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【2014智活星期二】邱佳慧:101腳下的小情大愛

PanSci_96
・2014/11/01 ・1307字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

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記錄:羅紹桀

服務教育的精神令人敬佩,但過程中不斷與長者接觸也造成許多困擾,要如何提升對他們的幫助並把對他們的困擾降到最低?臺北醫學大學的邱佳慧老師提出了資料庫的概念。

邱佳慧:101腳下的小情大愛

資料庫的建立—如何避免對長者的二度傷害?

科技可以圓滿我們對於別人的愛,服務學習究竟是什麼呢?邱佳慧老師給服務學習的定義是「一種讓服務者與被服務者可以彼此互相影響甚至產生正面改變的一種學習方法」

有很多眷村的獨居長者需要我們的關心與陪伴,在這個陪伴的過程中獲得最多的其實是學生,但反過來說,學生每學期來來去去,這些我們認為的「關心」是否真的帶給長者有效的幫助?亦或只是造成長者的困擾呢?

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這個問題在邱老師腦中縈繞不去,一直在想我們可以做些什麼可以解決學生不斷汰舊換新的銜接問題,減少學生對長着們的打擾。

後來就有了一個「資料庫」的想法,這源自於聆聽領域專家的意見,他說每一學期學生常常會問長者一樣的問題(似乎這是每一個課程中都有類似操作)之後就離開了,這其實對長者來說是一次又一次的傷害,所以這個資料庫也是一個「故事庫」記錄了每個領域與長者互動的點點滴滴,可以轉化成將來要去幫助、陪伴長者時,數據與資料的依憑。

其中也包含一些「長者的智慧」,例如梅乾扣肉怎麼做?傳統書法怎麼傳承等等,其實有許多長者擁有豐富的人生經驗,這些歷史的傳承在我們生命有限的情況下可以透過別人的故事庫來增加自己對長者的了解與生命的厚度。

資料庫的實際運用—健康餐包的故事

邱老師最早期帶了保健系的學生設計出了兩個餐包,一個叫做「鳳梨香菇雞」,另一個是「酸辣魴魚」。這些餐包是怎麼來的呢?其實回到我們最原始的概念,既然我們有個故事庫,從這些故事庫中我們看到許多獨居長者有許多不健康的飲食,他們會一餐吃過一餐重復吃那些食物。

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長者飲食行為的改變牽涉到兩個要素,經濟能力和價值觀,我們引進了保健系的學生,讓保健系的學生進行服務學習,讓他們理解長者的飲食行為,學生常常也會這樣,明明知道麥當勞不能常常吃,卻一直在吃,長者也是如此。營養師的工作是改變求診者的飲食行為,因此學生可以藉此學習「打入人心」的技巧。

我們在過程中累積了一定量的資料庫,之後其他科系或學制的學生就不會對長者提出相同的問題。

最後我們時作出兩個餐點,考慮信義區的長者口味偏辣,而且用辣在健康上造成的負擔事實上小於鹽,因此口味設計偏辣,並舉辦了一場試吃活動,獲取回餽,進行改良,所有的服務都記錄在資料庫中,傳承給下一屆的學弟妹與所有有心參與服務學習的志士。

目前只服務到長者數只有38位,其實有很大的缺口,所以希望各個領域的專家一起來參與,累積不同領域的智慧與經驗,共創高齡友善的環境。

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【關於智活星期二】

智活星期二是Pansci與CRE@TAIWAN智活聯盟共同舉辦的小規模聚會,旨在推廣「智慧科技導入常民生活」的教學理念與社會實踐,活動的主要形式是找三、四位各大專院校不同領域的講者針對同一主題,各自在15分鐘內與大家分享自己的教學方法論與實踐經驗,並讓所有人都能參與討論,推廣智慧生活與創新服務。

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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「從一種藥人人吃,到人人吃適合自己的藥!」Taiwan Biobank 助攻臺灣精準醫療
研之有物│中央研究院_96
・2021/04/23 ・3835字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 583 ・九年級

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文│陳亭瑋
  • 美術設計│林洵安

Taiwan Biobank 的重要性

每個人長期的健康狀況,皆是遺傳基因加上生活型態與環境因子長期綜合下來的結果。「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan Biobank),期望透過結合生活習慣、環境因子、臨床醫學與生物標幟等資訊,建立屬於臺灣本土的人體資料庫,為國人量身打造「精準醫療」與「精準健康」的基礎。

