摔電池也能知道電量

本文與  益福生醫 合作，泛科學企劃執行

昨晚，你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎？這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾，甚至在腦海中數了幾百隻羊，大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程，讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇：你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠，我們得先認識身體的一套精密防衛系統：下視丘-垂體-腎上腺軸（HPA axis） 。這套系統原本是演化給我們的禮物，讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時，能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動，腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙)，這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性，讓我們在危機中保持清醒 。

然而，現代人的「劍齒虎」不再是野獸，而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說，身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

在理想的狀態下，人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後，身體會進入「修復模式」，此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點，讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素（Melatonin）接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號，它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素（Orexin）神經元，幫助大腦順利關閉覺醒開關。

然而，當壓力介入時，這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出，長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化，使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌，更會讓食慾素在深夜裡持續活化，強迫大腦維持在「高覺醒狀態（Hyperarousal）」。 這種令人崩潰的狀態就是，明明你已經累到不行，但大腦卻像停不下來的發電機！

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升，而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸，分泌更多皮質醇來試圖消炎，高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期（REM），導致睡眠品質變得低弱又破碎，最終形成「壓力－發炎－失眠」的惡行循環。也就是說，你不是在跟睡眠上的意志力作對，而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關：PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局，科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系：腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路，這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」，而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便，更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話，直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」（Psychobiotics）。

在眾多研究菌株中，發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發，累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」（First Night Effect, FNE），也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難，俗稱認床。科學家在進行實驗時發現，補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期（NREM）的睡眠長度，且入睡更快，起床後也更容易清醒。更重要的是，不同於常見的藥物助眠手段（如抗組織胺藥物 DIPH）容易造成快速動眼期（REM）剝奪或導致睡眠破碎化，PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力，它能有效縮短入睡所需的時間，並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現，即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理（Heat-treated），轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」（Postbiotics），其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點，讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中，科學家觀察到一個耐人尋味的現象：當詢問受試者的主觀感受時，往往會遇到強大的「安慰劑效應」，無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人，主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相，讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而，客觀的生理數據（Biomarkers）卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後，實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人（84.6%）出現了夜間褪黑激素分泌增加，且壓力荷爾蒙（皮質醇）顯著下降，這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統，而不僅僅是心理安慰。

最值得關注的是，對於那些失眠指數較高（ISI ≧ 8）的族群，這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後，不僅生理標記改善，連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間，以及焦慮感也出現了顯著的進步。

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重新定義深層睡眠：構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息，而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠，關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石，始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境，到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統，並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現，身體便能更順暢地啟動睡眠開關，回歸自然的運作節律。

與其將失眠視為意志力的抗爭，不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持，每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始，為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作，泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡，乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生；但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視，那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」（IPF），其預後往往不太樂觀，確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先，我們得先破解一個迷思：肺纖維化並不是單一疾病，而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」，腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象，患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕，像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是，IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性，一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化，是兩種完全不同的概念。

肺部為何會變成「菜瓜布」？

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布？這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織，就是肺部間質組織（interstitium）的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍，包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下，肺部損傷後會啟動修復機制，並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內，這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號，導致負責修復工作的「纖維母細胞」（fibroblasts）被過度活化，進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織，最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現，這個過程之所以棘手，在於它是一個「惡性循環」，肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ，它們相互加乘，演變成難以阻斷的強大破壞力。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ，但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸，特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外，患有自體免疫疾病（如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎，）的患者，他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人，必須特別警覺。

打斷惡性循環的挑戰，為何只對抗「纖維化」還不夠？

面對這個不可逆的疾病，醫學界長年束手無策，直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥：Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺，首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而，這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望，卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看，這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題：既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊，那麼，我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略，從而更有效地打斷這個惡性循環？

找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題，科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素：磷酸二酯酶 4B（PDE4B）。

為什麼鎖定它？讓我們看看它的「雙重作用」機制：

1. 關鍵位置： PDE4B 同時存在於免疫細胞（與發炎有關）與纖維母細胞（與纖維化有關）當中。
2. 作用機制： PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP（環磷酸腺苷） 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
3. 雙重抑制： 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性，細胞內的 cAMP 就不會被分解，濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞，同時產生抗發炎與抗纖維化的雙重效應。

簡單來說，鎖定並抑制 PDE4B，就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程，有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來，全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗，我們相信，在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後，期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

最後，我們必須再次提醒，特發性肺纖維化（IPF）與漸進性肺纖維化（PPF）是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手，雖然現有的治療手段能延緩惡化，但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織，因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

報導/張昱傑

美國TESLA電動車公司跌破眾人眼鏡的大成功，占據了各大媒體版面，使得世人重新開始相信電動車的未來，也開始反思，在科技業發達的台灣，是不是也有可能創造出如同特斯拉一般的成功？工研院的「電動車輛系統模組與關鍵技術開發」計畫指出了一個新方向－台灣的電動車該走出自己的路。

電動車，從來不是新科技，早在二十世紀初就曾試圖與剛起步的汽油車爭霸，電動車輛開發計畫在工研院機械所中也一直是個龐大且重要的計畫。然而，為什麼電動車卻從未在台灣成為主流呢？不如問問看你對電動車的印象是什麼呢？跑不遠？沒地方充電？沒力？其實這一切來自來幾個問題：第一是里程數恐懼，第二便是設計思維的錯誤。

