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韋伯太空望遠鏡對人眼健康有益

臺北天文館_96
・2011/08/09 ・1538字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 469 ・五年級

最先進的詹姆斯韋伯紅外太空望遠鏡(以下簡稱JWST或「韋伯望遠鏡」)雖然是為了天文研究用途所打造,不過,相關的技術成果已證明對人體眼睛健康有益,施工建造仍在進行,最先享受到這項尖端科技的領域卻是:眼科。

據雅培醫療光學公司研究人員表示,韋伯望遠鏡不僅在天文學、鏡面加工等領域開發出最新科技,還對於人體眼球測量、眼部疾病診斷,也帶來許多改良,未來還有機會使眼科手術精確度大增。

韋伯望遠鏡是美國NASA所建造的有史以來科學貢獻力道最強大的望遠鏡 – 性能比哈柏太空望遠鏡更強大100倍。我們將用它來發現:宇宙早期,第一個星系如何形成?然後便能知道宇宙大霹靂和我們的銀河系之間有何關聯。還可用它的 「紅眼」(紅外線)看透塵埃雲,目睹正在誕生的恆星和行星,恆星成形的過程,然後,從恆星形成又可以知道,我們太陽系相對於銀河系關連性如何。

任職L3 Integrated Optical Systems這家公司,負責韋伯望遠鏡鏡面磨光工作的人員表示,韋伯望遠鏡的鏡面磨光精確度已可達到1百萬分之1英吋。原先,科學家為了測試JWST的18片主鏡而開發先進的波前偵測技術,結果,已在其他領域造就出新應用。

波前偵測器可在製造光學鏡面時,用來量測鏡面形狀如何,另外,當太空望遠鏡升上太空、進入運轉軌道以後,它同樣也可以用來輔助光學控制。

眼科醫師也經常使用波前技術來測量眼球像差。眼球像差的測量有助於眼睛健康問題的診斷,研究、鑑定和規劃治療。

對即將接受雷射屈光手術的患者,運用這種技術,能提供更精確的眼球測量。根據產業相關人員表示,到目前為止,單在美國,已有1千200萬顆眼球接受過雷射近視手術程序(Lasik Procedure),技術更進步,Lasik的品質也還可以再進一步提升。

「掃描與拼接」本來也是一種為了韋伯望遠鏡而開發的技術,經過它,推動了數項儀器在概念上的創新,讓隱形眼鏡和水晶體量測變得更加精確。此外還有另一項優點,可以把眼球表面當成地形一樣,加以精確測量,想得到嗎?這對眼科的醫療保健很有幫助。

眼睛像地形。想想看要是你的眼睛是和月球表面一樣凹凸不平,而評估配戴隱形眼鏡的時候要是能精確量測到這些凹凸,這對於配出一付專門適合你的眼球的隱形眼鏡當然大有幫助。精進的掃描與拼接技術,幫了眼科醫師一個大忙,因為只要幾秒鐘,他就可以取得和你的眼球相關的各項資訊,譬如眼球形狀和「眼球地 形圖」,過去這個工作可得花上幾個小時。自JWST計畫衍生而來,已有4項相關專利,這些工具都可用來建造出下一代造福人類眼科的測量設備。

簡而言之,韋伯望遠鏡的影響所及,不止是在幫天文學家找一些像盤古開天一樣老,在宇宙邊上的遙遠星星而已。它對科學技術智庫的建立以及人類視力的提升,同樣具有很大的影響。

透過「Can you See it Now?(現在你看到了嗎?)」這個專案活動, NASA的「創新夥伴關係計劃辦公室」(IPPO)正在將波前偵測和自適應光學技術等程序和實驗室設備開放供民營企業加以利用。這個網址 http://ipp.gsfc.nasa.gov/wavefront 公告了許多可以申請專利的相關技術。

由於財政困難上的考量,美國眾議院撥款委員會商業、司法和科學小組曾在2011年7月的年度預算案中表達,下個年度將完全不撥給韋伯望遠鏡任何經費。(Lauren譯)

PS. 原編者按:由NASA所發布的本篇新聞稿清楚讓我們明白,有時原本為了太空任務而開發的科技,往往在地球上為人類生活帶來實用、有益、甚至出乎意料以外的應用。此僅為其中許多例子之一。

圖片說明:一套Scanning Shack Hartmann System掃描系統,簡稱”SSHS”,為兩組成對的一個大型鏡面測試機臺,用來量測詹姆斯韋伯太空紅外望遠鏡(簡稱: JWST)的鏡面平整度。在執行SSHS計畫專案過程中,波前偵測的技術重大突破,也大幅提升眼科儀器雷射光束的對齊精確度。圖片來源:雅培醫療光學公司

資料來源:轉載自中研院天文網, 2011.08.03, KLC

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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臺北天文館_96
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臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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