從精準醫療到精準健康

為什麼有些人年紀輕輕沒有三高也會中風,卻也有人菸酒熬夜樣樣來卻不曾罹癌?你身邊一定也有些怎麼吃也吃不胖的朋友,或是號稱喝水也會胖的夥伴。每個人長期的健康狀況,皆是遺傳基因加上生活型態與環境因子互相綜合的結果。

2012 年成立至今的「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan Biobank),宗旨即期望透過結合生活習慣、環境因子、臨床醫學與生物標幟等資訊,建立屬於臺灣本土的人體資料庫。

Biobank 的基本價值會出現在「精準醫療」,或者是「精準健康」。

「所謂精準醫療,是說你生病了以後幫你治好;精準健康進一步做到預防,讓人盡量不要生病。」Taiwan Biobank 主持人李德章說明。

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中研院生物醫學科學研究所李德章博士,同時也是臺灣人體生物資料庫主持人,說明臺灣人體生物資料庫最重要的願景即為促進國人的精準醫療與精準健康。
圖│研之有物

精準的關鍵:了解個別遺傳變異

精準醫療的重要面向:即透過對於基因、代謝的理解,個別化調整治療用藥。除了許多癌症的標靶藥物可經由基因型擇選治療方案,藥物在人體內的效應與代謝相關,受多基因調控影響,有極大的族群或是個體差異。

李德章舉出教科書的經典案例,白種人的血壓的常用有效藥物為 β 受體阻斷藥( ß-blockers)以及血管張力素轉換酶抑制劑(ACE inhibitors),而非洲裔卻需改採鈣離子通道抑制劑(calcium channel blockers)方可見效。2015 年發表的研究也指出,許多常用藥物實際只有少數比例的病患有反應,如精神用藥「千憂解」(Cymbalta、Duloxetine)僅有九分之一的患者可見效。

上一個世紀是一種藥所有人吃;因為精準醫療,二十一世紀的用藥就會變成每個人吃適合自己的藥物。

上圖為 2015 年美國常用藥物在病人身上實際發揮療效的比例示意圖:每當一人有效(藍色),仍有許多人無效(灰色)。精準醫療不只是針對症狀施以平均用藥,還能依照個體的情況用藥。
圖│研之有物(資料來源│Nature

除了影響用藥的效果,基因變異也與許多疾病的未來風險有很高的關聯。臺北榮民總醫院在 2020 年正式發表的研究,就發現了臺灣族群中特有的腦中風基因突變——在 NOTCH3 基因上的 R544C 突變,可能造成遺傳性的腦部小動脈血管病變,會增加 11 倍發生腦部小血管阻塞性中風的機會。由臺灣生物資料庫提供的背景資料,推估臺灣約近百分之一的人,即近 20 萬人帶有這個突變。

此外,臺灣 2010 年痛風的患病率為 6.24%,相對於世界平均 4%,是罹病率最高的國家之一。臺灣人痛風比例這麼高,究竟是受到哪些基因的影響?過去痛風遺傳研究主要以歐美族群為主,少見針對亞洲人的基因遺傳研究。近年來,研究人員終於可透過臺灣人體生物資料庫大量比對,破解與痛風相關的遺傳因素。

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在人體生物資料庫中進行比對、確認族群的遺傳特徵,才能針對族群特性,對於生活方式提出調整建議,防範於未然,這就是「精準健康」的奧義。

老化臺灣,如何活得好?

特別是日趨人口老化的臺灣,精準健康的概念更形重要!衛生福利部 2018 年的統計,國人健康平均餘命達 72.3 歲,但不健康平均存活年數高達 8.4 年,許多人晚年長期慢性疾病纏身。如果未來能找到臺灣人癌症、阿茲海默症等慢性病的高風險族群,調整其生活型態,有助於延遲其發病時間、延緩病情進展。

有些疾病不太可能治癒,如阿茲海默症,可是如果這個病發生的時間能夠延遲個十年,對社會、對個人的影響就很巨大。

此外,如何調整生活型態,降低疾病的發生,也可以從人體資料庫找到答案。以運動改善肥胖來說,許多研究指出:基因遺傳與肥胖、代謝症候群有很強的關聯。那麼,藉由運動真的能夠協助控制體重嗎?

