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知識大圖解:噴射背包

知識大圖解_96
・2015/03/15 ・2465字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 563 ・九年級
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噴射背包的概念 100 年前首度出現,至今現代科技終於讓個人飛行的美夢成真。

1920 年代的科幻雜誌《驚奇故事》(Amazing Stories)中,巴克.羅傑斯(Buck Rogers)駕著噴射背包打擊犯罪,開啟了人類對未來飛行的想像。

噴射引擎吸進空氣後,會將空氣與燃料混合並進一步壓縮點燃;這股高壓熱氣經過渦輪,從狹窄的噴嘴噴出,藉此產生推力。製作噴射背包有個不變法則,就是盡可能把一具以上的強力引擎掛載到背包上,讓人背上背包就能在空中恣意飛行。然而,早期的噴射引擎太大了,不可能背著,所以唯一的替代方案就是使用火箭;火箭跟噴射引擎的運作原理相似,但火箭並不吸入空氣,而是透過本身裝載的燃料產生化學反應提供動力。

第一款正式嘗試製作的噴射背包是1953 年的「火箭背帶」,由溫德爾.摩爾(Wendell Moore) 發明,使用的動力為過氧化氫火箭。氮氣加壓使過氧化氫通過銀觸媒而快速分解成水蒸氣與氧氣;氣體以每秒 1000 公尺的速度從噴嘴噴射出來,產生的推力超過 125 公斤,但這股推力只夠讓火箭背帶和飛行員升空 20 多秒。火箭背帶 70%的燃料都花在抵消重力,因此飛行時間嚴重受限;攜帶更多燃料,火箭背帶就會過重,因此即便多次改良設計,也採用質量較輕的現代材料以減輕重量,過氧化氫火箭背包仍無法飛行超過一分鐘。

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解決燃料重量的方法之一,是將噴射背包接上一根彈性輸送管,連接地面上的燃料來源。 然而,若要將噴射背包當作長程交通工具,這方法似乎一點也不實際,但對捷雷(JetLev)水力噴射背包等娛樂用機型來說,卻可以有效延長飛行時間,而且機器不會重到飛行員負荷不 了。另一個方法是提升引擎效率;噴射引擎科技已經進步到足以製作出能裝在背包上的小引擎,讓現代人能開發出真正的噴射背包飛行器。

1960 年代晚期,火箭背帶的發明者摩爾就率先嘗試搭載特別設計的噴射引擎,結果成功將空中停留時間延長至 20分鐘,飛行時速則達到 97 公里。可惜的是,強大的噴射動力、昂貴的易爆燃料,加上低科技降落傘系統,導致噴射背帶既不實用又非常危險。

時至今日,搭載噴射引擎的個人飛行器中,瑞士發明家羅西設計的噴射飛行翼十分令人驚艷;半硬式的碳纖維機翼全翼展約莫兩公尺,裝在四具改良版煤油噴射引擎上。噴射引擎動力強大,因此頭部、手臂、肩膀只需些微動作便可操控飛行翼,但也因此無法從地面起飛,只能以直升機載上高空;引擎運作方式就像加上動力的自由落體,讓羅西得以超過 160 公里的平均時速在空中飛行。

要延長飛行時間還有另一個辦法,亦即完全放棄噴射動力,另覓他法騰空飛行,而馬丁噴射背包就這麼誕生了!

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馬丁噴射背包棄噴射引擎改以雙導管風扇製造升力;兩具碳纖維克維拉(Kevlar)風扇分別搭載於飛行員的兩側,由專門定製的 V4 引擎驅動,導管的進氣口稍寬於排氣口,空氣高速流經導管,產生的推力不僅足以讓噴射背包與飛行員升空,還多出 50 公斤的推力可以因應急遽變化的高度。馬丁噴射背包的攀升速度每分鐘可達 250 公尺,而導管風扇設計與汽油引擎將馬丁噴射背包的極速推至時速 74 公里。馬丁噴射背包飛行時間高達半小時,而且不需補給燃料便可飛行將近 30 公里;厲害的是,無人試飛時,馬丁噴射背包的飛行高度竟然可以超過 1500 公尺。

設計噴射背包是一回事,但飛航安全又是完全不同的挑戰。噴射背包的飛行測試包括假人撞擊測試以及短程低空飛行;模型機從短距的兔跳(bunny hops)開始逐一施測,會經過多次改良並加強穩定性,直到可以順利升空;升空後,測試機便由遠端遙控,另有一條繩子栓於地面,失控時還可以控制飛行高度。

