偽,揪出許多假貨,然而可靠的程度還是不如基因檢測。[1]

    辨識真偽

    編號 1 至 3 號的 tsantsa,外型傳統,屬於波蘭國家民族誌博物館。其中 2 號源於秘魯,1 和 3 則來自厄瓜多,分別於 1934 和 1950 年購入。而亞捷隆大學的法醫系,在 19 世紀 70、80 年代,曾經嘗試仿效,所以頭髮經過修剪的 4 號,說不定是他們自製的成品。[1]儘管事隔多時,就算查出背景資料有誤,大概也不會去追究有無商業詐欺或盜屍刑責,亞捷隆大學法醫系的團隊還是認真地調查真相。

    波蘭國家民族誌博物館的 1 至 3 號;亞捷隆大學的 4 號 tsantsa。圖/參考資料 1,Figure 1(CC BY 4.0)

    他們用 99.8 % 的乙醇,擦拭 4 顆標本的皮膚外層數次。拿無菌的拋棄式解剖刀片平切,再從脖子內部割下 0.5 平方公分大,0.1 公分厚的樣本,鑑定基因。另外,又用鑷子拔了些頭髮,放在光學顯微鏡下觀察,所得結果如下:[1]

    由左至右,為 1 到 4 號放大 40 倍的頭髮樣本。圖/參考資料 1,Figure 2(CC BY 4.0)

    這些頭髮的髮根也許不好拔,或者在當初的製作過程中,早已被高溫破壞,所以在顯微鏡下怎麼也看不到。不過中央的髓質佔髮幹不到 1/3 的寬度,又斷斷續續,組織結構與人類頭髮吻合。皮膚樣本的染色體,也證實 4 顆 tsantsa 都屬於人類。[1]齒釉蛋白基因(amelogenin gene)在 X 與 Y 染色體上的差異,則可知 2 號為女性,其餘皆是男性。[1, 3]1 和 3 號為南美洲厄瓜多的原住民,而且有一樣的 Y 染色體 DNA 單倍型類群 Q1a2-M3,意味著能追溯至共同的男性祖先。相較之下,2 號缺乏明確結論。至於 4 號,也就是據說為仿製成品的那顆,屬於具有 Y 染色體 DNA 單倍型類群 I2 的東南歐洲血統,與美洲原住民無關。[1]

    2017 年,波蘭亞捷隆大學的團隊在《國際法醫期刊》(International Journal of Legal Medicine),分享上述研究成果。他們建議辨別 tsantsa 的真偽時,不要只是分析製作方式,最好與基因檢測並用。畢竟傳統的製作技術有多種版本,而贗品也可能模仿得維妙維肖。[1]

      

    參考資料

    1. Piniewska D, Sanak M, Wojtas M, et al. (2017) ‘The genetic evidence for human origin of Jivaroan shrunken heads in collections from the Polish museums’. International Journal of Legal Medicine, 131, 643–650.
    2. Shrunken heads’. Pitt Rivers Museum, University of Oxford, U.K. (Accessed on 22 SEP 2023)
    3. Dash HR, Rawat N, Das S. (2020) ‘Alternatives to amelogenin markers for sex determination in humans and their forensic relevance’. Molecular Biology Reports, 47, 2347–2360.
    胡中行_96
    151 篇文章 ・ 54 位粉絲
    曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。