Microneedles–無痛的智慧化注射技術

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。

即便你可能還沒有注射過 COVID-19 疫苗，你也一定看過許多人在電視新聞裡，挽起袖子，讓醫護人員消毒手臂注射疫苗的畫面。但你有想過，為什麼疫苗要打在手臂上，而不是其他部位嗎？

疫苗能不能打在臀部？打疫苗為什麼不能像是打針一樣，直接打進人體的血管呢？

各種注射藥物的方式

藥物或疫苗最常用的注射方式有六種：靜脈注射（Intravenous）、皮下注射（Subcutaneous）、肌肉注射（Intramuscular）、動脈注射（Intra-arterial）、脊椎腔內注射（Intrathecal）以及腹腔注射（Intraperitoneal）。

其中「動脈注射」多半用於緊急輸血、化療等；而「脊椎腔內」並沒有免疫保護，多半用於腰椎麻醉用；「腹腔注射」則多半用於實驗動物，這裡暫不討論。

下面就接著來看另外三種常見的注射方式。

靜脈注射：抽血、施打點滴藥物

無論你是否打過疫苗，多數人一定都有過打針抽血的經驗。靜脈注射是使用最廣泛的注射方式之一，常用於健康檢查、抽血或是施打點滴藥物等使用。

一般靜脈注射選擇的血管是周邊的靜脈，例如通過手肘的貴要靜脈、正中靜脈、頭靜脈或是手背、足背、腳踝等位置較淺層的血管。醫護人員在注射過程中，有時甚至會輕輕拍打注射位置，讓血管較為浮現，讓下針位置更為明顯。

靜脈注射可以是單次短期使用，也可以建立管路，供較長時間的藥物滴注使用。與一般抽血或是靜脈注射與接種疫苗的目的不同，肌肉注射的目的希望將少量的藥劑，留存在時間內緩慢地釋放；而靜脈注射需要維持血管的通暢，讓藥物能夠藉此快速地通往全身。依照血管注射位置不同，會留置不同粗細的軟針。較粗的留置針可以用在輸血或是急救時緊急輸液用。

抽血時針頭會刺進血管，如果血管比較脆弱或是細小，局部可能會有些微出血。所以醫護人員會建議靜脈注射後，請壓住抽血點一段時間止血，不要搓揉破壞結痂，必要時可以用冰敷的方式減緩疼痛。

某些洗腎或是化療患者需要更頻繁地進行藥物注射，甚至會考慮裝設動靜脈廔管、中央靜脈導管或是人工血管等管路。

肌肉注射與皮下注射：疫苗、刺激性藥物

相對於靜脈注射將藥物直接打入循環系統，可以追求快而強效的藥物反應；由於訓練免疫反應需要時間，接種疫苗最重要的目的是希望身體能夠用緩慢、相對溫和的方式接受抗原刺激，誘發免疫反應。

由於人類皮膚中的表皮層、真皮層、脂肪組織都有「樹突細胞」或「巨噬細胞」等免疫細胞——所以多數的疫苗會將藥劑選擇注射在肌肉中，使疫苗和緩地接觸這些免疫細胞，誘發免疫反應。也有的疫苗可以皮下接種，少數是皮內、鼻內或是口服疫苗。肌肉注射常見注射在上臂三角肌、臀部的位置；而皮下注射則有可能注射在手臂、腹部、大腿和臀部。

皮下注射給藥，雖然藥品的吸收均勻而緩慢，可維持較長之作用時間，但和肌肉注射相比產生免疫反應的能力稍差，撐開皮膚的痛感較強烈，副作用也較明顯。

肌肉富含血管，能夠讓疫苗的佐劑（使疫苗更穩定安全、提高效力的副成分）快點被帶離注射部位，減低局部不良反應的風險。肌肉的彈性也比較大，能夠接受較大的注射劑量，比較不會有組織被撐開的痛感。

因此，多數劑量較大的疫苗或是較刺激的藥物，都會傾向選用肌肉注射。

疫苗注射要注意哪些事？

在肌肉注射疫苗藥物後，一樣不建議搓揉注射部位。搓揉注射部位，會加速疫苗吸收，反而可能會誘發注射部位紅腫熱痛等副作用更為劇烈。

雖然接種 COVID-19 疫苗並沒有對注射部位有特別限制，但不建議注射在臀部的理由除了希望能夠加速接種流程、減少尷尬外，臀部的脂肪量也比上臂厚很多，藥物不容易打進肌肉。

