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如何用LEGO研究植物

葉綠舒
・2014/06/29 ・1116字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 481 ・五年級
相關標籤: 樂高 (8)

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

愛荷華州立大學(The Iowa State University)材料科學與工程系助理教授Ludovico Cademartiri想了解環境對植物生長的影響,特別是在氣候變化與土壤特性如何影響根系的生長。要進行這樣的研究,植物要暴露於高度受控的環境中,包括養分、水、氧氣以及根的物理障礙物等等都要控制。

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Ludovico Cademartiri 以及 Kara Lind。 圖片來源:Science Daily

過去在植物實驗上最常用的環境控制方式,包括了溫室(Greenhouses)、培養箱(growth chamber)與微流控技術(microfluidic technologies);溫室與培養箱可以為整株植物創造一個大致上控制得還不錯的環境,但是整間溫室都一樣。微流控技術可以建立一個高度控制微米級的環境,但是造價很貴,又比較複雜,也不容易擴充。

Cademartiri認為,這種研究植物和根系的生長的設備,應該是簡單、廉價、靈活、再現性高,並能同時進行多個實驗。這樣的東西最好還能模組化,結構精確又容易擴充,即使在沒有最新的技術或植物科學或農業研究的基礎設施的實驗室也能操作。 當然,這種設備還要透明,可以用高溫高壓消毒,立體,具有安定的化學性質,而且能與現有的植物生長實驗相容。

看起來達成所有這些要求似乎是很困難,但是他想到了完美的解決方案:樂高積木。

Cademartiri說,不要認為它們就是玩具。樂高積木實際上是以精密非凡的標準來構建的高品質的塑膠模組,我們可以用它來建立任何東西;而且非常適合用來解決複雜的設計問題。

Kara Lind(愛荷華州立大學博士生)說,她在這個研究裡面負責的項目是:搞清楚如何將透明的樂高積木搭成可以充填凝膠或其他土壤替代物,然後讓植物在裡面發芽和生長。她還嘗試把樂高的環境擴充,好讓正在成長中的植物可以繼續裝在裡面。

除此之外,她還開發在樂高的環境中建立化學梯度的技術,未來可以用來測試植物對營養物和毒素的反應。

研究人員認為,他們最近在PLoS ONE發表的研究結果說明了,對於研究植物根系來說,樂高積木是非常方便和靈活的設備。他們將繼續開發工具庫,製造複雜、實惠又精緻的工具(樂高積木)。

他們是怎麼做的呢?

1. 先用LEGO Digital Designer(簡稱LDD)設計出想要的實驗器具,接著LDD就會產生說明書,並告訴設計者他需要的積木數目與型號。

2. 到LEGO的”pick a brick”網頁進行線上購買。

3. 等積木來了以後,拿去滅菌後組合。 然後就可以做實驗了!

因為LEGO不是完全密合的,所以當要使用培養基培養植物的時候,在置備培養基的過程中會有少量培養基從隙縫流出,只需要在置備的時候先置備多一點培養基,等培養基冷卻到40度C左右再將培養基倒入LEGO容器,就不會損失太多培養基了。(詳情請看文章所附的影片

參考文獻: LEGO bricks turned into scientific tool to study plant growth. Science Daily [ June 22 ,2014]

原刊載於作者部落格Miscellaneous999

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葉綠舒
262 篇文章 ・ 8 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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如何使用樂高測量普朗克常數?
活躍星系核_96
・2014/12/17 ・1861字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

lego-watt-balance-4

文 / WaveRiderZETA(某個尚未畢業的爆炎單身菸酒生,不菸不酒,倒是3C的癮頭比較嚴重。)

如果你想要找個完美的禮物送給近乎擁有一切物理學家,何不考慮給他套樂高來測量宇宙的基本常數之一:普朗克常數呢?

普朗克常數是科學中最重要的數字之一。它描述了在被稱為普朗克─愛因斯坦關係的方程的電磁波能量和頻率之間的關係:E=hν。其中,E是能量,ν是頻率和h是普朗克常數。

自1990以來的,普朗克常數因為與其能量單位的關聯性,故成為具有歷史象徵性的一個能量常量單位─但,它不曾被定義與連結到任何一種量測系統校準與標準定義的單位聯想之上。

現在這個情況即將改變。普朗克常數在現在越趨被「設定」的重要,來自於物理學家正試圖改變質量的定義─物理學家們希望它(質量)取決於普朗克常數,而不是依賴一塊藏在巴黎保管庫裡頭的在金屬塊狀體(現在放在巴黎保管庫內的國際千克原器,是一顆人造鉑銥合金塊)。

正因為此,所以科學家必須要收集大量基於普朗克常數的質量數據;或者反過來,從已知質量逆推得到普朗克常數相關的數值。這也就顯得見怪不怪了─而今日,位於馬里蘭州蓋瑟斯堡的國家標準與技術研究所裡,里昂周(音譯)和幾個快樂的夥伴們,提供並解釋了個好的解決方案:用樂高製作一套製作一套實驗儀器來辦到這個任務。

