改造開源機器手臂meArm〈硬體篇〉

本文轉載自顯微觀點

你是否也有這樣的經驗？當紗窗與紗窗相疊，會看到兩個窗紗上的線條浮現出波浪般的有趣圖案；抑或是當你拿著相機對著電腦或電視螢幕拍照時，老是出現惱人的鋸齒或水波狀條紋。這些都是摩爾紋（Moiré Pattern），是當兩個週期性結構重疊時產生的現象。

Moiré在法文中是「雲紋」的意思，用來指稱一種紋路類似於水波的紡織品，最早這種紡織品是由絲作成，後來也用棉線或人造纖維來呈現相同的效果。一開始呈現波光的摩爾條紋圖案是將一塊織物壓在另一塊織物上產生，現在多透過稱為軋光（calendering）的加工技術或改變編織物經線和緯線張力而產生。

大多數摩爾紋是由線條組成的圖形產生的，但線條並非絕對必要；只要是兩層具有相似但不完全相同的週期性圖案，可以是直線、曲線、波浪形或任何其他幾何形狀，重疊時所產生視覺干涉都可能形成這樣的視覺效果。而這樣的視覺效果不僅可用於藝術呈現，若仔細探究其原理，還可廣泛應用於精密量測領域，甚至在顯微術的改良上也佔有一席之地。

摩爾紋最簡單形式是兩組等距平行線的疊加。當一組直線的間距與同一組直線不同時，就會產生由不相交平行線組成的「節拍」變化，間距有所改變。這樣的例子可以在搭車經過垂直平行欄杆時發現：每當較近的欄桿「追上」另一個欄桿的空隙時，會看到線條明顯變寬，產生不同的「節拍」。

當兩組線條間距不同但仍保持平行，摩爾紋的週期可由以下公式計算，

D=d1⋅d2／∣d1−d2∣

其中：

• D：摩爾紋的間距（放大的效果）
• d1​ 和 d2：兩組線條的原始間距

而根據計算公式，兩組線條的間距（週期）越接近，放大倍率就越大。

除了平行線的間距放大效果之外，當一組等距直線與不相交的平行線以小角度相交時，就會出現簡單的摩爾條紋。而當使用光柵並隨著角度轉動，便可以看到不同的條紋，再配合數位影像處理系統，就能用來研究材料的微觀形變。

摩爾紋的神奇放大術 解密細微結構

由於摩爾紋可以藉由線條的間距、角度差異改變放大倍率，因此 1874 年英國物理學家瑞利勳爵（Lord Rayleigh）提出可以利用這樣的疊紋現象量測物體的形變量。

摩爾紋的放大效應不僅能讓我們看到更大的圖案，還能讓我們看見微觀世界的秘密，也因此摩爾紋也可用來觀察晶體的晶格圖案。

晶格圖案由晶體的旋轉結構產生，任何擾亂這種規律性的錯位都會在圖案中表現出來。其隱含的放大倍率使得人們能夠看到小於單一原子直徑或小於 1 埃單位（Å，10^–10 m）的錯位，比電子顯微鏡的解析能力還要高。

除此之外，摩爾紋對晶體學的研究也可透過分析複雜的方程式來推測晶體結構。晶體結構的不同相位關係相當於改變兩個周期圖形形成摩爾紋，分析重疊晶格所產生的摩爾條紋，就可以推斷晶體的排列方式、缺陷以及其他結構特徵。例如當兩層石墨烯以微小角度扭轉堆疊時，會形成長周期的摩爾超晶格結構；而透過觀察摩爾條紋的周期性和對稱性，就能研究雙層石墨烯的扭角和相應的電子結構特性與超導現象。

摩爾紋的效應也用來改良顯微術。相較於其他超解析顯微術仰賴利用空間或時間調節螢光團的分子狀態，結構化照明顯微鏡（SIM）則是利用具有結構的光柵圖案作為照明源來激發螢光樣品，這些結構圖案與樣本中的細微結構相互作用時會產生摩爾紋。透過改變光柵圖案的相位方向，擷取一系列的影像資訊再加以運算、重建還原出樣本結構，以突破傳統光學極限。

