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中國造紙術如何傳遍世界?──《中華科技史學刊》

中華科技史學會_96
・2016/03/20 ・3944字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

作者:陳大川(中華科技史學會會員)

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東漢蔡倫造紙是人類文明進展的重要推手。

原始功能、多元載體

蔡倫發明的植物纖維紙是代替竹簡與縑帛,功用是記事、傳文。世界古文明國家也各自發明有同樣功能的「紙」,如埃及用像蘆葦莖做的 papyrus,被翻譯為「埃及蒲草紙」,也可用小莖植物沾石油黑液在上面寫字。印度的 pattra,中國古稱「貝多落葉紙」,是晒乾的棕梠葉用尖針寫字後塗一層黑色粉,就可當書來讀。中東的美索不達米亞,又稱兩河流域,用河邊的泥土做成塊狀,半乾時在上面寫字,至今博物館中仍可見到實物。其他如歐洲的臘板、非洲的石壁、土耳其的羊皮紙,以及美洲及太平洋島中原住民用的 amatle、kapa 等樹皮布紙等,都可以作記事傳文用,與中國的紙載體不同,使用功能卻都一樣。中國式蔡侯紙的原料為民間廢物,製作簡單、花錢少、用途多,因此,世界文明古國自中國造紙方法傳入後,原有的載體短期內便被淘汰。

圖A為印度的pattra,圖B為埃及的
圖A為埃及的papyrus,圖B為印度的pattra。

中國紙豐富東方文化

公元 105 年蔡倫發明造紙後,原料種類、製造方法、產品、種類、官民用途等,都不斷改進,至南北朝時,造紙法已傳到新疆邊境。東晉末年,傳統上一貫使用的竹簡、木牘、縑帛等文字載體被禁止使用(桓玄廢竹簡),只有植物纖維製紙張是唯一的重要文化記載工具。東晉初因戰亂使黃河流域貴族南遷,得南方氣候溫和、物產豐富之利,直到唐宋時期,造紙印書等文化事業仍以江南為重鎮。很多人都知道的大書法家王羲之,在浙江任會稽令時,贈送朋友的紙,一出手就是九萬張,可見當地產紙的豐富。在那時期,中國書法已由慢速度的篆、隸、楷、行等書體,進入快速度的章草、行草、狂草等,共有 120 種不同書體之說,可見當時的紙已使中國進入書法藝術的時代。接著,木刻版印刷術發明,使得中國儒家的文史經典、道家的符咒經書、來自印度的讖語佛經,都在數百年中大量發行,並流傳到韓國、日本和南洋各國,讓中國文化影響東方各國達千年之久。

戰爭使造紙祕密流向西方

紙用於文化,也是商務用品。韓國以東、北越以南、新疆以西,這些邊境鄰國當時多用紙而不造紙,尤其是西域各國,多為原居中國北方的各種民族,因互相爭戰而西遷,遊牧生活缺乏植物纖維原料,更不知造紙的祕密。自從產玉的和闐國王要求下嫁的唐朝公主盜出蠶種、植桑製絲以後,造紙原料桑皮豐富;位居西方要道,文化較高的撒馬爾罕國,便成為中國造紙方法傳入歐洲的起點。造紙術傳出中國的原因為戰爭:漢朝通西域,使西域為中國藩屬。至唐朝,因守將貪汙,引起西域各國聯合抗唐。西元 710 年,新疆邊境外的「怛羅斯之戰」戰敗,唐聯軍中產汗血馬的大宛國,該國王妃由唐朝長安帶來的造紙及裱褙技術人員成為戰俘,於是中國造紙術便傳入當時叫大食國的阿拉伯國家,該國對造紙法保密,獨自銷售紙張至埃及、中東及歐洲達四百年之久。 至 11 世紀,歐洲各國發動十字軍東征,攻打伊斯蘭教國家,這場延續數十年的宗教戰爭,使西歐的英、法、日耳曼、義大利等地區人士見識到東方的豐富資產及重要的造紙技術。

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Battle-of-Talas
唐朝軍隊在「怛羅斯之戰」中落敗後,造紙工匠成了戰俘,造成造紙術傳出中國,並隨著十字軍東征遠傳至西歐。

