縱橫閂（crossbar latch）–下一代納米電路器件?

「那無疑是我從沒嚐過的味道」，論文的第一兼通訊作者 Jonathan David Blutinger 回想起初期的失敗，委婉地承認：「其實不難吃，只是與眾不同。我們畢竟不是米其林大廚。」^[1]所幸皇天不負苦心人，在多次修正後，美國哥倫比亞大學的團隊，終於做出原料一樣，但是不再坍塌的蛋糕，並於 2023 年 3 月的《npj 食品科學》（npj Science of Food）期刊上分享食譜。^[2]

3D 列印蛋糕的食譜

研究團隊的終極目標，是希望將來任何人均能用簡單的軟體烹飪，3D 列印再雷射加熱，創造經濟、健康且美味的餐點。他們選擇的食材相當普遍，全部都從美國紐約的 Appletree Market 超商購買。^[2]

材料

Skippy 花生醬、J.M. Smucker 草莓果醬、Nutella 榛果巧克力醬、Betty Crocker 糖霜、Krasdale櫻桃淋醬、拿叉子搗爛的香蕉泥；以及用食物調理機攪 2 分鐘製成的全麥餅乾糊（8 塊全麥餅乾、2 湯匙的牛油和 4 茶匙的水）。^[2]

步驟

（1）冷藏材料，使其變得濃稠，以穩定結構。^[2]

（2）把各種材料灌入分別的 7 支針筒（30ml；14 gauge）。^[2]

（3）將針筒裝進特製的 3D 食物印表機。^[2]

（4）把壓克力餐盤擺在 3D 印表機下，盛接針筒擠出的條狀物。其直徑約 1.5 毫米，會逐漸累積出蛋糕的半成品。^[2]

（5）論文有寫到運用藍光和紅外線，為蛋糕加熱。不過，實驗方法的段落，僅提及 3D 印表機附設的藍光雷射二極體（blue laser diode），也就是下圖中黑色的長方體。^[2]

從上面的影片，可見早期幾個版本的蛋糕，非常容易崩垮。^[2]研究團隊於是依據物質受力變形時，展現的黏性和彈性特質，即黏彈性（viscoelasticity），將食材分為「結構」與「填料」兩類，並在軟體中改變設計：^{[2, 3]}用結構性強的全麥餅乾糊，作為蛋糕各層的形狀基礎，又以花生醬和榛果巧克力醬輔助支撐，再填入其他相對柔軟的原料。最後，他們調整 3D 印表機的針筒高度，並減緩列印的速度。如此擠出來的流體，尾端便不會蜷曲。能避免繩捲效應（coiling effect或rope-coil effect），破壞蛋糕表面的平整。要不然有時會出現本文開頭的圖組中，最末一塊蛋糕那種毛躁的外貌。^[2]

3D 列印食品的推廣

目前 3D 列印食物尚未普及，此蛋糕的成形有如曇花一現。這一方面是基於科技新穎，懂得操作的人還少；另方面則因為這種印表機索價不菲，不是誰都玩得起。如果要商業化，研究團隊認為得採取 Gillette 刮鬍刀和 Nespresso 咖啡機的經營模式：壓低主要產品本身的價格，後續再從耗材獲利。換句話說，廠商賣出廉價的 3D 食物印表機，之後消費者就會以零買或長期訂購的模式，購買列印用的食譜和食物匣。食物匣的內容物，發展空間多元。除了碎肉和花生醬等泥狀物；也能推出醬油、橄欖油等液體；食鹽與胡椒之類的顆粒；還有百里香或香芹這類碎片等，任何可食用的東西。^[2]

此外，在薄利多銷和產品開發的同時，也要提升大眾的接受度。偏好天然食材，或是不信任食品產業，都是對 3D 食物列印存有疑慮的原因。研究團隊提出的解方，是宣傳它的好處，例如：精準調配營養，不浪費材料；降低能源耗損；以及客製化的食譜等。^[2]當然，似乎也就避而不談犧牲纖維質，以求列印順暢等問題。^[1]總之，他們描繪出科技烹飪的美好願景，並且排除萬難，要讓飲食邁向全新時代。倘若有天上述的市場成熟，產品賣相比論文中的蛋糕誘人，您會願意品嚐嗎？

致謝

特別感謝許凱勝先生協助確認技術細節。

參考資料

1. Sample I. (22 MAR 2023) ‘Have your cake and print it: the 3D culinary revolution is coming’. The Guardian.
2. Blutinger, J.D., Cooper, C.C., Karthik, S. et al. (2023) ‘The future of software-controlled cooking’. npj Science of Food, 7, 6.
3. Gan H, LAM Y. (2008). ‘Viscoelasticity’. In: Li, D. (eds) Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics. Springer, Boston, MA.

