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酵素計算機

科景_96
・2011/02/10 ・1117字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 593 ・九年級

Original publish date:Mar 10, 2006

編輯 wakenstep 報導

以色列希伯來大學的化學家Itamar Willner發展出一套可進行運算的酵素系統—利用兩種酵素組成AND、XOR及InhibAND邏輯閘(logic gates),再透過前二者或後二者的連結來進行二進位加減運算。

組成邏輯閘的兩種酵素為辣根過氧化酶(horseradish peroxidase, HRP)及葡萄糖去氫酶(glucose dehydrogenase, GDH),兩個輸入值(inputs)A、B則分別為過氧化氫(H2O2)和葡萄糖(glucose),若過氧化氫或葡萄糖存在則A或B值為1,否則就是0。HRP能藉由煙醯胺腺嘌呤二核酸(NADH)將H2O2還原成H2O,GDH能用氧化態煙醯胺腺嘌呤二核酸(NAD+)將葡萄糖氧化成葡萄糖酸(gluconic acid)。

H2O2 + NADH —> H2O + NAD+
glucose + NAD+ —> gluconic acid + NADH

當NADH存在時,偵測葡萄糖酸是否產生即可形成一個AND閘。葡萄糖酸與羥胺(hydroxylamine)、Fe(II)形成紅色錯合物,因此由波長500nm吸收度可得知葡萄糖酸產量。只有在(A,B) = (1,1),也就是過氧化氫和葡萄糖都存在的時候,NADH 產生NAD+才能使葡萄糖轉變成葡萄糖酸,得到輸出值為1。(A,B) = (0,1)或(1,0)的狀況下,也就是過氧化氫和葡萄糖兩者中僅一存在的時候,都無法得到葡萄糖酸,因此輸出值為0。這就形成了AND閘。

若一開始就有等量的NADH和NAD+存在,並以NADH在波長340nm的吸收度變化作為輸出值,則只有在(A,B) = (0,1)或(1,0)的時候,才能改變NADH / NAD+的比例,得到輸出值1;若(A,B) = (1,1),則NADH量不變,輸出值為0。此即為XOR閘。至於InhibAND閘,只有(A,B) = (0,1)才能得到輸出值1,其餘皆得到0。作法是一開始只加入NAD+,並在波長340nm偵測NADH的產生。

將AND和XOR閘組合或將XOR和InhibAND組合可分別得到半加器(half-adder)跟半減器(half-subtractor),將兩個一位的二進位數字相加減。Willner更設計出結合前述兩種酵素與葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)、過氧化氫酶(catalase)所形成的四酵素系統,其特點在於可在相同的空間內得到半加器,突破先前AND、XOR閘的容器必須分開的限制。

葡萄糖氧化酶:glucose + O2 —> gluconic acid + H2O2
過氧化氫酶: H2O2 —> O2

過去有不少應用化學分子、超分子做出邏輯閘的前例,但用酵素反應來做運算的實例仍然屈指可數,而有許多的發展空間。Willner認為這種方法可望推廣到各式各樣的酵素,其最終的目的並不在追求高效率的分子電腦,而是可望植入體內,計算複雜的生物代謝途徑,或做藥物傳遞(drug delivery)用途,例如監測病人對藥劑的反應、計算如何釋放藥物到體內需要治療的部位,以提升藥物效率、避免副作用對正常部位的危害,或也可監控細胞生長,阻止細胞過度增生。

原始論文
R. Baron, O. Lioubashevski, E. Katz, T. Niazov, I. Willner, Angew. Chem. Intl. Ed. 2006, 45, 1572

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Aug 06, 2003] 有機分子記憶體
  • [Jun 09, 2001] 分子開關(molecular switches)式電腦記憶體


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    科景_96
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    常見的指甲美容工具、技巧和風險

    胡中行_96
    ・2022/05/19 ・3469字 ・閱讀時間約 7 分鐘

    「我從自然、夢境與超現實的空間,得到許多靈感。由多方汲取,同時又非來自某個源頭。」國際藝術家 Juan Alvear 自白中的不確定性,簡直得請量子物理學家海德堡(Werner Heisenberg)來測量。

    時尚雜誌《Vogue》最近在介紹 Juan Alvear 的時候,配了一幀照片:一隻右手食指的美甲,延伸成一根開出眼眸的銀色荊棘,尺寸約為該手指的四倍長。這件不明所以的作品,創作理念據說是在呈現深夜夢境所帶來的啟發。[1]

    時尚雜誌《Vogue》介紹 Juan Alvear 時,配了一幀照片:一隻右手食指的美甲,延伸成一根開出眼眸的銀色荊棘。圖/Vogue

    近年天馬行空的美甲造型蔚為風潮,連活體昆蟲都被納為材料,赫然突破普羅大眾對「多元媒材」創作的想像。[2], [3]就連風格相對「保守」的藝術家 Juan Alvear,在 Instagram 上也吸引了 5 萬追蹤者,其中包括他的顧客——時尚名媛 Paris Hilton 和英國歌手 Charli XCX。[1]估且不論指甲藝術的花費及其不實用性,單就美觀(或獵奇)的程度,便足以奪取眾人的目光。

    指甲美容的風險

    然而,從安全性的角度來說,進行指甲美容時,究竟得避開哪些危險因子?

