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變色龍仿生技術:扭動就能變色的新材料

李秋容
・2015/03/26 ・1280字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 562 ・九年級
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工程師發明了一款像變色龍般可以隨意變換顏色的「皮膚」。Credit: The Optical Society (OSA)

變色龍只要讓皮膚緊致或鬆弛,就能改變顏色。加州大學柏克萊分校(University of California at Berkeley)的工程師師法根據這個概念,創造出極輕的變色材質,只需要輕微施力就可以依需求改變顏色。這款材質開啟了許多應用的可能,如:全新顯示科技、偽裝,或偵測建築、橋梁、飛機中難以察覺的毀損。

研究發表在美國光學學會(Optical Society of America,簡稱OSA)出版的《光學》(Optica)期刊。作者之一的常瑞華(Connie J. Chang-Hasnain)表示:「這是第一個任何人都能擁有,具彈性、只需彎曲就可以改變顏色的皮膚。」研究團隊在比髮絲還細一千倍的矽膜上,蝕刻上比光的波長還微小的紋理;還可以根據矽膜被彎曲和伸縮的程度,選擇材質可反射的顏色範圍。

與眾不同的新材質

根據物體成色的原理,可以將顏色分為「化學色」與「物理色」。化學色就是靠色素顯色,物理色則是靠奈米級的結構反射出不同顏色的光。近年來因為仿生表面的研究,物理色的相關研究與發現越來越多。(可以參考〈不會褪色的藍色羽毛〉一文)

研究團隊利用物理顯色原理,設計出改變顏色的新方法。他們在單一的薄矽膜上蝕刻了整排的「脊」或凸列,這些凸列不讓光發散形成一道完整的彩虹,而是反射了特定的光波長,藉由「調整」這些凸列間的間隔,可以選擇反射特定的顏色。不同於衍射光柵(diffraction grating)中的狹縫,這些凸列可以有效且立即地反射他們調整的光頻率。

控制的關鍵-彈性

凸列的間距成為控制顏色反射的關鍵,研究人員便利用彎曲或伸縮材質來巧妙地改變這些間隔,進而改變顯色。

早期發展具有彈性、可轉換顏色的表面材料並不理想;金屬表面易於蝕刻,但卻無法有效地只反射特定波長範圍的光,其他的表面則太厚限制了應用,或太堅固而無法使它們被彎曲。柏克萊的研究人員克服了這兩個障礙,他們使用了只有120奈米厚的矽半導體製成光柵隆起,將隆起的矽脂鑲嵌至可塑性的矽膜中產生彈性,當矽脂被彎曲或伸縮時,光柵的間隔就會有所改變。

這種材質使團隊可以創造一種極輕、扁平且易於再加工的皮膚,能有效地從83%的入射光中反射精確且純粹的色彩。他們的初期構想是將間隔僅僅改變25奈米,使顏色可以從綠色轉換成黃色、橘色和紅色。

變色龍皮膚的多種應用

研究人員創造出了1平方公分大小且可顏色轉換的矽脂,未來的發展方向希望製作出大到足夠發展商業用途的材質。常瑞華表示:「下一步就是要提高它的規模,目前設備都已經準備好了,而到那時我們希望可以找出在娛樂、安全和監控方面的應用。」

對顧客來說,此款變色龍材質可以應用在新型的顯示技術,在戶外的娛樂場所加入出色的色彩呈現,它也可以創造出車輛外觀的主動偽裝,使車輛可以改變顏色以融入周遭環境。更多日常的應用包括感應器可以變色,以顯示橋梁、建築或飛機的主要組成因受壓所造成的結構疲乏。常瑞華認為:「這是首次有人可以讓一片又薄又輕的表面上成功顯現範圍如此寬的色彩,真的非常的棒!」

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李秋容
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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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開創鴉片蛇毒中醫藥研究,臺灣第一位醫學博士——杜聰明
PanSci_96
・2023/02/03 ・3714字 ・閱讀時間約 7 分鐘

  • 文/郭立媛

1954 年夏季處於炎熱高溫的南臺灣,一間禮堂內湧入了近百人,臺下有許多穿著西裝或紳士服的男士們,一個個坐姿直挺聆聽臺上講者的發言,頻頻點頭應和;多數的學生們除了忙著拭去臉上的汗水,同時也更加勤奮地用手搧風消暑,與在座貴賓、家長仔細聆聽的樣貌呈現強烈對比。