波斯滅亡,使回教獲希臘學術

阿拉伯回教興起,乘波斯與東羅馬帝國長期戰爭民窮財盡之時,一舉將兩國消滅。阿拉伯人利用波斯人及基督教徒由希臘獲得的文經科技知識,設立圖書館、辦大學、翻譯希臘文書籍等。四百年中,提高伊斯蘭國家文化,成為希臘學術及東方文化傳入歐洲的橋樑,使歐洲與希臘斷絕多年後文藝學術得以復興。現在,一些歐洲至今仍很常用的科學名辭,是從東方及阿拉伯文來的。

結合印刷、紙幣與宗教,書籍遍地發行

中國在唐宋時印刷術便很發達,成吉思汗西征,歐洲人已見識到蒙古軍休閒時玩的彩色紙牌,也見識到木版或木活字印的文件。數十年後,馬可波羅來華,看到元朝民間通用的紙鈔,回義大利告訴朋友,記載於《馬可波羅遊記》書中,提及中國的皇帝聰明,在小片的紙上寫幾個字,就可使全國百姓將自己的金銀甘心送到皇帝的金庫裡。他們後來才知道那就是鈔票。中國的紙鈔故事很多,簡單地講,起源於北宋初的公元 994 年,因戰亂停止鑄造銅錢數月,四川成都商人無法給付大量貨款,乃憑信用以白紙寫金額蓋印支付,稱為「交子」,於是大家仿傚,流行商界,以後乃由政府正式發行,成為今用紙幣。南宋時的公 元 1161-1165 年,發行太多,四年後使整個社會「民不言積,戰士不飽,吏不養廉」。現在世界各國領袖都在學中國元朝的皇帝,每一秒鐘都在用蔡倫發明的紙,用機器快速印製鈔票,同時也使技術人員大傷腦筋:要設法防止仿造的假鈔。能遍行全世界的紙,除鈔票以外,還有宗教性質的印刷品,如佛教的佛經、伊斯蘭教的《可蘭經》,不過,這些宗教印製品都不及基督教的印刷品在國際上的無所不在,並以各地區最通用的語言、文字發行。整個歐洲在 15 世紀宗教改革以前,手抄的《聖經》只有主教等少數人可以閱讀。因造紙工廠的增加及印刷術的改良,《聖經》人人可以閱讀。有些改革教派的教堂甚至將教徒奉獻的金錢投資造紙事業,成為紙廠老闆,印刷更多《聖經》供信徒閱讀。

哥倫布發現新大陸後,荷蘭人與日耳曼人最先到美國辦紙廠,美國與加拿大豐富的森林資源,使後來美、加成為世界造紙最多的國家。信奉基督教的美加地區,大量出版教會用書。據聖經公會的 1993 年的報告,單是《聖經》當年在美國的發行量就多達二億八千多萬本。

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據說聖經的累計發行量超過了 50 億冊,是史上發行量最高的書籍。

因商業需要使人人必須用紙

中國人發明造紙術,用紙也最早,比歐洲人早了一千多年。中國社會重視讀書人,知識多者才可做官,又以農立國,做生意多是小商人,而東方各國也是如此,因此紙的用途仍是多是書籍文書。歐洲人則不同,西元 1500 年之前,來自亞洲、非洲及北方強勢民族在此進進出出,社會重武輕文,在文書方面,以當地的羊皮紙或埃及蒲草紙便可應付政府及宗教之用。十字軍東征是社會商業化的轉折點,來自英、法、日耳曼、義大利等地的十字軍領袖,實際了解東方的富有及商業利益後,是強化農產品和工業原料出口,威尼斯便是最大的出口商港,用紙量也因商務需要而大增,歐洲各地的造紙廠因此不斷增加設備。接著而來的海洋探險、東方香料貿易、發現美洲等,地區性商務不久即發展成世界性的企業,紙張也隨商業大量生產銷售,遍及全球。第一次世界大戰之後,興起了以家庭用品為主的消費市場。起初家庭用的紙,除包裝食物及廁所用之外,沒有新的消耗。第二次世界大戰之後,新產品大量出籠,現在如果家中缺紙,便會全家緊張。現在,紙的三大市場包括文化用紙、包裝用紙和家庭用紙。