加上摩爾紋的效應僅發生在焦平面上，因此可以達到和共軛焦顯微鏡一樣的光學切片效果，可用於研究有厚度的樣本。雖然這種技術需要收集多張影像，相比於傳統共軛焦顯微鏡需要較長的曝光時間，卻能快速計算完成，因此也適用於研究活細胞的動態行為。

不過，摩爾紋也可能成為困擾，前面提到，當我們對著電腦或電視螢幕拍照時，也常會出現水波狀的線條。這種現象在過去使用底片相機時基本上不會出現，但使用數位相機卻常發生。

因為底片相機是利用布滿均勻感光粒子的底片一次接收所有光來呈現影像；數位相機的感光元件則是一塊一塊、像網格一樣的接受光線。而除了一般視線所見的線條等幾何圖形疊加會造成摩爾紋外，感光元件像素的空間頻率與影像中條紋的空間頻率接近時也會產生意外的摩爾紋。

攝影時若要避免摩爾紋產生，可以透過調整拍照手法，例如調整拍攝距離、角度，或是製造淺景深的方式讓條紋密集度下降。另外也可使用低通濾鏡（Optical Low Pass Filter, OLPF）屏蔽高頻率光波，達到削弱摩爾紋干擾的效果。

摩爾紋這種看似簡單的視覺現象，但無論是在科學、技術還是藝術領域的應用卻千變萬化，連藝術家也常利用摩爾紋設計視覺藝術作品，讓靜態的圖案隨著觀者的移動而變化，增添互動性。下次在日常生活中觀察到這些奇妙的條紋時，不妨停下腳步感受一下其中奧秘，或是也可拿起麥克筆和塑膠片，從簡單的線條開始，利用摩爾紋創造出更多不可思議的圖案吧！

• Oster, G., & Nishijima, Y. (1963). MOIRÉ PATTERNS. Scientific American, 208(5), 54–63. http://www.jstor.org/stable/24936147
• Sen, A. k. (2000). Moiré Patterns. Computers & Graphics, 24(3), 471–475.
• Superresolution Structured Illumination Microscopy
• Wiki: Line moiré
• 《漫談石墨烯超晶格》，物理雙月刊。
• 低通濾鏡的特性

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《羅氏診斷女性健檢週活動開跑 HPV疫苗空窗世代別大意！定期子宮頸癌篩檢，守住健康防線》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「即使完全沒症狀，也一定要接受子宮頸癌篩檢！」隨著羅氏診斷女性健檢週活動開跑，林口長庚婦產部教授張廷彰醫師如此表示。根據衛生福利部國民健康署 111 年癌症登記報告，子宮頸癌長期位居女性癌症死因前十名，儘管政府長年推動篩檢政策，仍有約 20% 至 30% 的患者在確診時已屬中晚期（二期以上）^[1]。近年政府積極推動 HPV 疫苗，但許多 30 歲以上女性仍屬「疫苗空窗世代」，未能在黃金施打年齡接種疫苗，此類族群更應建立定期檢查習慣。

「早期發現對子宮頸癌非常重要！」張廷彰強調，若能及時接受標準治療，一期子宮頸癌的五年存活率可超過 90%，如果進展至中晚期子宮頸癌，便可能會需要接受大範圍手術，再搭配放射治療或全身性治療，對工作及生活造成影響，存活率也比較差。

遠離子宮頸癌威脅，三道防線守護健康

子宮頸癌的發生多與人類乳突病毒（Human Papillomavirus, HPV）的感染有關，主要經由性接觸傳染，或透過接觸帶有病毒的物品造成間接感染。張廷彰指出，多數人感染後沒有明顯症狀，甚至可能自行痊癒，但有部分人感染高風險HPV後，因體質因素無法清除病毒，造成高風險HPV持續感染，持續的定義為達半年以上，進而演變為子宮頸癌前病變或癌症。

