在科學中，很多簡單的事物會變得很複雜，例如咖啡。你可能會注意到濺灑出來的一滴咖啡，乾涸後並不會變成褐色斑點，而是邊緣有深色外環清晰的漬跡。要靠咖啡才能開始一天工作的人，桌面、文件、杯墊甚至衣服，都免不了常常擦拭的痕跡，那個漬跡的研究，歷史可溯及1997年《Nature》上的一篇論文。更早可能就要問土耳其咖啡占卜師，看到隔夜的杯底咖啡渣時，是否也想過這個問題了。

粒子的形狀

物理學家企圖找出為何會這樣已經超過十年以上。這個技術上稱為「咖啡漬圈環效應」（coffee ring effect）的現象，早先認為這是因為裡外不同的蒸發率造成的毛細滲流。但他們現在認為他們有了新的答案。

破解這個問題的科學家，一開始並不是研究咖啡環的，賓州大學的Peter Yunker和他的同事研究當液體蒸發時，不同形狀的粒子如何聚集—如球形、卵形或甚至是細長形的粒子。

因此首先他們觀察到含有球形粒子的液體蒸發時，會形成如咖啡造成的漬圈環。「但是當我們蒸發帶著細長粒子的水滴時，不會形成漬圈環，反而擴散到水滴覆蓋的整個區域。」Yunker猜想，或許正是粒子的形狀造成咖啡漬圈環的效應。咖啡的確有粒子在內，但是Yunker並不知道他們是球狀與否。所以他做了任何好的科學家會做的事情。

他說：「我們下樓找了台咖啡機，投了35分買了杯咖啡，然後上樓把咖啡放在顯微鏡底下看一看，然後，至少在顯微鏡底下的分子看起來是球形的。」

水滴變形

對於大部分人來說，這可能已經足夠說明了一切，但是Yunker想要看他是否可以更精確地控制條件下的效果，如粒子的尺寸和確實的形狀。所以他決定讓粒子更輕易地控制。

他說：「我們使用的粒子是由聚苯乙烯製成，所以只是塑料粒子。」當他讓一滴帶著圓形粒子的液體揮發時，形成了一個漬環。當他用細長形的粒子時，卻看不到漬環。為什麼形狀會造成差別呢？

「當細長形的粒子抵達水滴表面時，改變了表面的形狀。」Yunker這樣說。水滴表面的變形，似乎是關鍵。當球形粒子抵達水滴表面時，其外形並不會造成相同的變形。

少了變形，粒子抵達水滴的邊緣時，造成了一個漬環。橢圓形的粒子造成的變形，就不會有漬環。

從咖啡到印表機

Arjun Yodh，本論文的共同作者，也是賓州大學物質研究實驗室的主持人說：「某程度上來說，帶著好奇有趣的心情，但實際上，還有很多關於『為何會這樣？』的有趣物理學。」同時這個研究，有很多實際的運用也超越咖啡。想一想，例如液體揮發若是運用在一層顏料或者噴墨印表機的墨水時，你不會想要文件上的每個字都帶著深色的邊緣外框吧！

John curry，亞歷桑那大學的化學家也表示，新研究看來解決了問題。「他們發現可微調的變項–明顯地，那並不困難–而且他們可以改變，不管這個薄膜是否均勻。」

本研究成果，可見期刊《Nature》。（本研究不由Starbucks贊助）

原文及相關參考出處

NPR news: Scientists Crack The Physics Of Coffee Rings

Nature, Volume: 476, Pages: 308–311. Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions 

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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。

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。

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。

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