• 作者／ 白映俞 醫師
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「醫生，我最近頭暈暈的，痛痛的。」喬老闆說。

「平常在家會量血壓嗎？」醫師問：「你剛剛到院的時候，血壓量起來很高呢！有 192/118 毫米汞柱。」

「平常我都沒有不舒服，怎麼可能會沒事量血壓？」喬老闆疑惑地問著。

高血壓常常沒有症狀

首先我們先來認識一下血壓，血壓代表著血液流動時，血管所承受的壓力。大家看到血壓的數值會有兩個，例如 127/83 毫米汞柱這樣的紀錄法；前面那個數字代表「收縮壓」，後一個數字是「舒張壓」。

「收縮壓」代表心臟收縮時血管承受的壓力；「舒張壓」代表心臟放鬆時血管承受的壓力；因為心臟收縮的時候血管會承受高一點的壓力，因此收縮壓會高於舒張壓。在 127/83 毫米汞柱這樣的紀錄法下，我們可知收縮壓為 127 毫米汞柱，舒張壓為 83 毫米汞柱。

健康成人的血壓應該是 120/80 毫米汞柱以內，平常應該要定期測量自己的血壓，因為當高血壓的時候，通常不會有什麼症狀。可是，長期的高血壓會帶來許多身體危害，因為這代表著血液在血管裡流動的時候，力道是過強的，不斷衝擊著血管管壁，血管就會愈來愈不健康。一個人患有高血壓的時間愈久，無論是不知情，或是不想理，總之當從來沒有控制血壓，就會愈危險，帶來愈多的併發症。

接下來我們就來看看高血壓帶來的身體危害。

• 血流不足缺血

原本我們的血管應該是強壯並具有彈性的。然而當血壓大的時候，血管壁持續受到愈高的壓力衝擊，血管壁可能出現微小的撕裂傷，而這些撕裂傷容易引起膽固醇的聚集，當愈來愈多膽固醇卡在血管，血管的通道就變窄，讓血液通行受阻。

血管被卡住的地方愈多，血液愈難無法進入到組織或器官。若這件事情發生在供應心臟的冠狀動脈，會引發心絞痛、心律不整，這就是一般我們講到的「心肌梗塞」，指冠狀動脈被阻塞了，於是血流無法進入到心臟肌肉，心臟肌肉無法收縮做工。

全身上下有許多大大小小的血管，在高血壓的時候，不是只有心臟的血管會被破壞，全身到處的血管都可能被破壞到。像是負責性器官的血管出現阻塞，患者就會有性功能障礙。

延伸閱讀：
心肌梗塞超危急！搶通血路、預防再發，心臟科醫師圖文講解

• 心臟衰竭

血壓高，造成血管壁微小撕裂傷，導致膽固醇聚集阻塞，血管通道變窄，血液行受阻。血液通行受阻的時候，很難將血液送往各個組織與器官，心臟可能就會更費力地工作，不過效率依舊不好，左心室得要賣了老命地用力收縮，想再把血打出去一些，左心室工作這麼累，時間一久就會心臟衰竭，患者很容易喘、容易累，還有水腫情形。

延伸閱讀：
心臟衰竭問題多，8 個迷思要破解！

•  血管瘤

血管持續被高血壓衝擊的時候，血管壁變得弱化，可能就膨出變成一個血管瘤，就像是被撐出一小包氣球的樣貌。當然，這樣的血管瘤本身來說就是個不夠強健的組織，因此當持續的高血壓繼續衝擊著血管壁，會讓血管瘤愈來愈大，有朝一日甚至因為撐得血管壁太薄、撐得太大而破裂，造成致命的內出血問題。

血管瘤的狀況可能出現在身體各處，例如腦部的血管瘤破裂時，會讓人頭部劇烈疼痛，失去意識；在身體腹部的主動脈瘤，則可能讓人摸到一個有脈搏跳動的腫塊，萬一破裂，同樣會造成腹部劇痛並很可能奪人性命。

延伸閱讀：
爆炸性頭痛、頸部很僵硬，當心腦動脈瘤破裂！神經外科醫師圖文詳解

延伸閱讀：
對付困難腹主動脈瘤，血管內固定錨釘很關鍵，心臟血管外科主任圖解說明

• 腎臟功能變差

我們一直說到，高血壓會造成的問題是讓血管承受過高的壓力，導致血管愈來愈不健康，因此血管密集的區域一定會遭受高血壓帶來的破壞，而腎臟就是一個血流豐富的區域，很容易受到高血壓的影響。