臺灣大學、國家衛生研究院及台北榮總研究團隊透過臺灣的數據指出,經由後天培養運動的習慣,可有效降低因為先天基因而造成的肥胖風險。研究甚至可更細緻回答到每個人最有效的運動種類,諸如慢跑、爬山、國標舞、健走及散步等等。

隨著臺灣人體資料庫逐步完善與逐年追蹤,更多有關臺灣國人健康的重要資訊可望逐漸挖掘出來。

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我們的任務就是想辦法把它作出夠高品質的資料,讓大家很放心的去使用。

打造最高品質生物資料庫

然而,這些夢幻研究均必須仰賴資料庫收集巨量、高品質的檢體。臺灣人體生物資料庫主要收集 20 歲以上具有臺灣國籍的自願參與者,總目標為 20 萬人,目前已經累積超過 14 萬人的資料,並完成 3 萬名第一次追蹤的資料。

以上是臺灣人體生物資料庫收集檢體的四步驟。「民眾可收到自己的檢查報告嗎?」答案是不會主動提供。因為資料庫收集資料以生物醫學研究為目的,不會主動提供檢測結果,但如果特別有要求,則會在兩個月內提供檢驗數據以茲參考。
圖│研之有物(資料來源│Taiwan Biobank)

收集到的檢體後續會經歷分裝、部分儲藏部分送檢、各種基本檢驗、送交抽取 DNA、進行基因定序等工作。目前已經完成了 2000 位全基因體定序資料,由此開發專為國人設計的全基因體定型晶片 TWB2,並完成超過 10 萬名全基因體定型。到目前為止資料庫的數據總資料量已高達 1.5 PB,檢體儲存數量也已經超過三百萬管。

珍貴的檢體裝在冷凍管,部分儲存在攝氏零下 180 度液態氮冷凍桶中,檢體總數量已達三百萬管。
圖│研之有物

所有資料在進到資料庫之後就採去個資化管理,個資數位檔案以保密形式儲存於實體隔離機中。只有必要的時候才會在監督單位「倫理委員會」審核同意下,由第三方提供金鑰部分解密以取得必要資料,確保個資的隱密性。整體資料安全與隱私步驟,獲得德國評價協會 TUV NORD 個人隱私保護管理(ISO29100)與資訊安全管理系統驗證(ISO27001)兩項認證。

「這麼大量的收案量,最大的挑戰是什麼?」由於收案需要充分的說明、徵得受試者同意,挑戰在於「科普」,尤其是早期民間對於遺傳、基因的科學觀念不太普及,在收案階段說明就需要煞費苦心,還要使用臺語等民眾慣用的語言解說,對收案第一線人員就是個考驗。「早期到鄉鎮開說明會,一般民眾大多數不了解基因,不少人認為我們是詐騙集團哩!」但用心經營的成果,讓後續繼續響應追蹤的民眾日益增多。

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臺灣人體生物資料庫收集案件需要充分的說明,並徵得受試者同意。
圖│Taiwan Biobank

這些年辛苦收案、累積資料,也開始反應在研究發表上。截至 2021 年統計,已經結案的釋出檢體總數接近 20 萬管,釋出的資料超過 1 億人次。國際成果發表也逐年增加,截至 2020 年底已累計達 203 篇,2020 年更是大爆發國際發表達到 86 篇之多。

這是政府提供出來的,應該算是系統基礎建設,建設好以後就要盡量讓大家來用。

因為數位資料的特性,就在於累積越大使用越多,則其分析的成本效益越大。李德章初估資料庫完成 2021 件全基因體定序的成本約為 1.2 億元,而今數位釋出全基因體定序的資料已高達 16 萬人次,如果全數由使用者自行分析完成,其成本將高達近 99 億元,成本效率實際相當驚人。

臺灣生物資料庫 3.0,啟動!

生物資料庫現在的階段將從 Biobank 2.0 逐步轉為 3.0,重點在於怎麼讓資料庫永續,讓民眾感受到資料庫的貢獻。在達到品質與數據的累積之後,讓收集的資料可以作出回饋。因此接下來的重點目標,還包括跟國家高速網路與計算中心合作,讓研究人員可以在平台上便利進行分析的工作。現在臺灣生物資料庫網站已有提供一些公開資料,所有人都能夠進行查詢、了解國人的一些健康基本資訊統計,登入後更可獲得更多的資料。

達到質與量之後的 Biobank 3.0 ,重點是怎麼讓大家用、獲得回饋。

李德章表示,未來有機會,當然還希望可以在經費許可下,收集更多樣多元的資料。像是近期才加入採樣內容的糞便檢體、正在討論是不是可以加入穿戴裝備累積生活習慣的資料、有經費的話也希望能完成更多 DNA 甲基化的表觀遺傳學資訊,甚至於補充收羅新住民下一代的遺傳資料。

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臺灣生物資料庫的這些累積,都將為臺灣精準醫療、精準健康的未來,奠定無以倫比的重要基石。

延伸閱讀

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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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ebird Taiwan 臺灣入口網全面啟動!
林大利_96
・2015/08/01 ・3314字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

