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受傷了,照一下就好?

葉綠舒
・2015/01/22 ・781字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 477 ・五年級

Laceration,_leg
未來的傷口治療是否能「照一下」就好? 圖片來源:wikipedia

 

在科幻電影裡面,如果有人受傷了,醫生就會拿出一隻光筆照一照,然後傷口就癒合了。這聽起來很像哈利波特的魔法,但是最近喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的研究團隊,似乎將我們帶近了這個「魔法」一步。

研究團隊將他們發明的RGD環多肽(Asp-D-Phe-Lys-Arg-Gly)在天冬氨酸(Asp)的那一頭以DMNPB(3-(4,5-dimethoxy-2-nitrophenyl)-2-butyl ester)這種可以被光活化的(原文為photo-labile,不過在整個實驗中的作用比較類似於被光活化)分子修飾之後,如果單獨將這樣的RGD環多肽凝膠塗在小鼠的傷口,再以350~365奈米波長的紫外光照射後,傷口會出現疤痕組織。

這沒什麼,但是接下來的實驗就有趣了。研究團隊在這個凝膠中加入血管生長因子VEGF(vascular endothelial growth factor),然後再使用紫外光照射。結果傷口很快地長出了新的血管!這對於組織移植非常的重要,因為若是新移植的組織與原來的組織之間無法長出新的血管,則移植的組織得不到養分供應,便會很快就死亡,於是移植就失敗了。

現在只剩下一個問題:在這個實驗裡使用的光波是紫外光。由於小鼠的皮膚較薄,紫外光容易穿透;但要應用在人類,由於人類的皮膚較厚,大約只有10%的紫外光可以穿過,雖然應該也能活化凝膠,但另一個考量則是紫外光會造成灼傷,並且有造成皮膚癌的風險。

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目前,研究團隊正在嘗試能否以紅外光來活化凝膠。紅外光穿透人類皮膚的能力較紫外光好,也沒有灼傷與皮膚癌的疑慮。如果可以,未來受傷了,或許就是消毒一下、塗個藥、照一照就好了。

原文轉載自作者部落格

參考資料:

  1. 2014/12/16. Researchers make blood vessels grow by shining a light on skin. Science Now.
  2. Ted T. Lee, José R. García, Julieta I. Paez, Ankur Singh, Edward A. Phelps, Simone Weis, Zahid Shafiq, Asha Shekaran, Aránzazu del Campo & Andrés J. García. 2014. Light-triggered in vivo activation of adhesive peptides regulates cell adhesion, inflammation and vascularization of biomaterials. NATURE MATERIALS. doi:10.1038/nmat4157
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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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從鋼板到負壓系統:骨折治療的新時代讓復原更輕鬆!
careonline_96
・2024/12/06 ・2398字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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圖/照護線上

「骨科手術的傷口很怕感染,如果感染無法控制,便得將植入物、人工關節移除,然後需要長時間的換藥,等到感染改善後再想辦法關閉傷口,往往需要3至6個月以上。」臺北醫學大學附設醫院骨科部運動醫學科主任呂憲宗醫師指出,「為了降低傷口併發症的風險,可以多管齊下,包括把血糖控制穩定、避免手術低體溫、使用手術後負壓傷口照護系統等,讓傷口順利癒合,能夠減輕患者與家屬的壓力,也能避免許多衍生的醫療花費。」

車禍、跌倒都可能造成骨折,車禍常造成脛骨、股骨、脊椎骨折;跌倒時因為會用手撐地,常造成手腕骨折;老人家在滑倒時容易出現髖部骨折。呂憲宗醫師解釋,如果在受傷時骨頭沒有跟外界環境接觸,稱為閉鎖性骨折;如果在受傷時骨頭有跟外界環境接觸,稱為開放性骨折。

隨著鋼板、鋼釘等醫材的進步,骨折的治療觀念逐漸改變。呂憲宗醫師指出,若狀況許可時,現在會傾向用鋼板、鋼釘進行固定,讓患者能早點活動。

因為如果採用打石膏的保守治療,患者可能要固定 4 至 8 週等待骨頭癒合。呂憲宗醫師說,如果動手術固定,能夠顯著縮短復原的時間。

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接受手術治療後,便要好好地照顧傷口。無論是創傷造成的傷口,或是動手術造成的傷口,都得留意傷口併發症的發生。呂憲宗醫師說,常見的傷口併發症包括腫脹、疼痛、感染、壞死、崩裂等。傷口併發症可能導致住院天數增加、醫療花費增加。