如果噴射背包通過初期測試,下一階段便是由真人駕駛,但仍會有地面纜繩連結,讓飛行員可以在安全環境中操作;接著,全面測試會提高飛行高度,改良科技之後,就會再度進行假人撞擊測試,而高空測試也可以檢驗安全機制。駕駛噴射背包的潛在風險很高,不僅燃料易燃,引擎在空中故障的話,後果也會相當慘重。

現代噴射背包都使用高科技複合材料,也都配有安全裝置,飛行員也會身著防火裝並配戴耳塞以對抗震耳欲聾的引擎聲;火箭背帶產生的噪音高達 130 分貝,跟氣鑽沒兩樣,雖然 馬丁噴射背包已經改善許多,但仍像置身洶湧的車潮,聲音高達 95 分貝左右。 飛行器本身也都配有降落傘;對飛行翼來說,降落傘是安全降落的必要配備,但對馬丁噴射背包來說只是緊急備用裝置。此外,設備通常都有浮力,要是降落在水中,飛行員就不會慘遭拖行到水面下。

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儘管過去數年噴射背包已有長足進步,但仍面臨許多限制,無法如科幻小說中一樣完美; 噴射機燃料重量不輕,要價昂貴,而儘管導管風扇提高了燃料使用效率,但目前為止體積仍然比我們想像的濃縮版噴射背包大上許多。行動不便是一大問題,馬丁噴射背包的風扇裝在龐大的導管外殼中,所以無法高速前後移動;羅西的飛行翼比較靈敏,但壞處就是起飛降落必須分別仰仗直升機與降落傘,不過這點羅西正努力鑽研,希望未來能從地面起飛。

雖然目前與科幻小說的噴射背包還有段落差,但這項新科技潛能無限,多國軍方、搜救 隊、緊急應變單位都對馬丁噴射背包大感興趣。馬丁噴射背包速度快,里程不差,也能前往陸路難及之處,此外尚能遠端遙控,所以進入極盡凶險的區域也沒有問題,甚或可以當作救援機,將人載到安全的地方。當然,終極目標希望馬丁噴射背包也具備娛樂用途。目前為止,各國航管部門尚不須煩憂噴射背包的問題,所以還未制定明確法規;若有需要,各地有關當局可以自行訂定規範。 紐西蘭准許真人試飛馬丁噴射背包的原型機,但規定相當嚴格,飛行員必須持有執照,離地也不得超過 6 公尺,離水面則不得超過 7.6 公尺。

開發完成的馬丁噴射背包預計 2015 年上市,可能要價 15 萬美元;研發團隊希望避開強制申請執照的規定,所以噴射背包的設計完全符合美國聯邦民航局現行針對超輕型載具的規定。 雖然巴克.羅傑斯的噴射背包尚未問世,但工程師已將個人飛行的夢想又更拉近現實一些。

本文節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 06 期(2015 年 3 月號)

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奪命瞬間!劇烈撕裂性胸背痛恐是「主動脈剝離」,醫師解析分型與微創保命關鍵
careonline_96
・2026/04/16 ・2123字 ・閱讀時間約 4 分鐘

猛爆性胸痛!主動脈剝離常伴隨致命併發症,外科手術、微創主動脈支架解析,心臟血管外科醫師圖文懶人包

突發劇烈撕裂性胸背痛,當心是致命「主動脈剝離」!若延誤恐引發中風或猝死。本文由醫師解析甲乙型差異,並帶您了解開放式手術與微創支架等保命治療關鍵。

「那是一位中年男性,有天中午在搭車的時候突然發生非常劇烈的胸痛及背痛,痛到全身冒冷汗,而被送到急診室。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授表示,「經檢查確認為乙型主動脈剝離(Type B),患者便住進加護病房密切觀察。」

後續經藥物治療血壓仍無法良好控制,且追蹤電腦斷層後發現主動脈剝離進展,因此患者接受微創主動脈支架置放手術。陳紹緯教授說,在先進影像系統的導引下,醫師利用主動脈覆膜支架封住主動脈內膜裂孔,患者順利恢復,目前持續在門診追蹤治療。

主動脈是人體最大的動脈血管,管壁構造分為三層:內層、中層與外層。陳紹緯教授指出,當主動脈內膜出現裂孔,血液會灌入血管壁中,形成血管壁撕裂的現象,稱為「主動脈剝離」。

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出現主動脈剝離時,血液原本流通的管腔稱為「真腔」,而血液灌入撕裂處所形成的空間則稱為「假腔」。

