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新中子成像術

科景_96
・2011/02/10 ・1254字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 620 ・十年級
相關標籤:

Original publish date:Jun 28, 2006

編輯 tslim 報導

在六月二日出版的Physical Review Letters中, 研究人員報告了一個不需要高品質的中子束即得到樣品的3D影像的技術. 研究人員表示, 這個技術將可被用在研究磁性物質的內部結構上.

根據波-粒子的二象性, 中子不但具有粒子的性質, 也同時具有波的性質, 因此可以用類似光學的方法來控制它們. 例如讓中子束通過針孔, 可以增加中子束準直性; 若通過適當的折射晶體–就好像稜鏡可以將不同波長的光分開–可以得到較單一能量(或波長)的中子. 但是這兩種方法都是將不符合條件的中子過濾掉, 也因此大大的減低了中子束的強度, 使得使用這種中子源的中子成像術複雜且費時.

Paul Scherrer Institute in Villigen, Switzerland 的Franz Pfeiffer及其同僚利用了一系列的光柵–不透明的屏幕上刻有很多平行的狹縫–設計一個成像系統. 2公分寬的中子束首先通過一個較粗糙的光柵, 使一個中子束分成數個線中子源. 由於狹縫的間距很寬, 因此每條線中子源可看成是各自具有空間同調性且彼此相互獨立的. 利用這樣的中子源(同時使用數個彼此獨立的線中子源), 中子的強度會比以往只使用一道中子束的方法增加至少一百倍.

接著讓這些具有波性質的中子打到第二個較精細的光柵上, 並分別在第二個光柵後方形成明暗交替的繞射條紋. 如果在第一及第二個光柵間置有待測物體, 則通過的中子束會被偏折, 而造成在第二個光柵後方的繞射條紋產生平移. 然而這些平移量相當的小, 一般的中子偵測器是沒有足夠的解析度可以偵測出這些平移的量. 為了將這些平移的資訊取出, 他們在繞射條紋產生的地方放置了第三個光柵, 這個光柵的狹縫間隔恰與繞射條紋的間隔相同. 然後將第三的光柵沿平行光柵的方向緩緩移動, 並量測通過第三個光柵的中子強度隨光柵移動的變化情形. 很明顯的, 若在第一個與第二個光柵間沒有放置物體, 則繞射條紋與第三個光柵完全吻合, 因此通過的中子強度最強. 若放置了物體, 使得繞射條紋產生平移, 則通過第三個光柵中子的強度將會改變, 移動第三個光柵就可以依照通過的強度隨光柵移動的情況而得出繞射條紋平移的情況. 研究人員使用二維的偵測器陣列記錄物體旋轉時所產生的影像平移狀況, 然後利用數學數值計算重建物體與折射中子有關的三維內部結構. 對中子的折射的量測的好處是可以將兩種對中子有相同吸收率的物質, 例如鈦及鉬, 區分出來. 而且這個技術也對於打在整個物體不同部位上的中子強度的差異不敏感, 因此不需要很均勻理想的中子束.

研究人員展示了6及7釐米寬的鈦, 鉛, 鉬及鎂棒的影像, 以及一個鉛條纏在鈦棒上的3維影像. Pfeiffer希望這個方法將來可以擴展到勘測固態的內部結構, 例如磁性物質的磁疇結構. The National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg, Maryland的Muhammad Arif認為這個方法若要得到更高的解析度, 則需要有更高精密的光柵及對光柵的操控, 而這的確是一項相當大的挑戰. 但是這個方法可以更有效率地使用中子, 也確實是這個方法可以讓人有所期待的地方.