傷口併發症有關的危險因子
圖/照護線上

與傷口併發症有關的危險因子很多,有些是與患者相關,有些是與手術相關。呂憲宗醫師說,患者相關的危險因子包括糖尿病、高血壓、肥胖、高齡、慢性腎病、慢性肺病、抽菸等;手術相關的危險因子包括緊急手術、二次手術、軟組織受損、汙染性傷口、高張力傷口、手術低體溫、手術時間長等。

為了減少傷口併發症,醫師會針對各種傷口併發症的成因擬定各種對策,包括把血糖控制穩定、採用個人專用熱空氣式保溫毯避免手術低體溫、使用手術後負壓傷口照護系統幫助傷口癒合與保護並控制傷口併發症等。

由於傷口中常會鬱積組織液,鬱積的組織液會增加傷口感染的風險。呂憲宗醫師說,手術後負壓傷口照護系統是在台灣是相對較新的技術,它是在傷口外覆蓋特殊海綿敷料,再以防水的薄膜固定,然後接上持續抽吸的主機。手術後負壓傷口照護系統能夠維持負壓,幫助移除滲液與感染物質,進而降低傷口感染的風險。

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傷口併發症的成因與對策
圖/照護線上

相較於使用紗布覆蓋傷口,手術後負壓傷口照護系統能夠帶給患者幾項好處。呂憲宗醫師說,因為具有防水薄膜,能夠避免傷口碰到水,讓患者、家屬較好照顧,而且可以連續保護手術傷口5至7天,減少換藥頻率與不適。

手術後負壓傷口照護系統能夠移除多餘的滲液,預防切口旁皮膚浸潤、並降低傷口感染的機會。亦能幫助拉近縫合傷口,減少傷口側邊張力,並可增加附近微血管的血流量,刺激肉芽組織生長。

「骨折的傷口若發生感染,可能演變成骨髓炎,就會相當棘手。」呂憲宗醫師說,「從臨床經驗看來,手術後負壓傷口照護系統能夠讓患者早一點出院、減輕傷口照護的負擔、降低感染的風險,帶給患者很多幫助。」在現今醫療人力不足的情況下,使用手術後負壓傷口照護系統可以讓患者傷口得到更好的照護成效及先進的醫療品質。

負壓傷口照護系統幫助減少傷口併發症
圖/照護線上

筆記重點整理

一、 隨著鋼板、鋼釘等醫材的進步,骨折的治療觀念逐漸改變。若狀況許可時,現在會傾向用鋼板、鋼釘進行固定,讓患者能早點活動。如果採用打石膏的保守治療,患者可能要固定 4 至 8 週等待骨頭癒合。如果動手術固定,能夠顯著縮短復原的時間。

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二、 接受手術後,要留意傷口併發症。常見的傷口併發症包括腫脹、疼痛、感染、壞死、崩裂等。傷口併發症可能導致住院天數增加、醫療花費增加。

三、 為了減少傷口併發症,醫師會針對各種傷口併發症的成因擬定各種對策,包括把血糖控制穩定、避免手術低體溫、使用手術後負壓傷口照護系統等。

四、 相較於使用紗布覆蓋傷口,手術後負壓傷口照護系統能夠帶給患者幾項好處。因為具有防水薄膜,能夠避免傷口碰到水,讓患者、家屬較好照顧,而且可以連續保護手術傷口5至7天,減少換藥頻率與不適,讓患者傷口得到更好的照護成效及醫療品質。

五、 手術後負壓傷口照護系統能夠移除多餘的滲液,預防切口旁皮膚浸潤、並降低傷口感染的機會。亦能幫助拉近縫合傷口,減少傷口側邊張力,並可增加附近微血管的血流量,刺激肉芽組織生長。

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傷口的處置迷思,你中了幾個?乳膏不能塗在傷口上、碘酒其實不利於傷口痊癒!——《了不起的人體:如此精妙,如此有趣,說不定還能救你一命》
如何出版
・2022/07/27 ・1894字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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輕微的擦傷,其實不用消毒?