主動脈剝離爆發胸痛

主動脈剝離較常出現在男性,危險因子包括高血壓、老年人、動脈粥狀硬化、結締組織疾病、家族病史等。

主動脈剝離通常是突然發作,患者會感到非常劇烈的撕裂性胸痛,疼痛可能由前胸延伸至背部,常伴隨呼吸急促、全身冒冷汗。陳紹緯教授說,若剝離延伸至供應腦部的血管,可能導致腦中風;若影響冠狀動脈,可能引發心肌梗塞;若波及脊椎供血,可能造成下肢癱瘓;若影響腎動脈,可能造成急性腎衰竭。主動脈剝離也可能造成血胸、腸缺血、下肢缺血壞死等嚴重併發症。

主動脈剝離恐致嚴重併發症

臨床上會根據剝離位置將主動脈剝離分為兩型,「甲型主動脈剝離(Type A)」與「乙型主動脈剝離(Type B)」。陳紹緯教授說,剝離範圍包括升主動脈稱為「甲型主動脈剝離(Type A)」,剝離範圍僅降主動脈稱為「乙型主動脈剝離(Type B)」。

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甲型主動脈剝離(Type A)是威脅生命的急症,需立即進行緊急手術治療,也有許多患者在發作時即猝死;乙型主動脈剝離(Type B)則需住進加護病房密切觀察,視情況採藥物或介入治療。

主動脈剝離治療

甲型主動脈剝離(Type A)的治療以開放式手術為主,由心臟血管外科醫師打開胸腔,切除剝離的主動脈段,並以人工血管重建主動脈結構。

乙型主動脈剝離(Type B)的治療方式包括藥物控制與微創主動脈支架置放手術。主動脈支架包覆一層薄膜,展開後可貼合主動脈壁,封閉內膜裂孔,阻止血液進入假腔。

微創主動脈支架置放手術一般會從腹股溝處將導管放入股動脈,在先進影像系統的導引下將覆膜支架送至主動脈病灶,確認位置後展開支架,讓血液在支架內流動,避免再度灌入裂孔。陳紹緯教授說,若主動脈弓的動脈受到影響,便需要透過另一個刀口進行血管繞道手術或支架手術來重建腦部或上肢血管血流。

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主動脈剝離患者在接受主動脈支架手術後,請務必定期回診追蹤,並嚴格控制血壓、血糖、血脂,以降低再發風險。

筆記重點整理

  • 主動脈剝離通常是突然發作,患者會感到非常劇烈的撕裂性胸痛,疼痛可能由前胸延伸至背部,常伴隨呼吸急促、全身冒冷汗。主動脈剝離也可能造成腦中風、心肌梗塞、血胸、腸缺血、下肢癱瘓、下肢缺血壞死、急性腎衰竭等嚴重併發症。
  • 剝離範圍包括升主動脈稱為「甲型主動脈剝離(Type A)」,剝離範圍僅降主動脈稱為「乙型主動脈剝離(Type B)」。甲型主動脈剝離(Type A)是威脅生命的急症,需立即進行緊急手術治療,也有許多患者在發作時即猝死;乙型主動脈剝離(Type B)則需住進加護病房密切觀察,視情況採藥物或介入治療。
  • 甲型主動脈剝離(Type A)的治療以開放式手術為主,由心臟血管外科醫師打開胸腔,切除剝離的主動脈段,並以人工血管重建主動脈結構。
  • 乙型主動脈剝離(Type B)的治療方式包括藥物控制與微創主動脈支架置放手術。主動脈支架包覆一層薄膜,展開後可貼合主動脈壁,封閉內膜裂孔,阻止血液進入假腔。若主動脈弓的動脈受到影響,便需要透過另一個刀口進行血管繞道手術或支架手術來重建腦部或上肢血管血流。
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不想戴老花眼鏡有救了?揭開「老花眼藥水」背後的針孔效應與市場大戰
PanSci_96
・2026/04/15 ・2226字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 AI 協助生成,內容經編輯審閱。

你是不是也開始覺得,看手機的距離得越拿越遠,餐廳菜單上的字也變得有些模糊?沒錯,老花眼(Presbyopia)是每個人生命中難以逃避的生理關卡。目前全球有超過二十億人飽受老花之苦,長期以來,我們似乎只能無奈地戴上老花眼鏡,或是尋求侵入性的雷射手術。但近年來,醫學界出現了令人振奮的突破——「老花眼藥水」。滴一滴眼藥水,就能暫時告別老花眼鏡?這到底是甚麼黑科技?

為什麼會老花?傳統矯正方式有什麼盲點?