    2019 年《臨床與實驗皮膚科學》的〈指甲美容:皮膚科觀點〉以及 2020 年《國際女性皮膚科學期刊》的〈女性指甲健康〉二篇文章,列舉了數種常見的指甲美容商品和技巧,還有它們的健康風險。[4], [5]以下是綜合其他資料後,產出的清單,提供給愛美的泛科學讀者們參考。

    估且不論指甲藝術的花費及其不實用性,單就美觀(或獵奇)的程度,便足以奪取眾人的目光。圖/Vogue

    護甲油

    護甲油(nail strengtheners)可以保護癌症病患因化療而變得脆弱的指甲,所以是極少數受到醫療人員大力推崇的美甲產品之一。[6], [7]護甲油分為「指甲強化油」(nail hardeners,又譯「硬甲油」)與「指甲滋潤油」(nail hydrators)二種。[8]

    指甲強化油又再細分為二類:

    1. 交聯強化油(cross-linking hardeners)以甲醛和鈣質來與指甲中的蛋白質作用,進而提升指甲硬度。[8]甲醛濃度只要 0.006% 就可能導致接觸性皮膚炎,某些廠牌還高達 5%,所以有敏感體質的人,最好避免使用。[4]
    2. 加固強化油(reinforcing hardeners)用尼龍和硫氫基蛋白(sulfhydryl protein)等成份罩住指甲,增強硬度。[8]

    指甲滋潤油

    指甲滋潤油則是以礦物油、甘油、凡士林或蜂蠟等,來達到保養功效。[8]

    指甲油

    歷史上有不少民族,拿植物染料來為指甲上色。1932 年露華濃(Revlon)公司的創始人 Charles Revson,在用硝化纖維(nitrocellulose)製成的透明漆(clear lacquer)裡加入色素,做出第一罐現代指甲油(nail polishes或nail lacquers)。指甲油可透過減緩水份蒸散,來達到保濕功能。[5]

    不過,許多市面上的產品都有添加甲苯磺醯胺-甲醛樹脂(tosylamide/formaldehyde resin),以提升色澤。該原料容易引發接觸性皮膚炎和氣喘,建議體質敏感的讀者,盡量避免。[4], [9]

    除了過敏,塗抹指甲油的副作用,還包括以「假性白指甲」(pseudoleuconychia)樣貌呈現的「角蛋白顆粒化」(keratin granulation),以及指甲變色,嚴重影響外觀,因此不宜長期使用。[5]

    塗抹指甲油的副作用包括過敏、角蛋白顆粒化,以及指甲變色,不適合長期使用。圖/PubMed

    護甲基底油(base coats)算是指甲油的一種,被拿來打底用,目的是使指甲表面平滑,方便接著塗顏色較為鮮亮的指甲油。[10]據說能預防指甲變色,但不是對每個人都有效。[11]

    美甲雕塑

    美甲雕塑(sculptured nails)分為凝膠指甲(gel nails)和水晶指甲(acrylic nails)二種,都是採用液態丙烯酸(acrylate)或甲基丙烯酸(methacrylate)單體製作而成的壓克力顏料。[4], [12], [13]壓克力是手部「搔癢濕疹性皮膚炎」(pruritic eczematous dermatitis)的元兇之一,少數人甚至連臉蛋和脖子都會出現過敏症狀。[4]

    凝膠指甲,亦稱作「光療指甲」(ultraviolet light–curable nail lacquer),特色是持久,又不易脆裂、刮傷。凝膠指甲油這種壓克力顏料,摻有過氧化苯醯(benzoyl peroxide)之類的光引發劑(photoinitiators),塗在指甲或塑膠甲片上,再用 UV (波長340~380 nms)或 LED 光線照射,就會聚合硬化。[4], [12], [13]

    值得注意的是,雖然有些美甲光療機採用 UV 燈,有的則是LED燈,但實際上二種都會釋放出 UV 射線。[14]理論上,這種每次 3 到 5 分鐘,約 2 到 4 週重複一次的美甲行為,不算非常危險。[4]它所帶來的 UV 曝曬量,跟把皮膚曬成古銅色的助曬美容比起來低很多。[14]