腎臟的功能是移除血液中的廢物、調解血量與壓力，製做尿液將廢物排出體外；為了達成這麼繁重的任務，腎臟裡面有密集的小型血管負責各樣工作，於是血壓高會讓負責過濾廢物的血管硬化、受傷，腎臟無法有效率地過濾廢物，工作更形艱困，最後會讓腎臟失能衰竭，喪失過濾廢物的能力。

• 認知障礙、失智、中風

高血壓久了，血管不夠健康，腦部獲取到的血流變少，腦細胞沒法獲取到足量的氧氣、養分，腦細胞死亡速度變快，導致讓人的專注力下降、記憶力變差、很難好好思考，認知功能出現障礙，更嚴重一些會到血管型失智的程度。所以啦，請記得，血管要顧好，腦部才會健康。

假使是動脈粥狀硬化嚴重，血流直接被阻斷，患者有更多腦部功能區失能，就是平常我們說的「腦中風（梗塞型）」；萬一是高血壓導致了腦血管瘤破裂，則會出現出血性的腦中風。無論哪一種，腦部功能都會下降，即使沒有喪命，可能還是會帶來認知障礙及失智的長期問題。

延伸閱讀：
做好這四項，減少失智風險

• 破壞視力與視神經

眼睛構造內有許多細緻精密的血管。眼睛後方的視網膜區負責感光，當這附近的血管因高血壓受損，可能會造成視網膜出血，患者視力變得模糊，甚至完全看不到。而高血壓也會影響供應視神經的血管，讓患者視力變得更差。

別等高血壓造成症狀

高血壓的初期常常沒有症狀，讓人不會特別去注意。然而我們還是要盡量好好控制血壓，畢竟長期失控的血壓會導致身體多重器官受損，最後容易死在相關併發症。想要避免這些併發症，還是要早早從飲食、運動、和藥物做起，並定期測量血壓，了解自己的身體狀況。

血壓多少才OK？有什麼症狀？高血壓最基礎知識（圖解懶人包）

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核二廠已經在 3 月 14 日正式退役，完成 40 年的發電任務；但你知道嗎？還得要再花 25 年，才能完成全部的退役工作。

而高階核廢料 -9620 束的核燃料棒，依照國際原子能總署（IAEA）建議，需要在遠離人類的地方儲存 20 萬年，然而它們至今仍留存在核二廠內，無處可去。

核廢料該何去何從？ 安全嗎？其他國家又是怎麼處理的呢？再者，難道核廢料不能再利用嗎？

核廢料該去何處

相比於其他發電方式，核能發電要退場可不簡單；未來 25 年的旅程中，包含 8 年的停機觀察、12 年的拆除，以及 5 年的觀察及復原階段。在漫長的退役過程中，除了審慎評估核污染的狀況以外，衍生出的核廢料去留，更是大家最關心的事情。

核能發電過程中，所產生的放射性廢棄物主要分兩種：半衰期長，以鈾、鈽、超鈾元素為主的燃料棒，屬於高階核廢料；其餘的核廢料，都屬於低階核廢料，像是發電廠使用的機具和產生的廢液，廠區內受污染的衣物、手套、紙張等。

而存放在蘭嶼「低放射性核廢料貯存場」的，並非是那些處理起來最棘手的燃料棒。實際上，不論是核一廠還是核二廠，真正的高階核廢料現在都正躺在燃料池內。當然，那裡不會是高階核廢料最後該待的地方，只是因為種種因素，導致下一階段的乾式儲存場遲遲未能啟用；核二廠甚至在 1991 年和 2003 年調整、擴充核電廠內的燃料池，才勉強塞進所有燃料棒。現在燃料池內擁擠的情況，一號機最後一批燃料棒甚至因為燃料池空間不足，至今仍卡在反應爐內，無法退出。

雖然不會爆炸，但是放在地表的核燃料棒，真的沒有輻射的風險嗎？在討論輻射量時，除了半衰期外，還要考慮不同元素在衰變時產生的能量大小。高階核廢料中，大約有 95% 是輻射量低，半衰期 45 億年的鈾 -238 與鈾 -235，而在剩餘材料中輻射較強的，是大部分不存在於自然界，因為核反應才誕生的人工產品超鈾元素。例如錼 -237、鈽 -239、鋂 -243 與鋦 -247，這些超鈾元素衰變時產生的輻射能量較大，半衰期也較長，是比較需要警戒的對象。