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紙在人文社會及工業革命時期

歐洲到十六世紀末,各國都會自己造紙,但產量甚少,主要因各國都需自用廢麻布原料,而新的原料還沒有發現。一百餘年後,紙的產量雖然增加有限,而用紙的人對世界的認識卻普遍提高,也對未來影響甚大。在 17、18 世紀,發生美國獨立建國和法國大革命,更出了許多知名人士,如戲劇家莎士比亞、完成英雄交響曲的貝多芬、理性批判的思想家康德、建立共產主義基礎理論的哲學家黑格爾、浪漫詩人海涅、醉心於中國的伏爾泰,以及跟德國基督教精神有關聯的文學家與哲學家等,而各界名士更多。此時,西、葡、英、法各國相繼用武力及非法手段奪取殖民地,由殖民地取得土產及原料,再將這些工業原料加工為成品銷售世界各地,於是產生資本主義與工業革命。由於學、商、工各界的繁榮,紙的需要更見迫切,造紙方式也由手工改良為簡單機械。公元 1798 年,法國工人利用灌溉用的水車,將紙料倒在緩慢移動的抄紙網,壓水後晒乾,便是原始的機器紙。由於改良不成功,將它賣給機械師,之後又經過 20 年時 間演變,到 1820 年,才完成真正的小型造紙機械。英國最先開始使用機器造紙,歐洲在 16 世紀建立的手工業紛紛設置機器造紙,而 造紙原料也擴充到凡是植物纖維都可以使用的境地,木材、非木材、使用過的廢紙等,原料充足,加上工業革命發明的蒸氣、電力等傳用機具動力設備帶來的便利,使得全世 界稍有規模的國家,幾乎都有製紙漿機器及造紙廠。在公元 2000 年的千禧年時,據國際造紙雜誌統計,全球已有紙漿廠 5,965 家,造紙 89 廠 8,858 家,每年產紙漿約 1.9 萬噸,紙及紙板約 3.2 萬噸,如以全球人口 60 億人計,平均每人每年用紙為 53.8 公斤。事隔十餘年後的今日,因電子媒體的普遍應用,紙的產銷量必然降低。

因為人們對於紙張的需求與時俱增,為了製造紙張和其他木材製品,有大量的森林正在消失當中。© Daniel Beltrá / Greenpeace

未來如何?——功能多元,載體多元

中國用植物纖維造紙,如果不考慮品質,其最大的優點是製作簡便、使用簡便、工具簡單、技術簡單,且需要的投資少,只要有水與適當的纖維就可一人生產,一日收成。最初,紙的用途只是代替用於寫字較貴的絲綢、較重的竹木簡和較寬的木板。中國以外其他文化較高的古國,各用當地的物產代用,用現代語講,真可謂「載體多元,功能原始」。現在是電子產業的世代,紙的記事傳文功能已大半被電子載體取代,舊有的文化用紙公司,多數呈現合併或倒閉,有些工業包裝紙廠也因文化產業的萎縮受到影響,與數年前的繁榮境況不可同日而語,只有約全球四分之一產量的家庭用紙,仍盛況未減,還看不出將來受電子載體影響的可能。人類的生存脫不了物質與靈命。紙是物,是屬靈思想的載體之一,思想是藉眾多載體而愈豐富,未來的載體會藉紙與電子的基地而更擴大,也可能由此基地新增出更多的功能。我們希望如此,也拭目以待。

本文選自《中華科技史學會學刊第 20 期(2015 年 12 月)

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中華科技史學會_96
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1997年12月3日,七位科技史同好在科學月刊社集會,議定每月第一個週六下午2~5時假科學月刊集會一次。1998年1月10日第2次集會,議定會名為「共工科學史討論會」。1999年5月,改名「中華科技史同好會」。2004年1月,改稱「中華科技史學會」。 中華科技史學定期舉辦與科技史相關之演講活動,自2000年起也開始發行會刊。詳見本會台灣網站(http://sciencehistory.twbbs.org/)及本會大陸博客網站(http://blog.163.com/ludiresearch@126/)。

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從PD-L1到CD47:癌症免疫療法進入3.5代時代
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/25 ・4544字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作,泛科學企劃執行

如果把癌細胞比喻成身體裡的頭號通緝犯,那誰來負責逮捕?

許多人第一時間想到的,可能是化療、放療這些外來的「賞金獵人」。但其實,我們體內早就駐紮著一支最強的警察部隊「免疫系統」。

既然「免疫系統」的警力這麼堅強,為什麼癌症還是屢屢得逞?關鍵就在於:癌細胞是偽裝高手。有的會偽造「良民證」,騙過免疫系統的菁英部隊;更厲害的,甚至能直接掛上「免查通行證」,讓負責巡邏的免疫細胞直接視而不見,大搖大擺地溜過。

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過去,免疫檢查點抑制劑的問世,為癌症治療帶來突破性的進展,成功撕下癌細胞的偽裝,也讓不少患者重燃希望。不過,目前在某些癌症中,反應率仍只有兩到三成,顯示這條路還有優化的空間。

今天,我們要來聊的,就是科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?