所以除非患者有截肢或是因為做治療等考量，不適合接種在手臂上，才會考慮臀部注射。

另外 COVID-19 疫苗要打在慣用手還是非慣用手，也是依照個人的選擇，並沒有哪一種特別好。慣用手活動較多，能夠加速帶走疫苗佐劑；但也有人會考量到施打後的副作用，打在慣用手，可能會對日常生活產生影響。

某些人接種 COVID- 19 疫苗的反應較為明顯，可適度冰敷，但勿揉、抓接種部位，如果發現接種部位化膿或紅腫部位擴大，則可能需要就醫進一步檢查。

參考文獻

1. Zuckerman, J. N. (2000). The importance of injecting vaccines into muscle. BMJ, 321(7271), 1237–1238. https://doi.org/10.1136/bmj.321.7271.1237

文／蔣維倫

我、不、要、打、針！

打針、拔牙、照胃鏡，大概是討厭去醫院的前三理由。光是想像閃亮的針尖上滲出液體，筆者的臂膀就不自覺地酸痛了起來！對醫院來說，更麻煩的是針頭的處理，因為使用過的針頭屬感染廢棄物，無法隨意丟棄。光在台灣，每年可能會產生數十萬支的廢棄針頭，無法回收，無法掩埋，成了一個既頭痛又麻煩的問題。

用紫外光刻出針頭

科學家也是一種無時無刻在追求極致的人類，盡力地縮小針頭的尺寸以減輕注射的疼痛感。其中一項技術是以矽晶圓為底，用UV在晶圓上蝕刻出一根根細小的針頭（國內的晶圓代工廠也是利用類似的技術），再灌入如葡萄糖等可在人體內溶解的生醫材料，翻模後就能得到一根根細小的微針陣列（microneedles）了 。

微針陣列的外觀很像OK绷，使用上也非常的簡單，只要往皮膚上一貼就完成了，因此無須煩勞醫護人員。並且由於針頭短（通常<0.5mm），所以病人不會有疼痛感，而葡萄糖等製備成的針體會自行溶解在皮膚內，也無須處理醫療廢棄物，非常環保。

智慧型投藥系統－創意十足的微針陣列

美國Jicheng Yu學者團隊集盡巧思，將內藏醣氧化酶（glucose oxidase）的奈米膠囊填入微針中，以此做出了能感測血糖濃度的智慧型微針 。當糖尿病患者血糖濃度低時，膠囊按兵不動，而血糖濃度高時，膠囊能立即反應，刺激微針釋出胰島素，進而控制血糖，以達到智慧型投藥的目的。

而國內的創意也不遑多讓，成功大學的陳美瑾老師團隊，將微晶體鑲入微針內，而晶體有特殊的性質，能將紅外光轉換為熱能 。我們能從熱顯像儀的螢幕中，可看到針尖發出代表高熱的紅光（高溫約達50 °C），而從顯微鏡的螢幕上可以觀察到針尖隨著時間逐漸的消融。因此陳老師團隊所設計的微針，同時具備生熱及釋放藥物的功能。

而鄰國日本Sachiko Hirobe學者等人，直接將微針推進了人體試驗。該團隊利用玻尿酸微針製作了流感疫苗貼片 ，並且在志願者身上使用後，發現能提高人體對病毒的免疫力，並且玻尿酸針體在數十日內會自行溶解，算是十分的成功。

筆者碎碎念：最後一段當然要來講講壞話囉～微針被研究了數十年仍未商品化的問題有很多：承載藥量低；每個人的皮膚厚度不同，吸收程度各異。因此推向人體試驗的多是疫苗型微針，少許抗原就能產生免疫力。而陳老師的系統也讓筆者對未來有了想像，具備給藥及產熱的微針貼片，未來也許可往抗菌敷料 (抗生素+高溫殺菌)或肌膚再生 (生長激素+高溫刺激再生)發展，甚至混入少許變色的物質（例：有細菌感染就變藍色）也能加入感測貼片的行列呢！

（本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫－智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿）

責任編輯：鄭國威
審校：陳妤寧