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Oct 30, 2005] 使用金奈米柱的超靈敏醫學影像技術
  • [Sep 08, 2005] 生物成像術的新”相位”

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    春季流感別當小感冒!高燒不退恐重症,專家示警:吃錯藥當心養出「超級細菌」
    careonline_96
    ・2026/03/31 ・1906字 ・閱讀時間約 3 分鐘

    春季流感來勢洶洶,別再當成一般感冒!專家提醒,錯誤用藥觀念恐讓病情惡化

    春季流感別當小感冒!若有持續高燒、呼吸困難等重症警訊應盡速就醫。專家提醒,流感需以抗病毒藥物治療,誤用抗生素不僅無效,更恐養出超級細菌,正確用藥才能遠離威脅。

    春季流感不容小覷,不少民眾以為冬季結束,流感威脅就跟著下降,事實上在忽冷忽熱的春季,病毒依然活躍。且流感往往來勢洶洶,可能上午還精神充沛,下午就高燒、全身痠痛到彷彿被一拳擊倒。而在過去流感大流行期間,不少四、五十歲且沒有慢性病史的中壯年族群突然病情惡化,甚至有孕婦因免疫力相對較低而陷入重症危機,顯示流感不分年齡,所有族群都不能掉以輕心!

    流感高風險族群與重症警訊

    別把流感當小感冒 出現這些症狀恐是重症前兆

    高雄醫學大學附設中和紀念醫院感染內科陳惇杰醫師說明,流感常見症狀包括發燒、咳嗽、喉嚨痛、全身痠痛與疲倦,嚴重程度與當時流行的病毒型別有關。對健康成人而言,症狀通常數日內都能逐漸緩解;但對於免疫功能低下的長者,或患有心臟病、慢性阻塞性肺病、腎功能不全等慢性疾病者,流感可能引發更嚴重的併發症。

    流感病毒會破壞呼吸道黏膜與纖毛功能,使痰液清除能力下降,增加續發性細菌性肺炎的風險。一旦併發肺炎或造成器官功能惡化,患者可能需要住院,甚至入住加護病房。若發燒超過三至五天未退,或症狀好轉後又再度高燒,甚至出現呼吸困難、意識改變、食慾下降等情況,都有可能是重症警訊,切勿拖延治療,應盡速就醫。

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    流感抗病毒治療

    高風險族群應及早治療 抗病毒藥可降低重症機率

    在治療方面,陳惇杰醫師說明,並非所有流感患者都需要抗病毒藥物,症狀輕微者經休息與支持性治療也可能自行康復。但對於高風險族群或症狀較為明顯者,使用抗病毒藥物不僅可縮短病程,還能降低併發症與重症風險。

    目前常見抗流感病毒藥物包括需連續五天服用的口服藥物,以及單次靜脈注射劑型。近來亦出現新型單次口服抗流感病毒藥物,使用更為便利,只需服用一次即可完成治療。臨床經驗顯示,此類單次口服藥物在改善與緩解流感症狀方面,效果與傳統療程相當,且可較快降低體內病毒量,有助控制傳播風險,也提供患者更多元的治療選擇。

    別再把流感當細菌感染,錯誤用藥恐增抗藥性

    面對難以控制的發燒與不適,不少民眾會認為應該要服用抗生素,但事實上,流感是病毒感染,抗生素只對細菌有效,對病毒毫無作用。若在沒有細菌感染證據的情況下濫用抗生素,不僅無法改善症狀,還會助長抗藥性問題。「目前台灣與全球都進入了多重抗藥性超級細菌時代」,陳惇杰醫師觀察,有些民眾會私自停藥或將藥物留待下次使用,甚至要求醫師多開幾天備用,這些錯誤的觀念都可能以致於未來真正需要時反而無藥可用。

    陳惇杰醫師也提醒,隨著國人出國旅遊頻率提高,病毒跨境傳播風險增加,A型與B型流感皆有增加趨勢,民眾出國期間應特別注意個人衛生與防護,以免將流感當伴手禮帶回家。春季流感看似低調,卻潛藏威脅,民眾除了留意重症警訊,也應善用疫苗預防才能降低感染與併發症風險。流感不能輕忽,早期診斷、用對藥、預防到位,才能守住健康防線!