多年來,物理學家和標準與幾束研究所評估了許多不同量測的方式;最後決定使用一台被人們稱為「瓦特天平器」的機器來進行試驗。

Watt balance

這設備原理上相當簡單。在科學家的點子中,儀器將以質量上所造成的力─物體下墜的重力與由載流線圈所產生的磁場所施予的力達成兩者平衡來加以測試。質量可以通過機械動力(線圈的磁力)進行對照比較─而這樣可以轉換出功率與瓦數,所以,機器就這樣被命名為瓦特天平器,而且兩者可以輕易地被轉換測量而得。

覺得這樣敘述很複雜嗎?那從測量數據的轉換觀點來看吧。這實驗涉及量測如同原理一樣簡單:透過電壓、電流流經線圈的測量(你需要安培與伏特計,不知道是啥去五金行或者電子材料行買吧!)與g,重力加速度的精確數值即可。其中,如果要取得詳盡的重力加速度數值,因為在地球表面上此數字和重力常數息息相關,所以問題很好解決:透過美國國家海洋與大氣管理局網站,簡單的輸入地點,就可以輕易的獲得來自全世界各地的數據。

接下來是個簡單的數學轉換問題了。既然重力施予物體下落產生下拉的力,天平的另一端要以線圈所產生的機械力─擁有SI單位的電功率,也是機械力數據抗衡,那麼兩者可以畫上等號。「透過常規SI電功率轉換出的機械動力對比,就可以求出h。」於是周和快樂的夥伴們得出了這樣的結論。

那麼,有了原理與方式,該是建造儀器的時刻了。周與快樂的夥伴們表示,這台「瓦特天平器/瓦特平衡儀」所需要的零件幾乎大部分可以從樂高的網站「Pick-a-Brick」(選塊磚塊?)中直接選購;而針對比較特殊的專業組建,周他們也同時提供了網購地取得清單。 最近接觸了一款任天堂上面的遊戲《 FRIV 》,深深覺得遊戲能做到這種程度已經不是厲害可以形容了,決定為文好好談談這款遊戲精巧在哪裡。

cxvxfvf

要花多少錢?看完圖片與列表之後,你一定會想問這個問題。周與快樂的夥伴們提供了一套基本的套件價格試算:大約總成本可低於634美金─最昂貴的組件是300美金的數據採集器和90美金的模擬輸出器。這兩個都可以透過單一功能性的套件進行替換,成本大約189美金。一來一往,節省200美金絕對讓你能夠負擔得起。

「我們希望鼓勵眾多的科學愛好友打造瓦特平衡器,以從事有趣的科學測量。」周的團隊說。這是他們最發自內心的感想了。隨著年末假日大採購的時刻即將來臨;還在傷腦筋找不到禮物送給他人嗎?瓦特平衡套件將會是送給號稱「擁有一切」的物理學家最佳的伴手禮,絕對沒錯!

備註:

  • 普朗克常數=6.62606957×10-34m2 kg/s。這是一個是一個物理常數,用以描述量子大小。
  • 馬克斯‧普朗克在1900年研究物體熱輻射的規律時發現:電磁波的發射與吸收必須假設為不連續的狀態且以「份」的方式進行,才能和試驗結果相符。在計算中, 這樣的一份能量被稱作「量子」,每一份能量子等於普朗克常數乘以輻無線電磁波的頻率。這關係稱為普朗克關係,用方程式表示普朗克關係式。
  • 本文不會完全按照內文結構進行翻譯,因為翻成中文很多地方語序不順暢無法形成正常的中文文章,請各位見諒。

資料來源:

活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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一步一步讓樂高機器人玩打鼓遊戲
馥林文化_96
・2013/12/17 ・2317字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

文/曾吉弘(CAVE教育團隊

本篇文章將使用三個樂高NXT 觸碰感測器來進行有趣的聲光效果,按下不同觸碰感測器就會讓手機畫面變色, 除此之外,當您點擊手機畫面時,機器人也會發出音效與您同樂。有接觸過App Inventor 的師長朋友們,歡迎從App Inventor 中文學習網下載原始碼回去加入更多有趣的功能。

觸碰感測器

樂高NXT 套件中的觸碰感測器前端有一個橘色按鍵,可藉此偵測是否撞到物體或被壓下。由於內部構造是一個開關(switch),所以只能判斷前端是否被壓下而無程度上的區別。對應的資料型別是布林(boolean)。在App Inventor 中, 我們使用NxtTouchSensor 元件的IsPressed 指令(圖1)來偵測觸碰感測器是否被壓下,如果被壓下則為true ,反之為false。

圖1 App Inventor 偵測觸碰感測器是否按下

開始玩機器人

今天的機器人有點不一樣,不需要馬達,請拿出三個觸碰感測器分別接在NXT 主機的輸入端1 到3 ,組裝好如圖2(註1)。請確認NXT 主機的藍牙是啟動的,接著將NXT 主機與Android手機進行藍牙配對(註2),完成之後就可以把機器人放到一邊了。啟動藍牙之後您可以從NXT 主機的螢幕左上角看到藍牙的符號。