老花眼的根源在於眼內「晶狀體(Crystalline Lens)」的老化。年輕時,晶狀體充滿彈性,能隨著睫狀肌的收縮改變形狀,就像相機鏡頭一樣精準對焦。然而,隨著年紀增長,晶狀體內的膠原蛋白因為長期的氧化壓力而產生化學變化(形成雙硫鍵),導致晶狀體變硬、失去彈性。當它無法再聽從睫狀肌的指揮時,我們的眼睛就失去了看清楚近距離物體的能力。

過去,解決老花眼主要依賴光學矯正或手術。老花眼鏡雖然直接,但在看遠和看近之間必須頻繁摘戴,常讓人覺得麻煩,忘了帶眼鏡更是讓人焦慮;漸進多焦鏡片則有視野邊緣扭曲的問題,需要長時間適應,甚至會引發頭暈。而若是選擇多焦點隱形眼鏡,中高齡族群又常伴隨乾眼症,戴起來十分不適。至於單眼視力雷射或人工水晶體置換等手術,不僅費用高昂,不可逆的侵入性也伴隨著對比敏感度下降及夜間眩光等後遺症,讓許多人望之卻步。

「治本」太難,不如靠「針孔效應」治標?

為了解決傳統治療的痛點,各大藥廠開始研發能改善老花的眼藥水。從藥理機制的分類來看,研發方向主要分為兩大派別:「晶狀體軟化劑」與「縮瞳劑」。

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科學家們最初滿懷理想,試圖開發能打破晶狀體老化化學鍵的「晶狀體軟化劑」(如 Novartis 的 UNR844 專案),希望讓晶狀體恢復彈性,達到徹底「治本」的效果。可惜的是,眼球內部的無血管封閉環境難以讓藥物達到足夠濃度,且打破化學鍵的過程極難精準控制,不僅未達預期療效,還可能引發白內障。隨著這條研發路徑在臨床試驗中受挫,產業界將資源全面轉向了另一條路徑——「縮瞳劑」。

縮瞳劑不改變晶狀體的結構,而是利用光學原理中的「針孔效應(Pinhole Effect)」。就像攝影機縮小光圈可以增加景深一樣,縮瞳劑會刺激瞳孔括約肌,使瞳孔縮小。當瞳孔縮小至 1.6 到 2.5 毫米的黃金區間時,能有效過濾掉周邊散射的光線並減少球面像差,大幅增加眼睛的「焦深」。這樣一來,不需改變晶狀體的形狀,患者就能看清楚近處和中距離的影像,同時也不會影響遠處的視力。

從霸主到挑戰者,老花眼藥水的市場大戰

自從 2021 年美國 FDA 核准了全球首款老花眼藥水 Vuity 之後,這個被視為眼科研發領域的「重磅炸彈」級市場便正式點燃戰火。目前市場上有幾個主要競爭者,各自在成分與技術上祭出奇招:

1. 先行者 Vuity(AbbVie):作為市場霸主,Vuity 採用 1.25% 濃度的毛果芸香鹼(Pilocarpine),點藥後約 15 分鐘生效,藥效維持約 6 小時。它的優勢是搶佔先機與知名度,但作為第一代產品,其容易引起頭痛、眼白泛紅等副作用成為對手攻擊的弱點。 2. 挑戰者 Qlosi(Orasis):同樣使用毛果芸香鹼,但將濃度大幅降至 0.4%,且搭配不含防腐劑的獨特配方。Qlosi 於 2023 年獲批,主打「舒適度」,試圖吸引那些因為 Vuity 副作用而停藥的患者。 3. 長效複方 Brimochol PF(Visus):目前處於研發後期的 Brimochol PF 則主打「長效」。它巧妙結合了強效縮瞳劑(Carbachol)與防止瞳孔再次放大的成分(Brimonidine),有望將藥效延長至 8 到 10 小時,解決了第一代藥物一天需頻繁點好幾次的痛點。 4. 黑科技給藥 LNZ100(Eyenovia):這款研發中的產品採用了更具「瞳孔選擇性」的成分 Aceclidine,專注作用於縮瞳而不影響睫狀肌,大幅減少了眼痛感。此外,他們還搭配了獨家「Optejet 微量噴霧技術」,透過更精準的給藥減少藥水溢流,直接從硬體設備端進行降維打擊。

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滴一下就完美?不可忽視的副作用與風險

雖然老花眼藥水聽起來像是一秒變年輕的魔法,但它並非毫無缺陷。在臨床應用幾年後,醫界也提出了幾項重要的安全警示:

首先是「夜間視力下降」。因為瞳孔縮小,進入眼睛的光線變少了,導致在昏暗環境下視力明顯變差。因此,點藥後絕對不建議進行夜間駕駛。其次是「初期不適感」,包含眉骨痠痛、頭痛和眼睛充血,這主要是因為藥物刺激睫狀肌痙攣所引起。最後,也是最重要的警示——「視網膜剝離風險」。FDA 已要求 Vuity 更新標籤警告,因為睫狀肌的收縮可能會牽扯到視網膜,在極少數情況下增加視網膜撕裂或剝離的風險,高度近視患者在使用前必須經過眼科醫師的嚴格評估。