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    筆記重點整理:

    • 若出現發燒超過3–5天未退、症狀好轉後再反彈、呼吸困難、意識改變、食慾下降等症狀可能是重症警訊,應積極就醫勿錯失黃金治療期。
    • 長者、免疫力低下者、心肺或腎功能不全患者等高風險族群,重症風險大,感染流感可能引發併發症甚至住院,不容輕忽。
    • 目前有多種治療方式,使用抗流感病毒藥物可快速緩解症狀、降低併發症與傳播風險,單次口服療程便利且副作用低。
    • 濫用抗生素可能助長抗藥性,未來真正需要時可能無藥可用,呼籲民眾應遵醫囑按時用藥。
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    careonline_96
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    這不只是一場比賽,更是一個讓想法化為行動的機會
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2026/03/30 ・2018字 ・閱讀時間約 4 分鐘
    相關標籤: NPO (1)

    本文為 新北市青年局 廣告

    從 NPO 題目出發,學生如何把提案帶進真實世界

    如果一個比賽,不只是比創意,而是要回應一個正在發生的問題,你會怎麼做?

    從偏鄉教育、性別議題,到高齡照護與環境行動,這些題目不會出現在考卷上,卻每天真實存在。

    「Impact Star 青年影響力啟動賽」讓學生親臨現場,看見問題最真實的樣貌,並化為一場實際行動。

    從被動聽課到主動提問,學生在討論中逐步建構觀點;研究指出,參與式學習能顯著提升理解與長期記憶效果。 / 圖源:新北青年局

    題目不是設計出來的,而是正在發生的

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    不同領域的非營利組織,把第一線遇到的困境帶進來。學生要做的,不只是提出一個想法,而是先理解問題,再嘗試提出可以被實際驗證的解法。

    當題目來自現場,提案就不再只是作業,而是一個需要被使用、被檢驗的方案。

    學生團隊以簡報與互動形式呈現提案,將抽象議題轉化為可理解的溝通語言;這類表達能力,正是專題導向學習中「知識轉譯」的重要一環。 / 圖源:新北青年局

    去年的提案,最後變成什麼樣子?

    以 2025 年參與團隊為例,有一組學生關注的是「數位性別暴力」,這是一個在社群時代持續發生,但多數人仍缺乏理解的議題。

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    這組名為「有『性』可談」的團隊,有別於以往的宣導方式,讓更多人走進這個議題。

    他們在社群平台上經營動畫短影音,讓議題更容易被接觸;也建立匿名的「樹洞」網站,讓使用者能安全地說出自己的經驗。進一步,團隊設計互動式網頁與情境遊戲,讓參與者在不同角色之間切換,理解每一個選擇背後的處境。

    同時,團隊訪談第一線實務工作者,並嘗試透過 AI 聊天機器人與實體互動設計,讓議題不只停留在線上,而是進入生活場景中。

    這樣的成果,已經不只是「比賽作品」,而是一個持續被使用與回饋的行動。

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    為什麼這樣的學習方式會有效?

    這樣的設計,其實對應到教育領域中一個被廣泛討論的概念:專題導向學習(Project-Based Learning, PBL)。

    和傳統「先學再用」不同,PBL讓學生先面對問題,再在解決問題的過程中補齊所需能力。

    從學習科學來看,當知識被放進具體情境中使用(situated learning),並透過討論與修正逐步建構(constructivism),理解會更穩定,也更容易被長期記住。

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    研究也顯示,採用 PBL 的學習者,在動機、理解與問題解決能力上,普遍優於傳統教學(如 International Journal of Instruction, 2023)。