科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?/ 圖片來源:shutterstock

免疫療法登場:從殺敵一千到精準出擊

在回答問題之前,我們先從人類對抗癌症的「治療演變」說起。

最早的「傳統化療」,就像威力強大的「七傷拳」,殺傷力高,但不分敵我,往往是殺敵一千、自損八百,副作用極大。接著出現的「標靶藥物」,則像能精準出招的「一陽指」,能直接點中癌細胞的「穴位」,大幅減少對健康細胞的傷害,副作用也小多了。但麻煩的是,癌細胞很會突變,用藥一段時間就容易產生抗藥性,這套點穴功夫也就漸漸失靈。

直到這個世紀,人類才終於領悟到:最強的武功,是驅動體內的「原力」,也就是「重新喚醒免疫系統」來對付癌症。這場關鍵轉折,也開啟了「癌症免疫療法」的新時代。

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你可能不知道,就算在健康狀態下,平均每天還是會產生數千個癌細胞。而我們之所以安然無恙,全靠體內那套日夜巡邏的「免疫監測 (immunosurveillance)」機制,看到癌細胞就立刻清除。但,癌細胞之所以難纏,就在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

免疫系統中,有一批受過嚴格訓練的菁英,叫做「T細胞」,他們是執行最終擊殺任務的霹靂小組。狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,這個偽裝的學名,「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, PD-L1) 」,縮寫PD-L1。

當T細胞來盤查時,T細胞身上帶有一個具備煞車功能的「讀卡機」,叫做「程序性細胞死亡蛋白受體-1 (programmed cell death protein 1, PD-1) 」,簡稱 PD-1。當癌細胞的 PD-L1 跟 T細胞的 PD-1 對上時,就等於是在說:「嘿,自己人啦!別查我」,也就是腫瘤癌細胞會表現很多可抑制免疫 T 細胞活性的分子,這些分子能通過免疫 T 細胞的檢查哨,等於是通知免疫系統無需攻擊的訊號,因此 T 細胞就真的會被唬住,轉身離開且放棄攻擊。

這種免疫系統控制的樞紐機制就稱為「免疫檢查點 (immune checkpoints)」。而我們熟知的「免疫檢查點抑制劑」,作用就像是把那張「偽良民證」直接撕掉的藥物。良民證一失效,T細胞就能識破騙局、發現這是大壞蛋,重新發動攻擊!

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狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,也就是「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, 縮寫PD-L1) 」/ 圖片來源:shutterstock

目前免疫療法已成為晚期癌症患者心目中最後一根救命稻草,理由是他們的體能可能無法負荷化療帶來的副作用;標靶藥物雖然有效,不過在用藥一段期間後,終究會出現抗藥性;而「免疫檢查點抑制劑」卻有機會讓癌症獲得長期的控制。

由於免疫檢查點抑制劑是借著免疫系統的刀來殺死腫瘤,所以有著毒性較低並且治療耐受性較佳的優勢。對免疫檢查點抑制劑有治療反應的患者,也能獲得比起化療更長的存活期,以及較好的生活品質。

不過,儘管免疫檢查點抑制劑改寫了治癌戰局,這些年下來,卻仍有些問題。

CD47來救?揭開癌細胞的「免死金牌」機制

「免疫檢查點抑制劑」雖然帶來治療突破,但還是有不少挑戰。

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首先,是藥費昂貴。 雖然在台灣,健保於 2019 年後已有條件給付,但對多數人仍是沉重負擔。 第二,也是最關鍵的,單獨使用時,它的治療反應率並不高。在許多情況下,大約只有 2成到3成的患者有效。

換句話說,仍有七到八成的患者可能看不到預期的效果,而且治療反應又比較慢,必須等 2 至 3 個月才能看出端倪。對患者來說,這種「沒把握、又得等」的療程,心理壓力自然不小。

為什麼會這樣?很簡單,因為這個方法的前提是,癌細胞得用「偽良民證」這一招才有效。但如果癌細胞根本不屑玩這一套呢?