講臺上站著一位六旬老人,用著流利優雅的閩南語,對這群剛進入高雄醫學院的學生們講述著「樂學至上,研究第一」的精神信念。

這位老人就是高雄醫學院(今高雄醫學大學)的創辦人,同時也是第一位臺灣醫學博士——杜聰明。

杜聰明在日治時期就有崇高的社會地位,是當時許多臺籍學生的偶像,戰後更在醫界擁有巨大影響力,因此在他創辦高醫後,有許多學生或舊識,紛紛將子弟送來高醫就讀,這些來自醫生家庭的子弟,許多是父子兩代都師承杜聰明,成為一段杏林佳話。

1954 年高雄醫學院成立暨開學典禮會場。圖/參考資料 1

體格丙下破格錄取,臺灣第一位醫學博士

杜聰明(1893-1986),號思牧,臺北淡水人。1909 年自滬尾公學校畢業後,以榜首考取臺灣總督府醫學校,但因體格檢查被評定為丙下,險遭除名,幸有當時的代理校長長野純藏將其破格錄取。

杜聰明在醫學校期間閱讀許多科學家傳記,最敬重德國的柯霍(Robert Koch,1843-1910)和法國的巴斯德(Louis Pasteur, 1822-1895)這兩名細菌學家。或許是師法這些研究者,醫學校畢業後,杜聰明選擇從事醫學研究,他先進入總督府研究所擔任助手,次年在堀內次雄老師的引薦下,前往日本京都帝國大學醫學部深造,通過了學力測驗後進入賀屋隆吉教授的內科教室,一年後再轉到森島庫太教授的藥物學教室做研究。

1922 年 11 月 23 日《臺灣日日新報》關於杜聰明獲得臺灣首位博士的報導。圖/參考資料 2

1921 年,杜聰明以高等官的身份返臺,擔任臺灣總督府醫學校助教授,是當時第三位被任命為日本高等官的臺灣人。1922 年甫滿 30 歲的杜聰明不僅已升任教授,同年底也順利通過博士申請,成為全日本國第 955 號博士,也是首位獲得日本博士學位的外地人,更是日治時期全臺灣第一位榮獲博士學位者,頓時成為臺灣各界矚目的焦點。

在當時,要取得博士學位本身已非常困難,尤其又是醫學領域。杜聰明身為土生土長於殖民地的臺灣人,卻能得醫學博士,不僅帶給許多臺灣人希望,同時也成為日本殖民政府有力的政策宣傳工具,往後只要提到臺灣,杜聰明的名字就一再被人提起,連帶被冠上了「臺灣第一位醫學博士」的頭銜。

杜聰明於 1942 年 7 月 3 日正式敘陞一等高官,身穿敕任官禮裝,為日治時期臺灣人官位最高者。圖/參考資料 3

鴉片、蛇毒、中醫藥,研究深具臺灣在地特色

校上課的時間外,杜聰明幾乎都待在研究所內做實驗。1925 年底杜聰明出發前往歐美留學,觀摩考察世界一流的研究室,為時約兩年半,1928 年人在巴黎的杜聰明還拜訪了正在環球旅行的林獻堂父子。

自歐美留學回國後的杜聰明,重新開設藥理學教室,但此時他身邊只有兩位助手和一位醫專應屆畢業生,但杜聰明不以為意,他認為比起實驗室的規模大小,最重要的是研究者的態度,此後他便開始投入鴉片、蛇毒、中醫藥等三項深具臺灣在地特色之研究。

杜聰明(後排中)與更生院的鴉片隱患者。圖/參考資料 4

鴉片癮者是臺灣社會長久以來的問題,不知多少人為此傾家蕩產,因此杜聰明在鴉片戒癮研究方面,主張以「漸減法」治療矯正吸食鴉片和施打嗎啡患者的毒癮,並發明微量嗎啡成分定性定量檢查法,藉由尿液檢查來決定療程,這種「尿檢法」至今仍是毒品檢驗的主要方式。

在日本政府的支持下,杜聰明帶領學生在愛愛寮及臺北更生院內進行大規模的鴉片戒癮療法,以總督府所設立的臺北更生院院內人數統計,在設立後的 17 年間共矯正了鴉片煙癮者 11,498 人。1937 年 8 月,杜聰明更因鴉片戒癮研究之成就,榮獲了日本學術協會賞。

