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兩款高解析度螢光顯微鏡

科景_96
・2011/02/09 ・1213字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 602 ・九年級
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Original publish date:Nov 24, 2004

編輯 tslim 報導

兩組研究團隊分別開發出兩款解析度小於10奈米的高解析度螢光顯微鏡.

螢光顯微鏡是利用某一波長的雷射激發樣品而產生不同波長的螢光. 因此, 它應該是一個可以在不干擾蛋白質的情況下, 用來觀察蛋白質的利器. 然而, 一般的螢光顯微鏡最大的問題在於它的解析度只有半個波長左右, 也就是大約250到300奈米. 而蛋白質的平均大小卻只有1到10奈米左右.

為了克服這個問題, 研究人員曾使用原子力顯微鏡(AFM)的針頭來提高螢光訊號, 也就是所謂的掃描式近場光學顯微鏡(SNOM). 他們把針尖擺在螢光顯微鏡的激發雷射光的焦點處, 也就是在樣品的正上方, 然後讓樣品去做掃描. 就像尖端放電的原理一樣, 在針尖處的電場的強度大大地增強, 進而使螢光的強度也增強. 雖然這個方法可以解析影像接近10奈米, 但是所得到的影像品質卻相當差. 這是由於金屬針尖會”撲滅”(quench)或者是將螢光染料分子上的受激電子傳導出去, 而阻止光子發射的緣故.

在California Institute of Technology in Pasadena的Gerton及其同僚使用上下擺動的針頭, 並在最低點時針尖短暫與樣品接觸. 他們發現當針尖接觸樣品時, 螢光的訊號與背景訊號的對比大約是沒有接觸只用雷射激發時的20倍左右. 雖然理論上, 金屬針尖可以產生更大的增強效果, 但他們還是選擇使用矽針頭, 以避免”撲滅”效應. 用此來掃描5奈米大的半導體奈米晶體, 他們可以得到小於10奈米大小的解析度. 這個結果發表在2004年10月29日的Physical Review Letters中.

另一種AFM形式的裝置是直接把雷射光打進光纖中, 再用光纖去照射激發樣品. 這樣的方法可以減低背景的螢光. 這樣的顯微鏡通常對微弱的螢光訊號有較高的靈敏度, 但是其空間解析度卻較差. 在Max Planck Institute for Biochemistry in Martinsried, Germany的 Heinrich Frey及其同僚則同時結合了靈敏度及解析度. 他們將一鍍上金屬的針頭擺在100奈米寬的玻璃光纖上. 先用雷射光打入光纖中, 雷射光在光纖出口處產生的近場光透過針頭的基部傳到針尖處, 並激發在針尖處的樣品. 他們的樣品是兩端附有染料分子的DNA分子. 雖然他們仍然遭遇到”撲滅”效應的問題, 但低背景噪音的訊號仍使他們可以清楚地解析出兩個相距小於10奈米的染料分子, 而他們更宣稱他們的方法應該還可以得到更高的解析度. 這個結果發表在2004年11月10日的Physical Review Letters中.

The University of Rochester in New York的Lukas Novotny表示, 這兩組研究團隊的結果都相當突出, 因為他們所得到的影像品質都相當好. 他們證實了用針尖去增強螢光訊號的方法在單分子的等級是行得通的.

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Aug 14, 2006] 再近一點—手掌擒拿術看見蛋白質
  • [Feb 12, 2005] 奈米粒子的量化毒性測試
  • [May 09, 2003] 用AFM的針頭移動原子
  • [Mar 08, 2002] 利用原子力顯微鏡發展奈米蛋白質陣列
  • [Aug 04, 2001] 微鏡技術更進一步
  • [Jul 19, 2001] 原子顯微鏡:更新的發展

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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

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    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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    「科學」能有價值觀嗎?堅持「客觀」反而讓民眾失去信任?——《為何信任科學》
    貓頭鷹出版社_96
    ・2024/05/26 ・3357字 ・閱讀時間約 6 分鐘

    科學這門事業並非價值中立,個別科學家也不是。沒有任何人可以真正做到價值中立,當科學家這樣講自己,人們會覺得他們虛偽,因為那是不可能的。除非他們是白痴學者或超級天真,不然就是不誠實。然而誠實、開放和透明又被認為是科學研究的核心價值。科學家怎麼可能同時做到誠實,又說他們沒有自己的價值觀?如果科學家要堅守誠信,同時卻讓大眾誤解他們的角色(就算不是故意的),這會讓他們的事業出現根本的矛盾。

