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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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    為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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    本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

    昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

    皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

    要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

    然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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    在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

    對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

    然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

    長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

    從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

    面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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    腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

    在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

    科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

    在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

    然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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    最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

    了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

    重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

    睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

    這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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    與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

    與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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    肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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    本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

    在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

    首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

    更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

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    IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

    肺部為何會變成「菜瓜布」?

    為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

    「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

    身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

    科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

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    雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

    雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

    打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

    面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

    然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

    這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

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    找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

    為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

    為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

    1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
    2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
    3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

    簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

    全球臨床試驗帶來的新希望

    近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

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    最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

    必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


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    告別心悸與中風危機!心房顫動新剋星「脈衝場消融術」精準、快速又安全
    careonline_96
    ・2026/08/06 ・795字 ・閱讀時間約 1 分鐘
    相關標籤: 代謝 (30)

    脈衝場消融術(PFA)–擺脫心房顫動的新選擇!

    心房顫動會增加5倍中風風險!新一代脈衝場消融術(PFA)以高壓電脈衝精準破壞異常心肌,將手術大幅縮短至2小時內,並降低周圍組織損傷,提供更安全快速的治療新選擇。

    心房顫動是最常見的心律不整。由於心房發出紊亂的電訊號,導致心跳不規則,無法有效地將血液輸送到全身。發作時,患者可能感到心悸、呼吸急促、疲倦或頭暈,也有人毫無症狀。然而,心房顫動患者發生中風的風險是一般人的五倍,如果沒有積極接受治療,甚至可能導致心臟衰竭。因此,無論有無明顯症狀,都應及早就醫。

    目前,導管消融術搭配藥物同步進行,已成為心房顫動的第一線治療。傳統手術利用熱能或冷凍來阻斷異常訊號,而新一代的「脈衝場消融術」(PFA)則是利用極短時間釋放高壓電脈衝,使目標心肌細胞膜形成微小孔洞,精準地破壞異常細胞,同時減少對食道、膈神經等周圍組織的傷害。

    手術中,醫生會在腹股溝處置入導管,在3D立體定位系統的引導下,將導管延伸至左心房,進行「肺靜脈隔離術」來阻斷異常電訊號。導管放電一次能完成環形區域消融,相較於傳統電燒的逐點消融方式,PFA可更快速、更精準進行治療。手術時間也從傳統的3小時,大幅縮短至1-2小時內。

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    心房顫動越早進行評估與消融治療,有助於維持正常心律。請與醫師詳細討論,依個人狀況選擇合適的治療方式。

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