除了鴉片的問題,身處熱帶潮濕地區的臺灣,經常出沒的毒蛇也是杜聰明所關注的研究焦點。原先日人對臺灣毒蛇研究多侷限於免疫學和血清學研究的範圍,杜聰明則將研究方向轉為其所擅長的毒物學和藥理學,更將蛇毒製成的鎮痛劑進行人體實驗,後來由李鎮源繼續傳承蛇毒的研究工作。關於臺灣蛇毒之研究,杜聰明共計發表 100 多篇論文,成績豐碩。

然而,杜聰明對於傳統的中醫藥也極有興趣,他主張應該要用現代科學角度去研究分析,也曾建議統治者讓中西醫研究一元化,雖未被採納,但他在生藥及中藥的藥理研究上仍有不少成果。

1930 年代在他擔任臺北帝國大學醫學部教授時,仍嘗試向學校當局提出設立漢醫學研究機關之建議;甚至到戰後初期,也曾向當局建議在臺大醫學院第一附屬醫院增設漢藥治療科,可惜最後仍未能如願。

造就臺灣的醫學教育,至高雄創設醫學院

在杜聰明所主持的藥理學教室中,先後有 40 名醫專畢業生跟隨杜聰明研究,共發表 131 篇論文,杜聰明因此建立其學術地位。1936 年,臺北帝國大學醫學部成立後,杜聰明被延攬為醫學部教授,是當時唯一的臺灣人教授,主持藥理學研究室,先後造就了 40 餘位醫學博士。

1945 年日本戰敗投降,杜聰明負責接收臺北帝國大學醫學院及附屬醫院、熱帶醫學研究所、赤十字會醫院,順利完成接收工作。之後,獲任命為臺灣大學醫學院院長兼附屬醫院院長,以及熱帶醫學研究所所長。

1947 年爆發二二八事件,杜聰明在友人通知下,幸運地迴避風險,同時也保住臺大醫學院的實驗教室與多數儀器,但在此之後,對於政治的熱情逐漸降溫,將全數心力都放在醫學教育上。

經歷臺大校園及臺大醫院一系列的人事變化、制度改革後,他仍積極爭取設立牙醫學系和藥學系,至 1953 年 8 月,臺灣大學終於通過設置牙醫學系和藥學系案,但也因此得罪校方行政部門,最終杜聰明遭校方強制解聘,只能黯然離開醫學院院長職務。

杜聰明離開臺大後,1954 年 7 月在南臺灣創辦了高雄醫學院,來實踐他的醫學教育理想。

首屆招收了 61 名醫學系學生,師資則多由杜聰明從臺大力邀而來。1963 至 1966 年間,因人事及財政問題而爆發「高醫風波」,導致杜聰明於 1966 年 10 月辭職。但此時高雄醫學院已頗具規模,為國內醫學教育重鎮。

而當時的臺灣省政府為了解決當時原住民部落存在著「無醫村」的問題,轉而向杜聰明尋求協助。鑑於許多醫科畢業生多不肯前往山地服務,在省府的委託之下,1958、1959 年杜聰明協助在高雄醫學院特設公費的「山地醫師醫學專修科」,專門招收原住民青年,經過四年的醫學教育後,必須到山地部落的衛生所服務滿十年,藉此來解決山地原住民醫療缺乏的問題。後來省政府考量地處海島的澎湖縣也是醫療資源不足,因此在原住民青年外,另外增加 4 個澎湖縣的學生名額。

杜聰明(右四)與第一屆山地醫師專科班的畢業生合影。圖/ 參考資料 5

堅定於研究與教育,深刻影響臺灣醫學史

杜聰明有感於身體瘦小,自醫學校時代開始,每日早晨勤於鍛鍊身體,數十年如一日,平時也喜好游泳,在擔任高雄醫學院院長期間,每週前往西子灣游泳健身。

家人記憶中的他,白天待在學校的實驗室,回家後也總是在讀書、研究,是真正全心投入研究的典範。杜聰明也勤於寫作,除了大量發表相關研究成果,他也詳細記錄自己的各類演講稿、出國考察見聞;自 30 歲起,更努力練習書法,每天都要練字至少四張,藉以修心養性,至今許多後輩、學生都仍保留他的墨寶。