    可能有人會反駁,科學家並不是說他們沒有自己的價值觀,只是不會允許這些價值觀影響到科學工作。這種論述不可能證明對或錯,但社會科學研究和一般常識都顯示這不太可能。這就把我們帶到下一個問題,不知為何長久以來都沒有人認真討論一件事,但它卻是許多美國人不信任科學的核心因素:要說科學是價值中立的,多少是在說它沒有價值,至少除了創造知識以外沒有其他價值,而這很容易就變成在說科學家沒有價值信念。當然不是這樣,但如果科學家不願意討論他們的價值觀,就會給人一種印象,認為他們的價值觀有問題,所以才需要遮遮掩掩,或認為他們根本就沒有價值信念。你會相信一個沒有價值信念的人嗎?

    我在第二章提出了一個問題:忽視科學主張但最終發現它是對的,風險是什麼?相比之下,相信一個錯誤的科學主張,風險又是什麼?回答這個問題必須仰賴價值。我和康威合著的《販賣懷疑的人》提到,氣候科學所引起的爭辯,幾乎都是價值上的爭辯。很多有影響力的人物在一九八○和一九九○年代相信,政府干預市場的政治風險是如此之大,超越了氣候變遷的風險,因此他們懷疑、蔑視,甚至否認後者的科學證據。這些立場由自由主義智庫繼承,得到共和黨支持,演變成共和黨支持者很多都否認氣候變遷,只是有些積極、有些消極;然後再演變成很多質疑「大政府」的人都懷疑氣候變遷,包括商人、長者、福音派基督徒、住在美國鄉下的人。

    即使氣候變遷的證據不斷累積,懷疑論者還是堅稱,就算氣候真的有在變遷,情況也不會太嚴重,或者不是「我們造成的」。因為如果事情真的很嚴重而且是我們造成的,那我們就應該採取行動,可能需要政府以某種方式管制。如此一來,否認氣候變遷逐漸變成美式生活的常態,先是否認證據,最終否認事實。這個問題非常嚴重,但是對於氣候變遷否認者秉持的價值,不能一網打盡說是錯的。

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    共和黨支持者很多都否認氣候變遷。圖/giphy

    我們可以討論大政府和小政府的優缺、市場管制不足或過度管制的風險,但任何這類討論都(至少在某種程度上)是從價值出發。如果要開誠布公討論這個話題,就必須討論我們的價值觀。不同的人面對同樣的風險,可能有不同的想法,不代表他們就是愚笨或腐敗。人為氣候變遷的科學證據很清楚,疫苗不會導致自閉症很清楚,使用牙線有益健康也很清楚。但價值觀導致許多人拒絕接受證據指出的事情。

    回到剛才的問題:你會相信一個沒有價值信念的人嗎?答案當然是不會,這種人是反社會人格。你也不會相信那些擁抱你所厭惡的價值的人。但如果你認為,某個人的價值觀起碼部分與你相似,就算不盡相同,你可能就比較願意聽聽他的想法,接受他說法的一部分。因此,無論價值中立是否能讓一個主張在知識論上比較站得住腳,可以確定的是它在現實中沒有用,不能以此確保溝通、建立信任的連結

    科學寫作的主流寫法不只試圖隱藏作者的價值觀,也把他們的人性一同抹煞了。價值觀隱藏、情緒不得伸張、避免使用形容詞,甚至連「我」這個字都無形中禁止了,即便論文只有單一作者也一樣。理想的科學論文寫得好像作者沒有價值觀或感覺,甚至好像作者根本不是人,這都是為了表現出客觀。

    圖/envato

    科學家可能覺得根本沒辦法讓否認氣候變遷和相信地球年紀是 6000 年的人相信他們。或許這是真的。我曾經公開表示對於要如何跟千禧世代交流感到非常絕望,他們之中有些人聽信末世論,認為世界就要毀滅了,幹麻還擔心氣候變遷?但當我陷入絕望,隔天幾位記者就告訴我怎樣才能透過基督教價值和教導打動這些人。他們建議我從價值觀下手,社會科學研究也支持這種想法。

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    結論

    科學家壓抑自己的價值觀,堅持科學是價值中立的,這是一條歧路。他們認為人們如果相信科學沒有價值觀,就會相信他們,但這是錯的。

    墨頓顯然這樣想,但他可能是錯的,或許反過來才是對的。原因如下:

    政治與社會觀念保守的基督徒、自由主義者、共和黨人拒絕相信演化論和人為氣候變遷,大部分分析都聚焦在科學家與這些人之間的價值衝突。但我相信,驅動大多數科學家的價值觀,還是和大多數美國人的價值觀有重疊之處,包括多數的保守派和宗教信徒。近來有一些科學家開始公開聲明他們的價值觀,我認為部分原因是,他們深信這些價值觀確實得到廣泛接納,可以作為信任連結的基礎。 我認為他們是對的。

    我認識的大部分科學家都想要預防疾病、促進人類健康、透過創新和發現來強化經濟、保護美國與全世界美麗的大自然。前共和黨議員殷格利斯講得很有說服力,他談到他和海洋生物學家一同造訪大堡礁,他們肩並肩站著,欣賞珊瑚礁周邊生物撼人的美麗。殷格利斯了解到一件事:他看到「創造」,科學家看到「生物多樣性」,但他們實際上看到的、在意的、珍惜的,是同一件事。

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    我好喜歡這個故事,因為多數人至少都在某方面珍愛自然。不同背景的美國人都曾造訪國家公園和森林,去健行、釣魚、露營、開車、攝影、漫遊、抱怨,雖然從事不同活動,但美景與體驗帶來了共同的喜悅。儘管如此,我們對人類與自然世界的關係,確實有不一樣的想法。有些人想要在冬日的黃石公園騎雪上摩托車,有些人想要安靜休養。幾乎所有美國人都說他們相信自由,然而我們對這個詞的理解卻嚴重分歧,也很難同意該把哪一類自由看得最重要。柏林有句名言:狼的自由可能代表羊的死亡。同意「自由」這個詞意義並不大。

    宗教歷史學家普羅特勞指出,猶太人、天主教徒和新教教徒都相信十誡,但是版本差距之大,令人吃驚。例如天主教放棄了不可崇拜偶像,而猶太教與新教徒堅守此道。天主教因此少了一條戒律,只剩九條很奇怪,於是他們把最後一條一分為二,變成第九條是不可貪圖鄰人之妻,第十條是不可貪圖其他東西。儘管如此,美國人中超過 70% 都信奉這三個宗教,他們都還是認同不可殺人、偷竊、通姦或做偽證,也相信我們應該崇拜唯一真神、不可妄稱神的名、守安息日、孝敬父母。伊斯蘭教也同意這些,只是比這三個宗教更加強調慈善:課(zakat),也就是施捨,是五大支柱之一。不過,看看 zakat 這個字和希伯來文中的 tzedakah 多麼相似,tzedakah 代表慈善施予,是猶太生活的道德義務。慈善也是基督教的核心價值,虔誠的摩門教徒會繳納什一奉獻。

    在很多政治議題上我們意見相左,但我們的核心價值大部分都重疊。釐清這些我們都同意的部分,並解釋它們和科學研究的關聯,我們就有機會克服盛行的懷疑論與對科學的不信任,尤其是因價值受到衝擊而產生的不信任。

    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
    65 篇文章 ・ 26 位粉絲
    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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    連結世界的革命性發明:山謬.摩斯(Samuel Morse)與電報
    數感實驗室_96
    ・2024/05/26 ・648字 ・閱讀時間約 1 分鐘

    本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

    每個人都有自己的特長,有些人擅長理工科,有些人則有著藝術天份。但擅長一件事並不僅僅取決於天賦,還可能與個性、興趣或生活經歷有關。今天我們要介紹的主角就是一個很好的例子。他不僅是電報的發明家,消除了空間的隔閡,讓遠方的人們能瞬間被拉近,從這個角度來看,他是一位科學家、工程師。但其實他還有另一個身分,是一位偉大的畫家。沒錯,他就是山謬.摩斯(Samuel Morse)。

    摩斯發明了電報,徹底改變了通信的速度,將全世界緊緊地拉在一起。不只如此,就像現在流行短影音,大家就會想辦法把內容擠在很短的時間內說出來。電報發明後,為了要讓訊息能有效被傳遞出去,人們的溝通方式也因此轉變。史學家 Garry Will 就認為電報因為不能傳太多字,這種強制性的簡潔,影響了林肯的演說風格,他著名的《蓋茲堡演說》簡潔有力,就是一個最好的例子。

    一個偉大的發明,連副作用都這麼強大,改變了人們的溝通習慣。摩斯的成就不僅是在科技領域,更是在影響人們的文化和溝通方式上留下了深遠的影響。

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    數感實驗室_96
    63 篇文章 ・ 42 位粉絲
    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/