想像一下,整套免疫系統抓壞人的流程,其實是這樣運作的:當癌細胞自然死亡,或被初步攻擊後,會留下些許「屍塊渣渣」——也就是抗原。這時,體內負責巡邏兼清理的「巨噬細胞」就會出動,把這些渣渣撿起來、分析特徵。比方說,它發現犯人都戴著一頂「大草帽」。

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接著,巨噬細胞會把這個特徵,發布成「通緝令」,交給其他免疫細胞,並進一步訓練剛剛提到的菁英霹靂小組─T細胞。T細胞學會辨認「大草帽」,就能出發去精準獵殺所有戴著草帽的癌細胞。

當癌細胞死亡後,會留下「抗原」。體內的「巨噬細胞」會採集並分析這些特徵,並發布「通緝令」給其它免疫細胞,T細胞一旦學會辨識特徵,就能精準出擊,獵殺所有癌細胞。/ 圖片來源:shutterstock

而PD-1/PD-L1 的偽裝術,是發生在最後一步:T 細胞正準備動手時,癌細胞突然高喊:「我是好人啊!」,來騙過 T 細胞。

但問題若出在第一步呢?如果第一關,巡邏的警察「巨噬細胞」就完全沒有察覺這些屍塊有問題,根本沒發通緝令呢?

這正是更高竿的癌細胞採用的策略:它們在細胞表面大量表現一種叫做「 CD47 」的蛋白質。這個 CD47 分子,就像一張寫著「自己人,別吃我!」的免死金牌,它會跟巨噬細胞上的接收器─訊號調節蛋白α (Signal regulatory protein α,SIRPα) 結合。當巨噬細胞一看到這訊號,大腦就會自動判斷:「喔,這是正常細胞,跳過。」

結果會怎樣?巨噬細胞從頭到尾毫無動作,癌細胞就大搖大擺地走過警察面前,連罪犯「戴草帽」的通緝令都沒被發布,T 細胞自然也就毫無頭緒要出動!

這就是為什麼只阻斷 PD-L1 的藥物反應率有限。因為在許多案例中,癌細胞連進到「被追殺」的階段都沒有!

為了解決這個問題,科學家把目標轉向了這面「免死金牌」,開始開發能阻斷 CD47 的生物藥。但開發 CD47 藥物的這條路,可說是一波三折。

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不只精準殺敵,更不能誤傷友軍

研發抗癌新藥,就像打造一把神兵利器,太強、太弱都不行!

第一代 CD47 藥物,就是威力太強的例子。第一代藥物是強效的「單株抗體」,你可以想像是超強力膠帶,直接把癌細胞表面的「免死金牌」CD47 封死。同時,這個膠帶尾端還有一段蛋白質IgG-Fc,這段蛋白質可以和免疫細胞上的Fc受體結合。就像插上一面「快來吃我」的小旗子,吸引巨噬細胞前來吞噬。

問題來了!CD47 不只存在於癌細胞,全身上下的正常細胞,尤其是紅血球,也有 CD47 作為自我保護的訊號。結果,第一代藥物這種「見 CD47 就封」的策略,完全不分敵我,導致巨噬細胞連紅血球也一起攻擊,造成嚴重的貧血問題。

這問題影響可不小,導致一些備受矚目的藥物,例如美國製藥公司吉立亞醫藥(Gilead)的明星藥物 magrolimab,在2024年2月宣布停止開發。它原本是預期用來治療急性骨髓性白血病(AML)的單株抗體藥物。

太猛不行,那第二代藥物就改弱一點。科學家不再用強效抗體,而是改用「融合蛋白」,也就是巨噬細胞身上接收器 SIRPα 的一部分。它一樣會去佔住 CD47 的位置,但結合力比較弱,特別是跟紅血球的 CD47 結合力,只有 1% 左右,安全性明顯提升。

像是輝瑞在 2021 年就砸下 22.6 億美元,收購生技公司 Trillium Therapeutics 來開發這類藥物。Trillium 使用的是名為 TTI-621 和 TTI-622 的兩種融合蛋白,可以阻斷 CD47 的反應位置。但在輝瑞2025年4月29號公布最新的研發進度報告上,TTI-621 已經悄悄消失。已經進到二期研究的TTI-622,則是在6月29號,研究狀態被改為「已終止」。原因是「無法招募到計畫數量的受試者」。

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但第二代也有個弱點:為了安全,它對癌細胞 CD47 的結合力,也跟著變弱了,導致藥效不如預期。

於是,第三代藥物的目標誕生了:能不能打造一個只對癌細胞有超強結合力,但對紅血球幾乎沒反應的「完美武器」?