你知道台灣人，一天開車走多遠嗎？一百公里？二百公里？其實台灣人每日平均的里程數，只有30公里，一般市面上的全電動車，都有將近100公里以上的續航力，我們卻仍然無法放心，加上充電時間長與充電站稀少這二個現象，不只在台灣，使全世界都因此出現了里程恐懼現象。然而這樣的擔心，多少是來自多慮呢？再來就是工程師在設計思維上，為了省錢，使用了小一級的馬達，造成了電動車沒力的印象，而且並沒考慮里程恐懼，使用了較少的電池為車輛減重，也使得續航力問題，仍為人詬病，這便是電動車所面臨的困境。其實真正的電動車，不只擁有更好的操控與扭力，在能源效率上更是高人一等，而且比起波動的汽油價格，電價十分穩定而便宜……，但這些優點，卻都被埋沒。

TESLA成功的原因，便是直接打破以上成見，直接用大容量的電池賦予超強的續航力，用高價位實現對電動車的需求，雖然一鳴驚人，但這卻不會是台灣的成功方程式。台灣的私人汽車數量，只占全球的0.5%，在數量與規模上，不可能實現這種高單價的跑車生產路線，台灣應該走出自己的路!工研院在電動車風潮中，看到的台灣機會，其實在於零組件：工研院的電動車計畫的重點，便是在開發關鍵零組件：馬達、電控設備，並結合工研院研發的STOBA高安全鋰電池，結合上台灣一直以來在生產能力、彈性、品質上在亞洲的領先的地位，因為台灣沒辦法如同大國，有廣大的消費市場支持電動車，但台灣可以放眼世界，電機、電控、電池，台灣都有領導品牌，為轉型帶來基礎，加上台灣電子業的發達，生產出口控制元件與重要零組件，將帶來的附加價值，更是無可限量。

放眼世界後，工研院回到本土的課題，台灣需要的是什麼樣的電動車呢?其實一直以來，台灣在電動機車、電動代步車、電動輪椅上，有著世界前幾名的領導地位，其實從這個現象，台灣電動車未來也可見一斑。工研院電動車計畫，著眼在商用車：公車、貨車、工廠運輸車、宅配用車之上，以商用車路線固定的特性使得充電可以定時定點，個人面則不和汽車業搶市，發展輕型個人代步車，配合台灣行駛距離偏短的特性，現在上下班，一個人坐在空洞的四人座轎車塞在車潮中，或是騎著機車，穿梭在車陣裡險象環生，成了都市民眾的無奈，工研院認為台灣民眾想要的，是一種都市移動新模式：都市電動車，以小型、足夠的續航力來彌補汽機車間的差異，同時，也將讓台灣的都市不再擁擠。

工研院電動車輛系統模組與關鍵技術開發計畫，將繼續著手在電池效率提升、充電站普及與充電規格統一，發現更多商用車與輕型個人車的可能性，為台灣電動車的未來勾勒出無限可能性。

台灣的電動車未來會是什麼樣子？靠著出口關鍵零組件，開始在電動車市場中占有一席之地，來到了都市，公車、貨車，不再噴出濃濃的廢氣，上班的路上，小型電動車讓道路更寬敞、更安全，台灣更成為東亞電動車城市的典範，這可能就是台灣的電動車大未來!

讓我們一同期許台灣電動車的可能性，不必非得變成TESLA，台灣也可以找到自己的路!

技術專頁:電動車關鍵術 研發顯神通

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或許你看過一部影片，內容敘述用摔的就能知道電池的電量，這是有可能的嗎？

三號鹼性電池是我們日常生活中最常見的電池種類，想知道電池還有沒有電、還剩多少電量，通常要藉由電子指示器等方式得知。現在，普林斯頓大學的的研究團隊指出， 恢復係數（the coefficient of restitution，簡稱COR，一種反彈的度量）與電池的不同電量有關，並可藉此判定其電量，其精確度竟然接近能量解析式X光繞射（energy-dispersive x-ray diffraction, EDXRD）反應所測得之電量。

當電池反彈的高度變化與電量消耗時所產生的物理的變化直接相關時，這種程度的準確性是有可能存在的。

鹼性電池是由凝膠狀的鋅作為陽極、二氧化錳作為陰極。當電池開始放電時，陽極的鋅開始氧化，於電解液中形成氫氧化鋅離子（Zn(OH)42-） 直到達飽和。這些離子接著在鋅粒子周圍沈澱成為氧化鋅，並在陽極創造出一個滲透網絡（percolation network）；約剩五成電量時，原本凝膠態的鋅便會緻密化成具滲透性的固態狀氧化鋅。這些變化顯著地增加了電池的反彈高度，且此反彈高度的增加速率與氧化鋅的形成直接相關 。

當固態狀的氧化鋅完全形成，也就是電池電量損耗到一半後，恢復係數將趨於穩定，且電池反彈的高度也會維持相同。

此研究的主持人，材料科學家Daniel Steingart博士表示，很開心能以一個如此簡單的測驗得知電量訊息 。他提到：「我們需要利用X光繞射分析（x-ray diffraction, XRD）來解釋為何電池的反彈是如此改變；不過，一旦我們確認了這個相關性，國中的物理課實驗便可以推論電池內的反應是如何、在哪裡發生的。」這個方法在其他的鹼性電池也適用，而金鼎電池－也就是他們實驗所使用的電池，亦證實了他們所設計的電池最高可以承受30公分的掉落。

俄亥俄大學一位顯微鏡和先進的檢測儀器專家Yuxuan Wang對於這項技術的便利性感到十分驚艷，認為這對現今的測量工具是一項偉大的助力。這項測量方式並不是要用來取代現有的電量檢測技術，而是作為一項輔助或補充，或許未來可以結合換能器與檢測系統，而在其中電池的特性可以在原地被檢測而不需要中斷電池系統的操作。

下次，當你不確定電池到底有沒有電時，不妨試試這個具科學實證並且便宜簡便測試的方法：摔電池。

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