由於HPV感染與初期病變通常無明顯症狀，許多女性容易忽略定期篩檢的重要性，若等到出現異常出血等明顯警訊時，多已進展為子宮頸癌，往往已錯過早期治療的最佳時機。因此，張廷彰強調女性應透過「三道健康防線」及早防治：第一，建立安全性行為觀念；第二，接種HPV疫苗；第三，定期接受子宮頸癌篩檢，包括抹片與高危HPV DNA檢測，才能有效攔截疾病於早期，守住自身健康防線。

子宮頸抹片搭配HPV DNA檢測 助精準掌握健康風險

目前子宮頸癌的篩檢方式主要有兩種：子宮頸抹片檢查與高風險HPV DNA檢測。抹片檢查是透過顯微鏡觀察子宮頸細胞型態，檢視是否有可疑性的癌細胞存在；而高危HPV DNA檢測則是利用基因技術分析是否有感染高風險型HPV，能在病變尚未發生前就偵測出潛在風險，讓防線更提前。

張廷彰醫師建議女性可搭配兩種篩檢方式使用，以提升篩檢準確度。若HPV DNA檢測結果為陰性，代表近期感染風險較低，可每五年再進行一次篩檢，不僅能減少不必要的頻繁檢查，也能更早掌握健康風險、規劃後續追蹤。

此外，目前政府亦有相關補助政策，鼓勵女性善加利用公費資源以守護健康：

• 25至29歲婦女：每三年一次免費子宮頸抹片檢查
• 30歲以上婦女：每年一次免費子宮頸抹片檢查
• 當年度年齡為35歲、45歲、65歲女性可接受一次免費HPV DNA檢測

透過這些篩檢工具與政策支持，女性可更有效掌握自身健康，及早防範子宮頸癌風險。

9 大子宮頸癌高風險族群要注意！醫：定期檢查遠離威脅

除了公費補助對象為，高風險族群應每年做一次子宮頸抹片檢查，也建議搭配高危人類乳突病毒 HPV DNA 檢測。高風險族群包括未曾接種過HPV疫苗、較早發生性行為、有多重性伴侶、HIV 感染、接受器官移植、使用免疫抑制劑、有家族病史、反覆陰道感染、抽菸或飲酒者等。即使沒有症狀，也應該定期接受子宮頸癌篩檢，才能及早處理。

張廷彰醫師表示，自 2025 年起國民健康署擴大補助子宮頸癌篩檢，符合公費篩檢條件的女性朋友務必好好把握，若未符合資格也可自費進行篩檢，守住健康防線，也呼籲民眾「挺身而出守護健康」，主動提醒身邊女性來一場健康篩檢約會！

筆記重點整理

• 早期發現對子宮頸癌非常重要，若能及時接受標準治療，一期子宮頸癌的五年存活率可超過 90%，如果進展至中晚期子宮頸癌，可能會需要接受大範圍手術，再搭配放射治療或全身性治療，對工作及生活造成影響，存活率也比較差。
• 子宮頸癌的發生大多與人類乳突病毒（HPV）感染有關，HPV 第 16、18 型屬於高危險人類乳突病毒，可能導致子宮頸癌前病變、子宮頸癌以及男女外生殖器癌；低危險人類乳突病毒則可能會引起生殖器疣（菜花）。
• 預防子宮頸癌有三道關鍵防線，包括安全性行為、接種人類乳突病毒 HPV 疫苗、定期接受子宮頸癌篩檢。過去，子宮頸癌篩檢主要仰賴子宮頸抹片檢查近年來許多國家已開始採用 HPV DNA 檢測，因為HPV DNA 檢測能更準確預測未來罹患癌症的風險。
• 自 2025 年起衛生福利部國民健康署擴大子宮頸癌篩檢，除了子宮頸抹片檢查，還納入 HPV DNA 檢測。在子宮頸抹片檢查部分，25 歲至 29 歲婦女，每 3 年 1 次子宮頸抹片檢查；30 歲以上婦女，每年 1 次子宮頸抹片檢查。當年度為 35 歲、45 歲、65 歲的女性，可接受 1 次人類乳突病毒 HPV DNA 檢測。

