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隨時隨地,自己的空污自己測

PanSci_96
・2016/03/07 ・1657字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

 

北京空氣汙染相當嚴重。圖/flickr @大杨
北京空氣汙染相當嚴重。圖/flickr @大杨

文/雷漢欣

在萬人瘋傳的紀錄片《穹頂之下》中,燃燒廢氣、沙土揚塵為北京的藍天蒙上一層灰幕,記者柴靜跟許多中國人一樣,三不五時從智慧型手機上更新氣象局提供的空氣品質指數(AQI),看空氣品質決定孩子該關在家裡或出門遊玩。但可靠的數據其實得來不易,在 2014 年 11 月中國 APEC 峰會期間,北京政府就曾封鎖美國大使館在智慧型手機 APP 和網站上提供的空氣污染數據。

這些空氣中的懸浮物質中,直徑小於 2.5 微米的「PM2.5」,進入呼吸道後能夠穿透肺泡進入血流,損害心血管功能。WHO 在 2013 年指出,全球與空氣污染有關的死亡案例中,有四成跟中國的 PM2.5 有關。當生命不可或缺的空氣可能變成健康殺手,就更不能輕忽 PM2.5 的問題了。

於是,生長於上海的 David Lu,與他在加州大學柏克萊分校的同學們,研發了世界上第一個穿戴式空氣污染偵測儀「Clarity」,立志讓大家「自己的 PM2.5 自己測」!Clarity 只有鑰匙圈般的大小,比其他的空氣偵測器更便宜又便於攜帶,只要將它帶在身上,使用者可以隨時隨地透過智慧型手機監測周遭的空氣品質;由世界各地的 Clarity 共同匯集的數據,也能創造出更精確的空污地圖。

Clarity 只有鑰匙圈般的大小,使用者可以隨時隨地透過智慧型手機監測周遭的空氣品質。圖/Clarity

空氣好不好?問它就知道

小巧玲瓏的 Clarity 每隔一段時間會吸入一些空氣,空氣中所含的 PM2.5 會讓光線散射,經由光學感測器可以換算出懸浮粒子的數量;當 Clarity 發現污染物濃度有巨大變化時,會旋即喚醒額外的軟體,讓裝置火力全開,得到更精準的數據。除了污染物,Clarity 也能感測溫度跟濕度,未來還會新增揮發性有機物質、氮氧化物及氨氣的偵測器。使用者可以透過智慧型手機 APP 隨時隨地監測自己所暴露的空氣品質。APP 也會因應不同的空氣品質建議你該戴上口罩,或是乖乖待在家裡避免室外活動。

Clarity 每讀取一個數據,系統就會標記上日期、時間、地理位置,連結網路時再一併上傳到雲端,資料庫裡的數據不會暴露使用者的個別身份,但 Lu 的團隊可以藉由所有使用者提供的資料,整理出廣大地理位置中更可靠的資訊。Lu 表示,未來他們可以利用這個強大的即時空氣品質地圖,為每個使用者提供額外的資訊,若使用者即將前往的公園、廣場、咖啡店正籠罩在污染之下,APP 可以推薦他們其他有著清新空氣的類似目的地。

群眾外包的空氣品質數據

Lu 說:「我們的目標是,讓人們擁有取得環境資訊和保護環境的能力。」在台灣,分佈全國的空氣監測站會隨時記錄空氣品質的數據,透過網路匯集數據,再經由軟硬體轉換成空氣品質的資訊;Lu與團隊希望成立一個平台,收集群眾外包(Crowdsourcing)的空氣品質數據提供給政府和其他研究單位,讓每個帶著 Clarity 的人都可以扮演著空氣監測站的角色,一起成為環保大冒險的好夥伴,讓空氣污染地圖更加準確,也幫助研究單位取得更豐富的數據。

在Clarity網站上顯示的即時空氣監測圖表,可以發現台灣西部和中國部分城市的空氣狀況皆呈現紅色、橘色,表示空氣不佳。圖/Clarity 2016.3.6 23:00資料
在Clarity網站上顯示的即時空氣監測圖表,可以發現台灣西部和中國部分城市的空氣狀況皆呈現紅色、橘色,表示空氣不佳。圖/Clarity 2016.3.6 23:00資料

中央大學環工所的蕭大智助理教授說:「感測器網路(sensor network)的概念是有價值的,中國、美國、韓國、香港等地都有許多教授提出類似概念的計畫,但最後的關鍵都是需要便宜且可靠的微感應器(mini-sensor)。」價格親民的Clarity有助於空氣感應器的廣散分佈,但必須確保網路中的每一個 Clarity 都有穩定的精準度,才能以提供研究單位可靠的數據。目前Clarity的監測值或許還無法與環保署監資處的資料進行細部比對,但它所顯示的空氣品質大趨勢,已足以提升民眾對周遭空氣品質的意識。

(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

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PanSci_96
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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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