圖2 組裝好的樂高NXT 機器人。

接下來依序介紹程式的各個功能:

STEP1 登入畫面:首次進入程式的畫面如圖3a , 只有「連線」按鈕可以按,其它所有按鈕都無法操作。點選「連線」按鈕後進入藍牙裝置清單(圖3b),請找到剛剛配對完成的NXT 主機名稱(本範例為abc),點選之後就會由Android裝置對NXT 主機發起藍牙連線。順利連線成功的話,就可看到淺灰色的鼓面,且「連線」按鈕變成不可按的狀態,只有「斷線」按鈕可以按(圖3c)。

圖3a 程式首次執行的畫面。
圖3b 點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單。
圖3c 連線成功後才可看到鼓面。

STEP2 程式初始化:在點選連線清單之前(ListPicker Connect 的BeforePicking 事件),需先將清單內容指定為Android 裝置上的藍牙配對清單(圖4a)。點選之後則先測試連線是否成功,成功則將「斷線」按鈕設為不可點選、「斷線」按鈕設為可點選並顯示Canvas 畫布元件(圖4b)。

圖4a 指定藍牙配對裝置清單。

圖4b 連線成功後啟動相關元件。

STEP3 使用副程式管理觸碰感測器狀態:我們宣告了三個變數t1、t2 與t3 來儲存三個觸碰感測器的狀態(圖5a)。接著宣告一個名為checkTouch 的副程式來管理這三個變數,只要某個觸碰感測器被壓下,就會將對應的變數改為1 ,反之則為0 ,最後回傳這三個變數的加總值(圖5b),我們就是根據這個加總值來改變Canvas 畫布元件的背景顏色。

圖5a 三個用來儲存觸碰感測器狀態的變數。

圖5b checkTouch 副程式。

STEP4 改變Canvas背景顏色:為了讓程式能夠持續監控三個觸碰感測器的狀態, 我們使用了一個Clock 元件,並設定其計時器更新頻率為100 ,代表每0.1 秒偵測一次觸碰感測器狀態。在Clock.Timer 事件中, 藉由呼叫checkTouch 副程式並根據它的回傳值(0、1、2、3) 將Canvas 背景顏色改為淺灰色、綠色。這裡回傳的數值代表被按下的觸碰感測器數目, 也就是說當您壓下1 號與3 號觸碰感測器時,這時與您壓下2 號與3 號以及1 號與2 號的意義是相同的,都會使手機畫面變為青綠色( 圖6 中的Cyan)。同時我們也會把目前偵測到被壓下的觸碰感測器個數顯示在手機畫面上。

圖6 每0.1 秒偵測一次觸碰感測器狀態。

STEP5 點擊畫面播放讓機器人播放不同音效:當我們點擊Canvas 元件時, 會根據點擊位置讓機器人發出四種音效。Canvas 元件長寬各為320 像素, 所以我們取中點(160,160) 將畫面分成四等分( 圖7a), 點擊左上、右上、左下與右下時,會讓樂高NXT 機器人發出La、Sol、Mi 與Do 四種音效(圖7b、圖7c), 每次播放長度為0.3秒,這是藉由NxtDirectCommand 的PlayTone 指令所達成的。

圖7a Canvas 元件切成四等分。

圖7b 左上播放La 音, 頻率440/ 右下播放Do 音,頻率262 。

圖7c 右上播放Sol 音,頻率392/ 左下播放Mi 音,頻率330 。

 

STEP6 斷線:按下「斷線」按鈕之後,會中止藍牙連線(BluetoothClient.Disconnect指令),並使畫面上的各個元件恢復到程式一開始時的狀態(圖8)。

圖8 按下「斷線」按鈕時中斷藍牙連線。

 

操作

實際執行的時候,請先確認NXT 已經開機且藍牙也啟動了。接著在您的Android 裝置上點選畫面中的「連線」按鈕,會進到藍牙清單畫面,點選您所要的NXT 主機名稱並連線成功後,就能按下觸碰感測器來控制手機畫面顏色,或者點擊手機畫面來控制機器人發出不同的音效(圖9a ∼ 9c)。

圖9a 按下任一個觸碰感測器,畫面為綠色。
圖9b 按下任兩個觸碰感測器,畫面為青綠色。
圖9c 按下所有的觸碰感測器,畫面為紅色。

 

歡迎大家由此連結或掃描以下的QRCode 來下載本程式:

本程式已上架Google play,請到Google Play 搜尋「CAVE 教育團隊」就找得到我們的樂高機器人系列app 了。請在App Inventor 中文教學網上直接下載本範例的App Inventor 原始檔與apk 安裝檔。

註1: 想學如何開發App Inventor 程式嗎? 請到App Inventor 中文學習網(http://www.appinventor.tw)與我們一同學習。

註2: 將Android 手機設定為可安裝非Google Play 下載的程式以及讓手機與樂高NXT 主機連線等說明請參考:http://www.appinventor.tw/setup。

註3: 與NXT 連線後如果出現[Error 402] 之錯誤訊息請不必理會,程式依然能正確執行。

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2014/1月號

馥林文化_96
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