為了找出這種神兵利器,科學家們搬出了超炫的篩選工具:噬菌體(Phage),一種專門感染細菌的病毒。別緊張,不是要把病毒打進體內!而是把它當成一個龐大的「鑰匙資料庫」。

科學家可以透過基因改造,再加上AI的協助,就可以快速製造出數億、數十億種表面蛋白質結構都略有不同的噬菌體模型。然後,就開始配對流程:

  1. 先把這些長像各異的「鑰匙」全部拿去試開「紅血球」這把鎖,能打開的通通淘汰!
  2. 剩下的再去試開「癌細胞」的鎖,從中挑出結合最強、最精準的那一把「神鑰」!

接著,就是把這把「神鑰」的結構複製下來,大量生產。可能會從噬菌體上切下來,或是定序入選噬菌體的基因,找出最佳序列。再將這段序列,放入其他表達載體中,例如細菌或是哺乳動物細胞中來生產蛋白質。最後再接上一段能號召免疫系統來攻擊的「標籤蛋白 IgG-Fc」,就大功告成了!

目前這領域的領頭羊之一,是美國的 ALX Oncology,他們的產品 Evorpacept 已完成二期臨床試驗。但他們的標籤蛋白使用的是 IgG1,對巨噬細胞的吸引力較弱,需要搭配其他藥物聯合使用。

而另一個值得關注的,是總部在台北的漢康生技。他們利用噬菌體平台,從上億個可能性中,篩選出了理想的融合蛋白 HCB101。同時,他們選擇的標籤蛋白 IgG4,是巨噬細胞比較「感興趣」的類型,理論上能更有效地觸發吞噬作用。在臨床一期試驗中,就展現了單獨用藥也能讓腫瘤顯著縮小的效果以及高劑量對腫瘤產生腫瘤顯著部分縮小效果。因為它結合了前幾代藥物的優點,有人稱之為「第 3.5 代」藥物。

除此之外,還有漢康生技的FBDB平台技術,這項技術可以將多個融合蛋白「串」在一起。例如,把能攻擊 CD47、PD-L1、甚至能調整腫瘤微環境、活化巨噬細胞與T細胞的融合蛋白接在一起。讓這些武器達成 1+1+1 遠大於 3 的超倍攻擊效果,多管齊下攻擊腫瘤細胞。

結語

從撕掉「偽良民證」的 PD-L1 抑制劑,到破解「免死金牌」的 CD47 藥物,再到利用 AI 和噬菌體平台,設計出越來越精準的千里追魂香。 

對我們來說,最棒的好消息,莫過於這些免疫療法,從沒有停下改進的腳步。科學家們正一步步克服反應率不足、副作用等等的缺點。這些努力,都為癌症的「長期控制」甚至「治癒」,帶來了更多的希望。

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【成語科學】洛陽紙貴:從絲綿到用樹皮,古代的造紙簡史
張之傑_96
・2023/06/21 ・1079字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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東漢以後就是三國和西晉。西晉文學家左思,親自走訪三國的國都——吳都建康(今南京)、魏都洛陽、蜀都成都,耗時 10 年,寫成 1 萬多字的《三都賦》。

這篇賦寫得好極了,大家紛紛買紙來抄,一時供不應求,把洛陽的紙價都哄抬貴了。

這就是成語「洛陽紙貴」的由來。讓我們試著造個句吧。

  • 張愛玲的第一本小說集《傳奇》推出後,同一個月就再版了,受歡迎的程度當真可以用洛陽紙貴來形容。
  • 英國推理小說作家克莉絲蒂,每部小說都洛陽紙貴,其著作已譯成 100 多種語文,總銷量超過 20 億冊。

西元 291 年,左思寫成《三都賦》。上推 186 年(西元 105 年),蔡倫改良造紙術成功。左思的《三都賦》造成洛陽紙貴,可見這時的上層社會,紙已取代了竹簡。

《天工開物》中記載古代造紙術的流程。圖/維基百科

紙是中國的四大發明之一。最早的紙是絲綿紙,是古人無意中發明的。原來我們的祖先早就會製造絲綿了,方法是將蠶繭煮過,攤在竹蓆上,浸在水中打爛。當製好的絲綿從竹蓆上取下來時,蓆子上往往還殘留著一層絲綿。等竹蓆乾了,這層絲綿就變成一張薄薄的絲綿片。