杜聰明善用時間勤練書法,每天練字成為終生的嗜好。圖/參考資料 6

綜觀杜聰明的一生,在面對不同的統治政權,都能堅定地扮演好醫學研究實踐者和醫學教育推動者的角色,不僅在鴉片戒癮、蛇毒和中醫藥理三方面有開創性的研究成果,戰後更積極推動臺灣的醫學教育發展,培育出許多優秀的醫學界人士。

杜聰明畢生投入醫學研究和教育的卓越成果,堪稱為近代臺灣醫學史上影響最深刻的人物。

參考資料

  1. 杜祖健提供,轉引自:楊玉齡,《一代醫人杜聰明》,臺北:天下遠見,2002,頁 262。
  2. 〈新醫學博士 杜聰明氏〉,《臺灣日日新報》,1922 年 11 月 23 日,日刊版 07。
  3. 杜淑純口述,曾秋美、尤美琪訪問整理,《杜聰明與我:杜淑純女士訪談錄》,新北:國史館,2005,頁 8。
  4. 原載於《杜聰明先生榮哀錄》,轉引自:楊玉齡,《一代醫人杜聰明》,臺北:天下遠見,2002,頁 137。
  5. 原載於《中外畫報》雜誌,振聲攝。轉引自:楊玉齡,《一代醫人杜聰明》,臺北:天下遠見,2002,頁 302。
  6. 杜祖健提供,轉引自:楊玉齡,《一代醫人杜聰明》,臺北:天下遠見,2002,頁 165。
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【公視《神廚賽恩師》】生命中不可或缺的好滋味—有關「鹹」味的二三事!
公視《神廚賽恩師》_96
・2023/02/02 ・890字 ・閱讀時間約 1 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

海鹽巧克力、玫瑰鹽奶茶……很多甜點常會加鹽,鹹鹹甜甜的食物很香,而且不知道為什麼,甜的東西加點鹽,反而比較好吃,而鹽當中的鈉元素,是鹹味最主要的來源。

味覺中的「鹹」味,扮演著對美食的感受和保護的機制!跟著「神廚賽恩師」一起了解鹹味的應用吧!

味覺故事~鹹味的古往今來

人類從什麼時候開始會使用鹽來調味的呢?其實並沒一定的說法,但可以想像,會跟海水有關。

從海水得來的白白結晶體,成了早期人類用來取得鹽的方法,我們從「煮海為鹽」的這句成語,可以做証實。

也因為鹽取得不易,又是家庭必備食品,因此,在古代,鹽就只能讓政府專賣,有時還作為稅收。而古代羅馬帝國士兵的薪水,也曾是用鹽來支付哦!

節目中分享,在華人當中,最會用鹽的族群,應該算是客家人了吧!而這又跟時代背景有關係。因為戰爭的關係,族群希望遠離戰亂,為了避難遷徒而保存食物,到後來變化成利用鹽醃起來、做出各種著名的料理,客家人不愧是用鹽的高手哦!

圖片 / 公共電視提供

全新第三季《神廚賽恩師

公共電視科普節目《神廚賽恩師》 ,結合科學、廚藝與食育教育,引領大眾用有趣的方式、從Science-科學角度讓大眾了解傳統廚藝「伙房 36 法」中的科學知識。第三季節目於 2023 年 2 月 3 日起,每週五晚上 6 點在公視主頻首播,公視 3 台每週五晚上 7 點首播,重播時段為公視主頻每週六早上九點三十分與公視 3 台週日晚上六點播出。

▸《神廚賽恩師》第三季將於 2/3(五)起,18:00 在公視主頻首播

 其他播出資訊

▍ 公視頻道每週五晚間 18:00、公視三台每週五晚間 19:00 (首播)

▍ 公視頻道每週六早上 09:30、公視三台每週日晚間 18:00 (重播)

▍ 並將於公視+ 影音平台完整上架 敬期期待

▍ 烹調中蘊含科學原理,一起發現料理中樂趣

公視《神廚賽恩師》_96
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公共電視科普節目《神廚賽恩師》 ,結合科學、廚藝與食育教育,引領大眾用有趣的方式、從Science-科學角度讓大眾了解傳統廚藝「伙房36法」中的科學知識。第三季節目於2023年2月3日起,每週五晚上6點在公視主頻首播,公視3台每週五晚上7點首播,重播時段為公視主頻每週六早上九點三十分與公視3台週日晚上六點播出。