圖片1

ebird Taiwan

ebird 是目前全世界最大的賞鳥紀錄資料庫及共享平台,由康乃爾鳥類研究室奧杜邦學會共同營運,隨時蒐集來自世界各地30萬用戶的賞鳥紀錄。自2002年起,已經提供一億五千萬筆的鳥類分布資料至全球生物開放資料的核心「全球生物多樣性資訊機構(Global Biodiversity Information Facility, GBIF )」。ebird之所以成功,在於他緊緊抓住狂熱賞鳥人的心,提供這些賞鳥人許多方便輸入、管理、查閱、下載及展示自己賞鳥成果的服務,甚至可以與其他賞鳥人一較高下,來個全球大車拚。就像打獵一樣,這些賞鳥紀錄的累積有如展示狩獵成果,唯一不同的是,那把殺戮的獵槍已經典雅的轉化為欣賞野鳥的望遠鏡。

ebird Taiwan 則是 ebird的臺灣入口網站,由中華民國野鳥學會特有生物研究保育中心共同管理。四年期間,我方與ebird密集的協商與討論,終於建置完成ebird的繁體中文入口網。對外國人來說,東亞的語言一直是很大的罩門,尤其是中國(各位可觀察以下的資料圖,非常缺乏中國的資料)。使用繁體中文的臺灣提出與ebird合作,建置繁體中文網站,對ebird團隊來說,是填補缺漏的一大福音。對臺灣的賞鳥人來說, 少了英文這一到障礙,更方便的使用這個迷人的資料庫。快讓我們來看看ebird有什麼功能吧!

管理個人的賞鳥紀錄 

對賞鳥人來說, 很大的志業是記錄自己在全世界看過幾種鳥,這個數字稱為「生涯鳥種數」,生涯首次目擊的鳥種稱為「生涯新種(Lifer)」。將每一次的賞鳥紀錄輸入ebird,便可快速的統計自己的生涯鳥種數。以我自己為例,我的生涯鳥種數是616種,並且顯示在各國目擊的鳥種數:臺灣347種、印度156種、日本87種…等。對賞鳥人來說,最困擾的是生物分類的變動,都有可能改變這個數字,需要密切的追蹤鳥類分類研究。不過,ebird幫忙省了這樁苦差事,ebird團隊會依照Clements世界鳥類名錄,定期更新資料庫的鳥類分類歸屬。ebird是以物種為單位,但這對某些賞鳥人(我)來說是不夠的,還要以亞種為單位,而且還自己製作生涯鳥種數累積曲線(ebird目前無此功能)。

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查詢最近有什麼好鳥可看

查查看最近有什麼稀有鳥來報到,是很重要的即時資訊。點選【探索資料】、【探索地區】,輸入所要查詢的國家或地區之後,顯示如下圖。下圖是查詢臺灣的顯示結果,可見在資料庫內,臺灣的鳥類紀錄清單共有14,186份,共記錄527種小鳥,以下則是鳥種清單,右邊可見最即時上傳賞鳥紀錄。如果想要ebird主動通知鳥訊,可點選【探索資料】、右下角的【鳥訊快報】,輸入email便可由ebird主動通知你稀有鳥的鳥訊,以及鳥尚未目擊過的鳥種訊息。不過,以我個人的使用經驗,幾乎完全是坐在辦公桌前面扼腕,根本無暇立即去鳥點報到。

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查詢各鳥種的資料分布

ebird資料庫最大的價值,在於可透過各種方式探索資料庫裡的資料,滿足使用者的應用需求。查閱某鳥種的資料是相當基本的功能,點選 【探索資料】、【鳥種分布圖】,可在右上角輸入鳥類的英文名或學名,顯示該鳥種的資料分布(目前暫無法以中文查詢)。如下圖為麻雀的資料分布圖,將地圖拉近則可檢視資料細節。該注意的是,麻雀是廣泛分布於歐亞大陸的鳥類(印度半島除外),但未曾有資料的地點則無法顯示,如中亞及中國。

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查閱世界各地的鳥類名錄與遷留狀態

點選【資料探索】、【條型圖】,選擇所要查詢的國家或地區後,便能顯示該地的一整年鳥類數量變化。ebird將每個月分成四週,厚度代表該鳥種的數量,時間範圍可自行設定。這樣的結果可以判對當地個鳥種的遷留狀態,對賞鳥人來說,就可以知道哪個月份造訪可看到最多種小鳥,哪些月份去的話就打消念頭乖乖陪老婆購物。