    然而,相關研究仍發現,有人因為長年接觸 UV 射線,甲下皮(hyponychium)黏在指甲上,造成「指甲反向胬肉」(pterygium inversum unguis;胬,注音:ㄋㄨˇ),修剪指甲時會痛。[4], [14], [15]還有更嚴重但罕見的情形,就是可能引發「鱗狀細胞癌」(squamous cell carcinoma)。[4], [14]

    為了預防「指甲反向胬肉」,美國皮膚癌基金會建議,於使用美甲光療機前 20 分鐘,在手上塗抹廣效性防曬油。不過,此保護措施對防範「鱗狀細胞癌」無效。[14]

    水晶指甲用的壓克力顏料可「自發聚合」(spontaneous polymerization),所以無需照射 UV 或 LED 光線,常與延長甲片搭配使用。[4], [12]

    延長甲片

    延長甲片(nail extensions)除了美觀,也能矯正變形的指甲,但最好不要裝太長,免得意外讓指甲和下面的皮膚(甲床)分開,造成「甲床剝離」(onycholysis)。 [5]

    延長甲片能矯正變形的指甲,但最好不要裝太長,免得造成甲床剝離。圖/PubMed

    指甲拋光機

    指甲拋光機(nail drills)又稱「指甲打磨機」,常用於卸除美甲雕塑,若操作不慎,容易傷及周邊皮膚,或穿透指甲。[5]

    去光水

    去光水(nail polish removers)的主成份丙酮,可能造成指甲脆化和「刺激性皮膚炎」(irritant dermatitis)。為避免傷害指甲質地,建議每週最多使用一次。[5]

    指緣軟化劑

    指緣軟化劑(cuticle removers)裡頭的氫氧化鈉(sodium hydroxide),會激起某些人皮膚的發炎反應,而且指緣其實本來就不應該被去除。[5]

    黏貼型美甲產品

    被黏貼型美甲產品(stick-on nail dressings)封住的指甲,可能因暫時的「過度水合」(overhydration)而變薄。黏貼時使用的瞬間膠(cyanoacrylate glue,又譯「三秒膠」),會產生「放熱反應」(exothermic reaction),因此偶有全層皮膚燙傷的案例不幸發生。此外,在拆卸黏貼型美甲產品,清潔指甲底下的空間時,要小心別使甲床剝離。[5]

    結語

    最後,塗抹顏色或黏貼裝飾,都會妨礙醫師觀察指甲。例如:有一名婦女 30 年前曾注意到指甲有異常的條紋,但她不以為意,只是一直用指甲油覆蓋。等情況嚴重到無法掩飾,才被醫師診斷出「黑色素瘤」(melanoma)。此時,病灶已經由皮膚表層向下深入 0.42mm。[4]

    閱讀完一長串的健康危害之後,您是否好奇頂尖美甲藝術家怎麼對待自己的指甲?「近來,比起延長甲片,我更崇尚天然」,Juan Alvear 坦言:「因為服務客戶時,我的指甲總是被磨到或刮傷。」[1]

    參考資料

    1. Nail Files: Juan Alvear on Why “Cutesy Toes” and “Spiky Nails” Do, In Fact, Go Together
    2. 浮誇系美甲當道!2021 年夏季美甲師最愛的出人意表 27 個美甲趨勢
    3. 最噁爛美甲……把活螞蟻關進指甲 還瞎扯:牠們有在呼吸
    4. Reinecke, J. K., & Hinshaw, M. A. (2020). Nail health in women. International journal of women’s dermatology6(2), 73–79.
    5. Dinani, N. & George, S. (2019). Nail cosmetics: a dermatological perspective. Clin Exp Dermatol, 44: 599-605.
    6. Nail Changes
    7. Chemotherapy side effects: physical changes
    8. Nail Hardeners vs. Nail Hydrators: Which Works Best for Brittle Nails?
    9. 美容作業人員有機溶劑暴露及通風設施改善與管理探討─以美甲人員為例
    10. Trending – Nail Polish
    11. Rieder, E. A., & Tosti, A. (2016). Cosmetically Induced Disorders of the Nail with Update on Contemporary Nail Manicures. The Journal of clinical and aesthetic dermatology9(4), 39–44.
    12. 壓克力高分子的應用
    13. What Is Gel Nail Polish Made of?
    14. Ask the Expert: Are the UV Lamps in the Dryers at the Nail Salon Safe to Use?
    15. 國際電腦漢字及異體字知識庫:胬

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    胡中行_96
    9 篇文章 ・ 7 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)。臉書:荒誕遊牧。