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這一無意中的發現,帶給人們莫大的啟發,於是有人從水中將一層薄薄的絲綿「抄」(撈出來)在竹蓆上,晾乾後就成為絲綿紙。

絲綿紙用蠶絲做原料,價格太高,不可能大量生產,但它的製法卻具有啟發作用:既然可以用蠶絲來製紙,那麼可不可以用廉價的植物纖維代替?到了西漢,人們開始用大麻和苧麻製紙,所用的方法和絲綿紙完全相同;但當時的麻紙又粗又厚,不適合寫字。到了東漢,經過蔡倫的改良,才算有了成效。

蔡倫從小就到皇宮當太監。他曾經管理過宮廷用品,發現當時的書寫材料都有缺點:竹簡過於笨重,帛(絲織的布)和絲綿紙又太貴;於是決心改進造紙方法,希望能找到一種又便宜又實用的書寫材料。

西元 105 年,蔡倫成功改良造紙術。圖/維基百科

蔡倫綜合前人造紙的經驗,用樹皮、麻頭、破布和破魚網做原料,將它們剪碎、蒸煮、搗爛,然後「抄」在蓆子上,晾乾就變成紙了。用這種方法造出來的紙,又薄又平,很適合寫字。蔡倫把這項成就報告漢和帝,從此全國各地都開始用這種方法造紙。

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8 世紀時,中國人發明的造紙術傳到阿拉伯。12 世紀傳入歐洲。距離蔡倫改良紙術成功,已經有一千年了!

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我們與科技的距離不遙遠,再生紙是科技也是一門藝術——《天才達文西的科學教室:像科學家一樣,發明、創造和製作STEAM科展作品》
快樂文化
・2021/01/31 ・2775字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 490 ・五年級

1969年7月20日,阿波羅 11 號登月小艇離開地球表面。指揮官尼爾•阿姆斯壯 (Neil Armstrong) 是第一個踏上月球表面的人,因為這句話聞名於世:「我個人的一小步,卻是人類的一大步。」

阿波羅 11 號登月小艇。圖/天才達文西的科學教室

科技的真諦

手中握著行動電話,你掌握的科技,比 1969 年美國太空總署提供給第一位登陸
月球、從月球返回地球,並且在月球漫步的阿姆斯壯還要多。以現在的眼光來看, 1969 年的太空科技很老舊,但是以當年水準,這樣的科技卻讓人類迎接探索外太空的挑戰。

運用科學來設計有用的東西並解決問題, 就是科技。科技可以是「解決問題」與「如何解決」的合體。想想手中的行動電話:世界上從來不曾有過這樣的發明,直到 1973 年。

第一個踏上月球表面的人尼爾•阿姆斯壯。圖/Wikipedia

如何應用科學原理製造產品,同樣也是問題。電信裝置製造商摩托羅拉公司,利用實室把實用的原理化為行動,設計出發展行動電話的過程以及終端產品。這些都是科技。

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關於科技,還有一個關鍵點:科技不限於高科技產品。有些科技與新型電腦相較, 看起來並不尖端,卻也是科技,「可以喝的書」(Drinkable Book) 就是經典範例。在開發中國家,這項產品提供人們安全飲用水的資訊。該書的紙張就是濾紙,可以直接過濾水源,據稱能夠減少水源中百分之九十九以上的細菌。這項科技產品用不到電力,也用不到電腦。

所以什麼才可以叫做「科技」?

如何定義科技呢?以下是科技的幾個特徵:

  • 利用科學的過程、終端產品,或是過程與終端產品。
  • 解決問題。
  • 有用途的成果,例如尖端科技改善人類與其他生物的生活品質。
  • 將理論知識付諸實際用途。有了科技,知識不僅是理論,還能化為行動。

開創嶄新科學方法或材料的,就是高科技,通常牽涉到電腦科技或電子科技。通訊專家馬丁•庫柏 (Martin Cooper) 發明行動電話,就是開創高科技。這項科技解決了問題,以創新及實用的方式,運用已知的科學與電子學知識,讓人類享有更安全、更便利的生活。

文藝復興還沒有過時

在達文西的年代,紙張與造紙等過程都可稱為科技。時至今日,從回收資源中得到紙張,也是科技。根據科技的定義,再生紙的生產符合科技條件:

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  • 將使用過且可回收的舊紙製成新紙的過程,需要運用科學。
  • 再生紙解決了幾個體積問題。你曉得嗎?美國一天所丟棄的紙張重量,居然比 250 萬個相撲選手體重加起來都重。這樣的紙量,相當於大約 81.5 萬棵松樹的紙漿量。
  • 再生紙本身就是全新有用的產品。因為紙張資源回收,人們不必再砍伐森林來取得紙漿。再生紙是一種解決方案,對家庭、學校、圖書館與企業都有幫助。
  • 回收紙張的過程,必須實際運用已知的科學,這種運用方式讓大家受益;真是實用。

達文西總是竭盡所能,在紙張盡量多寫、多畫。由達文西的習慣,可以推測他一生當中,紙張一直都是重要且珍貴的科技。從他的筆記本挑幾頁,發現材質是亞麻,且可以追溯到 1508 至 1512 年。

達文西的筆記本為亞麻材質。圖/天才達文西的科學教室

松樹林提供野生動物棲所、保持大地水分,並且讓土壤健康。同樣的場景,少了松樹,試問可堪想像嗎?要有紙可用卻不伐木,紙類回收是選項之一。

因為需提供造紙紙漿,許多提供野生動物棲息的松林遭到砍伐。圖/天才達文西的科學教室

造紙的原料有那些?

1494 年左右,另一位義大利人法蘭西斯科•馬力亞·葛拉帕多 (Francesco Mana Grapaldo) 誇耀義大利紙張的高品質。他這樣描述義大利的造紙科技:「現在我們用破舊的亞麻布或麻布來造紙。」文藝復興時期的義大利造紙工匠發現:質地強韌的麻類植物與亞麻,可以製造強韌的紙張——這樣的紙張流傳數百年,因此達文西的筆記能夠傳世不朽。

時至今日,500 多年過去了,紙張的材質仍然包括麻類植物與亞麻,也包括棉花、黃麻、竹子,當然還有木漿。除了上述材質,也可以採用海藻、香蕉樹漿、花朵與雜草。這些材質有什麼共通點呢?它們都是植物。植物幾乎都可以用來造紙,這是因為纖維質的關係。你的骨骼支撐著身體,纖維質也支撐著植物。

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上圖是顯微鏡底下的洋蔥細胞,也可以看出纖維質為什麼讓結構強韌又有美感。
圖/天才達文西的科學教室

想像一下,纖維質到底是什麼模樣?想像一把長長的、尚未烹煮的義大利麵。同樣的,纖維質也是由葡萄糖(單醣)鏈形成的長條分子構成。從植物抽取出來的纖維質,就像長、韌、黏的白色絲線——最強韌的紙張就是這樣做成的。

上圖是纖維質分子模型,從模型結構可知,為什麼植物與紙張都算強韌。圖/天才達文西的科學教室

造紙也是一門藝術

造紙的時候,必須將纖維搗爛,讓纖維變成紙漿。不過,纖維的分子依舊緊密結合!這是什麼道理呢?因為纖維質由葡萄糖組成。

葡萄糖是食用糖的常見成分,也是大部分植物性食品的成分。根據科學家的歸類,葡萄糖屬於碳水化合物。如同碳水化合物的字面意思,這種化合物由碳、氫與氧組成。你掌握這個資訊,審視纖維質的角度就如同化學家與生物學家囉!

纖維質要怎麼變成紙張呢?這時就需要科學家加入了!事實上,你在造紙的過程裡,也身兼科學家、藝術家與工程師的角色。現在就開始造紙,以回應當今的問題——需要回收以及重新利用紙張的問題。手工造紙完成後,等於同時實踐了科學藝術!

手工造紙的紙漿取自可回收紙張,在模板上攤開就可以變成一張新紙。圖/天才達文西的科學教室

紙張纖維質的長度與強度,決定紙張品質。處理不同類型紙張,可以感受不同的強韌程度。品質愈好的紙張,纖維質的長度愈長。紙張回收愈多次,因為製成紙漿的次數愈多,強韌度也愈差。一張紙大約可以循環使用七次。

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各式不同類型的紙張。圖/天才達文西的科學教室
——本文摘自《天才達文西的科學教室:像科學家一樣,發明、創造和製作STEAM科展作品》,2020 年 10 月,快樂文化
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