以前如果有擦傷或是割傷,第一步一定是消毒。不論家裡或學校的保健室,必備外傷用的消毒液,諸如酒精製劑、碘酒、白藥水、俗稱「紅藥水」的紅溴汞等,商品種類繁多。

但是近年來已經發現消毒液不利於傷口痊癒。因此除了特殊的狀況,基本上傷口不用消毒,用自來水仔細把砂土、泥巴之類的異物洗乾淨就夠了,不用拚命忍受消毒液碰到傷口的疼痛。

近年來已經發現消毒液不利於傷口痊癒。圖/Pixabay

在醫院也是一樣。一般而言,較深、需要縫合的傷口會事前消毒,如果不是就不用消毒。因為長久以來的習慣,很多人都認為「傷口需要消毒」,所以或許會有人不滿「都特別去醫院了,竟然不幫我消毒」,不過輕傷「不消毒」才是正確的做法。

可能會有人懷疑「不消毒的話傷口不會化膿嗎?」的確,如果細菌從傷口處侵入並繁殖,就會引起感染(化膿),但就像前面提到的,皮膚本來就常態性會有細菌和我們共生,消毒的瞬間會把這些細菌都殺死,之後就無法防止旁邊的細菌進入傷口,倒不如定期把傷口清洗乾淨還比較重要

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傷口保持「濕潤」有助於傷口癒合?

一般而言,輕傷不使用抗菌藥物,是因為在預防感染上沒有作用。

傷口在剛開始被感染時,以「治療」為目的使用抗菌藥物是合理的,但是以「預防」為目的是無效的。在還沒感染之前就趕盡殺絕,就像還沒發生犯罪之前就把人逮捕一樣。

但是汙染嚴重的傷口例外。例如被貓狗等動物咬傷,相較於普通的傷口來說感染風險很高,因此會以預防為目的使用抗菌藥物。此外如前所述,在確認傷口汙染程度和疫苗接種時間後,也有可能需要注射破傷風疫苗。

傷口管理上的想法已經大為改變。以前是認為要「乾乾的」,讓傷口保持乾燥比較好;但近年來卻發現讓傷口維持濕潤比較快痊癒,所以通常會在傷口抹上軟膏,以維持濕潤的環境。

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近年來發現讓傷口維持濕潤比較快痊癒,所以通常會在傷口抹上軟膏,以維持濕潤的環境。圖/Pexels

外用藥的軟膏和乳膏常常會被搞混,其實完全不同。軟膏類是由藥物成分及基劑所構成,並不是將藥物成分塗抹在皮膚上,而是將藥物成分溶於基劑中再抹上去。

此外,軟膏的基劑是油性成分(凡士林等),乳膏在油性成分之外還含有水分。因此軟膏黏性較強、保濕力較高,對皮膚刺激也比較少;而乳膏水潤滑順、黏性較差、對皮膚刺激性較強,不能使用在傷口部位。所以要塗在傷口上的話,要選用軟膏。

漱口可以沖掉喉嚨的病毒嗎?效果有限!

在醫學的世界裡,有些過去以為是正確、大家都深信不疑的事,在之後的研究中才發現是錯誤……這樣的例子不少,傷口處置正是最典型的例子之一。

其他還有類似的案例,例如漱口藥。

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以前像碘酒之類的漱口藥,被認為有預防感冒的效果,但近年發現用自來水就綽綽有餘。

現在用自來水就能有效預防感冒已經成為「理所當然」,實際上,醫院除非有特殊理由,否則不會以預防感冒或治療為目的地開立漱口藥。

現在用自來水就能有效預防感冒已經成為「理所當然」,醫院除非有特殊理由,否則不會以預防感冒或治療為目的地開立漱口藥。圖/Pexels

漱口藥本身的效果也被認為是有限的。在新冠肺炎對策中,也不斷宣導「勤洗手、戴口罩、避免密集密切接觸」,但並沒有「漱口」這項。

漱口或許可以將附著在喉嚨上的病原體沖刷掉,但是在下一個瞬間吸入飛到眼前的飛沫,那漱口的效果就前功盡棄了。這就是為什麼在傳染對策上,漱口的優先順位不高的理由。

雖說如此,像這種「感覺原因很合理的說明」,在之後的研究被翻盤,醫學史上也經常發生。即使現在手邊的材料看起來很合理的說明,那也不過是「暫時的正確答案」而已。

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——本文摘自《了不起的人體:如此精妙,如此有趣,說不定還能救你一命》,2022 年 7 月,如何出版,未經同意請勿轉載。

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