• [1] 中華民國111年癌症登記報告

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• FOM 2025系列報導

全球光學顯微鏡領域的年度盛會—Focus On Microscopy（顯微鏡學科技學術研討會，簡稱 FOM）4 月 16 日於台灣大學醫學院國際會議中心圓滿落幕。為期四天的研討會​，吸引了來自全球的研究人員、工程師與產業代表，共同探討顯微技術的最新進展與未來趨勢。

FOM 自 1988 年於德國首次舉辦以來，持續推動光學顯微技術在生物醫學與材料科學領域的創新與應用，已成為國際間最具影響力的顯微技術學術平台之一。​由於主辦地並非以輪流方式選定，對於 FOM 大會今年選擇在台灣舉辦，台灣主辦召集人、國立陽明交通大學生醫光電研究所特聘教授高甫仁表示：「主辦地必須滿足許多條件，包括研究進化的程度。而這代表世界對台灣光學方面技術品質的肯定，不論是技術的提升抑或研究的深入，不只和 10 年前相比，也相對其他國家又更往前一步」。

多元議題 聚焦顯微技術前沿

FOM 2025 涵蓋了廣泛的主題，從共軛焦與多光子激發顯微術、超解析顯微術、3D 與 4D 活細胞與組織影像、層光顯微術等。​此外，會議也深入探討了進階的螢光影像與光譜技術，如 FRET、FRAP、FLIM、FCS、SOFI 等，並介紹了新型螢光探針、蛋白質、量子點與單分子影像技術。​其他議題還包括清除與膨脹技術、相干非線性顯微術（如 SHG、THG、SFG、CARS）、多維螢光與拉曼光譜影像、光與電子顯微術的相關應用等。顯示顯微技術正在不斷進步，應用範疇也逐漸擴大。

中研院院士、清華大學腦科學研究中心主任江安世也在本次大會中進行大會專題演講（Plenary Speech）。

江安世教授以「解碼大腦連結」（Decoding Brain Connectomes）為主題，展示團隊應用「水凝膠擴張顯微術（Expansion Microscopy）」整合一系列尖端技術觀測整個果蠅腦樣本的成果。

目前團隊也將應用從果蠅腦進一步至人腦，但仍面臨龐大的挑戰，包含資料量龐大、成像時間長、以及對儀器與計算資源的需求高昂。為了突破這些限制，團隊結合AI運算與攝影式成像，提出一種新策略：以高速相機陣列替代傳統顯微鏡，並藉由 AI 進行超解析度影像重建。

來自德國耶拿大學醫院的布許（Michael Börsch）則是25年來都致力於單分子 FRET（smFRET，螢光共振能量傳遞）顯微技術的開發。他聚焦於細胞中最基本的「能量生產線」——FoF₁-ATP 合成酶（FoF₁-ATP synthase），而其亞基旋轉過程被譽為「生物馬達」。而他的團隊導入奈米鑽石中的氮-空位（NV）中心作為量子螢光感測器，其非閃爍、高穩定的螢光性質，並藉由雷射與電場即時調控，使蛋白質可穩定觀察數秒。

同樣鑽研於單分子技術的中研院單分子生物核心實驗室研究副技師黃婉媜解釋，傳統FRET可能好不容易測得螢光，但只測到分子的 1 個動作。透過布許加上電場調控的技術，原本只能測得三步（steps）的動作可以測得十步，不僅可以計算每一步的速度，也更能描繪出分子移動的動態過程。

產學合作 展示創新技術​

FOM 2025 不僅聚集多位大師演講，為顯微技術擘劃最新且深刻的前景，也安排了基礎與進階的教學課程和多場平行研討會、快閃海報展示，為職業生涯各個階段的科學家提供平台。除此之外，大會也吸引了眾多國際知名廠商參展，展示最新的顯微技術與解決方案。

隨著 FOM 2025 在台灣圓滿落幕，不僅展示了台灣在顯微技術領域的研究實力與創新能力，也促進了國際間的學術交流與合作。期待未來台灣能持續在全球顯微技術舞台上發光發熱，推動科學研究的蓬勃發展。