    換句話說,學生學到的不只是答案,而是如何在沒有標準答案的情況下,做出選擇。

    提案不只是想法展示,而是在有限時間內說服他人的過程;這種情境模擬,讓學習更接近真實決策與溝通場域。/ 圖源:新北青年局

    你會經歷的,不只是提案

    在這個計畫中,學生不會被要求一開始就給出答案,而是會經歷一段逐步修正的過程。

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    從理解問題開始,透過訪談與調查釐清情境,再到提出方案、測試與調整方向,每一個環節都需要反覆思考與修正。

    導師與陪跑團隊的角色,也不是提供標準解方,而是協助你釐清問題、調整策略。這樣的學習方式,在教育上被稱為「形成性評量(formative assessment)」——重點不在一次完成,而是在過程中持續修正。

    從在地問題,到更大的視角

    當提案逐漸成形,你也會開始看見不同城市是如何回應相似的問題。

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    許多問題發生在地方,卻不只屬於地方。當你開始拆解背後的脈絡,會發現不同城市之間,其實面對著相似的結構與挑戰。

    當經驗被帶出來、彼此交流,解法也不再侷限於原本的場域,而有機會被理解、被轉化,甚至在更多地方持續發生。

    因此,本屆首獎團隊將前往新加坡進行社會企業交流參訪,走進國際社會創新現場,拓展青年視野,也讓從在地議題出發的行動方案,有機會連結更寬廣的國際網絡。

    當影響力成為一種能力

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    在這樣的過程中,學生不僅培養解題能力,而是理解問題、設計解法,並推動改變的能力。

    這樣的能力,將會持續影響學生面對未來的學習與選擇。

    如果你也曾經想過,學習不再只是為了考試,希望能做一個真正回應問題的人,那這樣的機會,也許值得試試看。

    在這個過程中,你不需要一開始就有答案,透過提問開始,逐步修正,找到一個屬於自己的解法。

    「Impact Star 青年影響力啟動賽」以競賽為形式,串聯培力、實作與國際交流,讓學習從課堂走向真實世界的問題現場。/ 圖源:新北青年局

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    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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    近視族福音?不動刀、無傷口的「飛秒振盪器」視力矯正技術走到哪了?【挺健康】
    PanSci_96
    ・2026/03/30 ・1978字 ・閱讀時間約 4 分鐘

    本文由 AI 協助生成,內容經編輯審閱。

    還記得 2018 年曾轟動一時的新聞嗎?當時各大媒體紛紛報導,美國哥倫比亞大學團隊研發出一項「不動刀」、「無傷口」且能「永久矯正」近視與遠視的神奇雷射技術。許多眼鏡族與隱形眼鏡重度使用者無不歡欣鼓舞,甚至有人預測隔年就能在診所看到這項技術。

    然而,幾年過去了,這項技術似乎石沉大海,難道這只是一場學術界的超級大餅嗎?身為關注醫療科技發展的科學編輯,我們對這項名為「飛秒振盪器(Femtosecond Oscillator)」的非侵入式角膜交聯技術進行了深度追蹤。好消息是:這項技術不僅沒有夭折,反而正在經歷嚴格的商業化與法規驗證,準備迎接臨床挑戰!

    拋棄「減法工程」:用光化學改變角膜形狀

    要了解這項新技術到底有多神,我們得先看看現有的雷射近視手術。不管是傳統的 LASIK 還是近年的 SMILE 全飛秒,其核心邏輯都是「減法工程」——透過切削或移除部分角膜基質,改變角膜的弧度來矯正屈光度數。

    但這種物理切削不可避免地會帶來一些副作用,像是切斷角膜神經造成的乾眼症,或是讓角膜變薄導致整體結構強度下降(約下降 15-25%),這讓原本角膜就偏薄或高度近視的患者只能望之興嘆。

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    哥倫比亞大學 Sinisa Vukelic 教授團隊則提出了一個根本性的顛覆:我們能不能在不移除任何組織、不製造傷口的情況下,僅透過改變角膜的「材料屬性」來改變它的形狀?