結語

老花眼藥水的出現,無疑為 40 到 55 歲的輕度老花族群提供了一個全新的「無鏡片」選擇。從傳統的光學矯正,到如今利用「針孔效應」的藥理學突破,我們見證了科學如何優雅地解決人類老化的痛點。雖然目前的產品仍需面對延長藥效與降低副作用的挑戰,目前的態勢更是「一超多強,差異化生存」。但隨著各大藥廠的激烈競爭,未來的產品勢必會越來越完善。或許在不久的將來,早晨出門前滴一滴眼藥水,輕鬆滑手機、看菜單,將成為我們日常生活的新常態。

參考資料

  1. Charman WN, Whitefoot H. (1977) Pupil diameter and the depth-of-field of the human eye.
  2. U.S. Food and Drug Administration (FDA) label update for Vuity regarding retinal detachment risks.
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撕裂般胸痛當心致命危機!一次看懂主動脈剝離與「免開胸」新型支架手術
careonline_96
・2026/04/14 ・1459字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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主動脈剝離常伴隨致命的突發性胸背劇痛。本文帶您了解其危險因子與治療方式,並解析新型混合式支架手術如何免除開胸,以更小的傷口減輕患者疼痛,大幅加速術後恢復。

提問:請問主動脈剝離可能出現哪些症狀?

劉國聖醫師:主動脈剝離最常見的症狀是突發性的嚴重胸痛,會轉移到背部。少部分的病人是用器官灌流不良來表現,比如說,如果發生下肢血管灌流不良,會出現腳麻痺、腳痛;如果是腸子的血管灌流不良,就會出現急性腹痛的症狀。

提問:請問主動脈剝離的危險因子有哪些?

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鄭羽廷醫師:主動脈剝離的危險因子有很多,像一些先天性的疾病、基因的缺陷、高血壓、外傷或者是感染,這些東西都有可能讓主動脈的質地變差,進而造成突然的破裂剝離。

提問:請問主動脈剝離該如何治療?

劉國聖醫師:急性主動脈剝離分成A型跟B型主動脈剝離。所謂A型主動脈剝離,就是有影響到升主動脈;B型主動脈剝離,就是沒有影響到升主動脈。一般來說急性A型主動脈剝離,因為它破裂死亡的機率非常的高,所以A型主動脈剝離是以手術治療為主。急性B型主動脈剝離,大部分的情況是以藥物治療即可,除非病人有出現嚴重的背痛,或是有嚴重的器官灌流不良,才會需要立即的手術治療。

提問:請問主動脈支架手術會如何進行?

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鄭羽廷醫師:主動脈支架手術需要從腹股溝的地方,將支架從腹股溝的血管送到胸主動脈的位置做釋放。視每個人的情況不一樣,如果需要遮擋住往左手的血管,左手的血管就需要再進行其他的外科手術進行繞道,譬如說需要一個左脖子到左腋下血管的繞道,所以這時候你的脖子跟胸口這邊,就會另外需要再兩個傷口。

提問:請問主動脈支架手術能帶給患者哪些好處?

鄭羽廷醫師:如果患者的血管它的解剖構造適合使用主動脈支架來處理的話,病人的傷口就只會有一個腹股溝一個打針的傷口。再視情況,如果需要做一些脖子或者是手的血管的繞道,他的脖子或者是手、胸前就需要開另外一些傷口。如果是要使用傳統的手術來置換的話,譬如說你需要去縫合主動脈弓的血管,或者是降主動脈的血管,這時候你的側胸就需要開一個三、四十公分長的傷口。所以這兩個的侵襲性跟術後恢復的情況相比,主動脈支架病人會舒適很多,恢復也會快很多。

提問:請問新型混合式主動脈支架手術會如何進行?

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鄭羽廷醫師:新型的混合式主動脈支架,它有內建一個血管的側支,所以主動脈支架釋放之後,我們可以再從手的血管進來再釋放一個側支的支架。這樣子做的好處就是可以不需要脖子跟胸口的另外那兩個外科的切口。

提問:請問新型混合式主動脈支架手術能帶給患者哪些幫助?

鄭羽廷醫師:新型的混合式主動脈支架,它可以省去一些外科手術的傷口,所以可以減少病人的疼痛不適,還有減少一些聲帶麻痺的風險。有些時候它也可以減少、避免病人的胸口需要鋸開,需要開胸手術。

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