那這些高階核廢料究竟該到哪呢？根據國際原子能總署（IAEA）對於核廢棄物的管理規範，儲存核廢料時不只應考慮到對人類，還要同時考慮對環境的影響，盡可能減少廢棄物的總量，並確保最終處置場所的安全性。

台灣參考其他國家作法，燃料棒首先會在燃料池內以濕式儲存的方式繼續待數年，確定降溫、反應下降後，轉移到能讓核廢料存放超過 40 年的「乾式儲存場」，再來則是要能建立一個遠離所有生物生存環境的「最終處置場」。

乾式儲存場與最終處置場

這邊我們要先搞清楚，在反應爐中，鈾 235 是因為吸收中子才變得不穩定，進而引發一系列的連鎖反應；當我們拿掉這些亂源中子，鈾 235 是相對穩定的，半衰期甚至長達 7 億年，這也是為什麼鈾 235 能在大自然中存在，至今而沒有因為衰變而消失。

在核廢料儲存階段，還會通過放置大量的中子吸收材料在燃料棒之間，確保高階核廢料產生的中子不會引發連鎖反應。實際上，到了乾式儲存階段，僅有微弱的連鎖反應和自身衰變產生的過程會產生熱量，產生熱的速度光靠空氣的自然流動就能維持穩定。

整個乾式儲存場的設計，在經過層層阻絕後，廠區邊界的輻射標準值為每年 0.05 毫西弗。台灣人平均每年接受的背景輻射劑量約為 1.6 毫西弗，扣掉背景輻射，每年因為醫療、搭飛機所接受的背景輻射建議值建議不超過 1 毫西弗；以乾式儲存場的設計標準來說，其實不需要恐慌。另外，美國核能設備和系統供應商 Holtec 甚至做過時速 965 公里的火箭撞擊試驗，證實自家乾式儲存槽的安全性。

即便如此，有人還是會擔心天災等意外產生不可預期的後果。為了安心，我們是否能找個遠離人類的地方，永遠將這些核廢料藏起來，眼不見為淨呢？

目前國際上普遍認為，核廢料的最終去處將採用深層地質處置；將核廢料埋進 300 公尺以上的深度，數萬年甚至數十萬年。

從 1980 年代就開始，就有不少的地下示範場域進行相關研究；直到現在，預計於明年啟用、位於芬蘭地底 430 公尺的深層地質處置場 Onkalo（芬蘭語中的意思為空腔之意），最有望成為大家參考的對象。為了減少容器的腐蝕現象，核廢料會被裝在含硼的鋼罐中，外面再套一層銅膠囊，並使用膨潤土妥善密封；整座如蟻穴般的儲存場預計可以收納上方核電廠 100 年份的核廢料，並在被塞滿後，將剩餘的通道與設施重新填平。

至於台灣核廢料的最終處置場該設在哪呢？專家評估，核一、核二廠靠近第二類斷層山腳斷層，不適合作為核廢料的最終儲存場所；目前原能會還在調查適合的地點，預計 2038 年才會選定最終場所。

第四代核反應爐

核廢料這個棘手問題，除了封存以外，我們有沒有從根本解決，減少「量」的方法呢？可能還真的有，比爾蓋茲投資開發的第四代核反應爐——行波反應爐有可能可以解決這個問題。

為有效解決核廢料問題，在這個反應爐中，將過去無法作為發電原料的鈾 238 與其他核廢料作為原料。這對核分裂發電廠來說絕對是個好消息！現在的核燃料棒中能參與反應的鈾 235 僅佔 3～5%，其他 95% 都是鮮少參與反應的鈾 238，在自然界中鈾 238 的占比更高達 99.3%，如果行波反應爐可使用鈾 238 作為原料，絕對能大幅減少核廢料與需開採的鈾原料。

除了行波反應爐外，還有許多不需要持續添加核燃料、能循環發電的第四代核反應爐也正在研發當中，像是熔鹽反應爐，以及鈉冷快中子反應爐。

芬蘭深層地質處置場 Onkalo 也引出不同的聲音，畢竟如果未來第四代核電廠真的能將高階核廢料循環再使用，我們現在真的應該將之徹底封死嗎？

最後，我們還是要強調，台灣核一、核二、核三廠最後留下總計約 5000 噸的高階核廢料問題，仍不會改變。但將核廢料埋起來眼不見為淨，真的是最好的辦法嗎？你覺得這些高階核廢料又該如何處理呢？

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