    「高頻低能」的魔法:水分子與膠原蛋白的共舞

    關鍵在於雷射的選擇。傳統眼科雷射使用的是「飛秒放大器」,單發能量極高,會產生微型爆炸來物理切割組織。而 Vukelic 團隊改用當時極罕見的「飛秒振盪器」,特點是能量極低(納焦耳級别)但頻率極高(百萬赫茲級別)。

    這種「高頻低能」的設定創造出一個溫和的「低密度電漿(LDP)」模式。雷射光束聚焦於角膜基質內,精準地將焦點處的水分子電離,產生微量且受控的「活性氧化物(ROS)」。這些短壽命的自由基會迅速與周圍的膠原蛋白纖維產生化學反應,形成新的共價鍵,這個過程稱為「光化學交聯」。

    簡單來說,醫師可以像在角膜內部進行「3D 列印」一樣,透過繪製特定圖案(例如治近視畫同心圓、治散光畫橢圓),讓角膜局部收縮、變形,進而改變屈光度。而且,交聯作用還會讓角膜變得更堅固!這對於角膜太軟或太薄的患者來說,簡直是一大福音。

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    消失的五年:深科技的「打怪練功」之路

    那麼,為什麼從 2018 年發表於《Nature Photonics》後,這項技術就沒了聲音?這其實是「深科技(Deep Tech)」典型的研發週期。

    從死豬眼睛推進到活體動物試驗,團隊面臨巨大的安全性挑戰。活性氧化物雖然能促進交聯,但過量會殺死細胞。團隊花了數年微調雷射參數,確保雷射既能改變度數,又不會造成細胞凋亡。

    有趣的是,在等待眼科臨床資源的同時,團隊還把這項技術應用到「骨關節炎」的軟骨修復上。由於軟骨跟角膜一樣富含膠原蛋白,團隊利用飛秒振盪器「硬化」早期受損的軟骨。這不僅讓他們獲得了美國國立衛生研究院(NIH)的資金挹注,還累積了大量關於雷射安全性的寶貴數據,並成功築起專利護城河。

    成立新創 ClearVision:現在走到哪了?

    隨著基礎科學問題逐步解決,Vukelic 教授正式將這項技術分拆,成立了新創公司「ClearVision」。2024 年,他們在國際光電產業創業挑戰賽(SPIE Startup Challenge)中榮獲第二名;2025 年,更入選紐約中部生物科技加速器(CNYBAC)的醫療器材創新者計畫。

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    這些活躍的動作表明,技術正在從實驗室的原型機,朝向符合醫療法規的臨床設備邁進。然而,市場上也有強勁的對手,例如羅切斯特大學開發的 Clerio Vision(LIRIC 技術)。不同於 ClearVision 是改變角膜「形狀」並增強硬度,Clerio Vision 是直接改變角膜的「折射率」(類似在眼球內寫入隱形眼鏡度數)。兩者各有千秋,但 ClearVision 在強化角膜生物力學上的獨特優勢,使其在薄角膜與病理性角膜治療上具備不可替代的潛力。

    結語:我們什麼時候能用到?

    對於迫不及待想丟掉眼鏡的朋友,最關心的莫過於「何時上市」。由於這涉及改變人體組織的第三類醫療器材,FDA 的審查極為嚴格。

    目前的進度正處於申請人體臨床試驗前的籌備期。樂觀預估,2026 至 2027 年可能會開展小規模的早期可行性研究(EFS);隨後需進行數百人的大規模臨床試驗。真正要獲得 FDA 批准並進入醫療市場,可能需要等到 2030 年之後。

    雖然這項無痛無痕的視力矯正技術距離普及還有五到十年以上的路要走,但它絕對不是失敗的實驗,而是眼科醫學從「減法切削」邁向「材料改性」的顛覆性革命。在此之前,如果真的深受近視所苦,仍建議諮詢眼科醫師,尋求目前成熟的雷射手術或植入式晶片(ICL)等解決方案喔!

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