以下為查詢臺灣所有資料的結果,可見白耳畫眉(White-eared Sibia)和藪鳥(Steere’s Liocichla)的數量相當多且全年可見,可判斷是不遷徙的留鳥。紋翼畫眉(Taiwan Barwing)也是留鳥不過數量較少。烏鶲(Dark-sided Flycatcher)、寬嘴鶲(Asian Brown Flycatcher)和灰斑鶲(Gray-streaked Flycatcher)的資料主要集中在春秋兩季,可判斷是遷徙季節時在臺灣短暫停留的過境鳥,有些寬嘴鶲則在冬天也有紀錄。紅尾鶲(Ferruginous Flycatcher)的資料集中在夏季,可判斷是夏天才到臺灣繁殖的夏候鳥。

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查詢鳥類熱點

對賞鳥人而言,趁出國的空檔尋找新鳥種是很重要的任務,如果飯店附近有鳥類熱點,在開會之前早起賞鳥是再好不過的安排了。點選【資料探索】、【探索熱門鳥點】便會顯示熱門鳥點的世界地圖,拉近到查詢的地區就會顯示資料細節。從下圖可見,北臺灣的重要熱點不外乎關渡、華江橋雁鴨公園、金山、野柳和東北角的田寮洋,點選可顯示鳥種數與紀錄清單數。例如關渡自然公園目前共有131份鳥類紀錄清單,共記錄140種鳥。

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百人排行榜

除了查詢鳥類資料,賞鳥另一大樂趣是與他人一較高下,也秤秤自己的斤兩。點選【資料探索】、【百人排行榜】,選擇國家或地區之後,便會顯示前100名的ebird使用者,可以用鳥種數排序,也能用上傳紀錄清單數排序。下圖是全臺灣在2015年至7月31日為止的排行榜(依鳥種數),共記錄459種鳥。

看看第一名已經記錄了400種鳥,第二名380種,第三名326種。我個人則是魯魯的以157種排在第44名(驚!),連人家的車尾燈都看不到,連螢幕截圖都截不進來。當然,這表示有乖乖上班,沒有偷跑出去看小鳥。由於臺灣的使用者還不多,所以百人排行榜內大多數是認識的朋友,常常上來檢視可以看看誰去賞鳥卻又不揪。如果顧及隱私不希望自己的紀錄顯示於資料庫中,在帳號管理處可設定為匿名。

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這麼多人提供資料,有錯怎麼辦?

ebird鳥類資料庫的強大功能,辨識資料偵錯與檢核機制。資料庫中已經先將各地區鳥種的「當月最大量」作為基礎,當你輸入的數量超過資料庫中的「當月最大量」時,系統便會提醒使用者:「這是一筆相當罕見的紀錄,請您再做確認,或提供照片或詳細資訊」。這樣的機制,也可以避免使用者不小心輸入錯誤,「當月最大量」也可以隨時修正調整。此外,將資料上傳資料,ebird會將資料交給由各地區資深賞鳥人所擔任的「審查委員團」審查,如果紀錄罕見或不合理,審查委員會直接寫信給使用者做溝通及確認。如果資料非常不合理,審查委員便會將資料剃除,使用者還是會在自己的紀錄中看見那筆稀有的資料,但是並不會進入資料匯算和整合的資料庫中。

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有什麼很酷的成果嗎?

ebird累積了大量的鳥類分布資料,能提供研究者挖掘其所需要的資料,自行整理分析。其中一項相當酷的是建立美國部分鳥種(資料量要夠大)出現點位的全年變化,對候鳥來說,更可以顯示遷徙狀況。例如下圖是Black-throated Gray Warbler四月時的分布圖,疊合後可製成全年變化動態圖(更多鳥種的動態圖請看這裡)。

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滴水足以穿石,聚沙可以成塔,ebird掌握了使用者的喜好,獲得大量的資料,涵蓋的時間與空間也非常龐大。如果沒有為數眾多的賞鳥人,ebird也難以有這樣的成績。ebird在此難以全面介紹,如果你需要一個方便管理賞鳥紀錄的平台,又希望讓賞鳥成果發揮出更多的價值,那就快來ebird註冊一個帳號吧!

註:因與ebird簽署合作協議,本文所有圖片皆已獲得授權使用。

參考文獻

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林大利_96
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來自森林系,目前於特有生物研究保育中心服務。興趣廣泛,主要研究小鳥、森林和野生動物的棲地。出門一定要帶書、對著地圖發呆很久、算清楚自己看過幾種鳥。是個龜毛的讀者,認為龜毛是一種科學寫作的美德。