《麻省理工科技評論 MIT Tech》8/1

* 【改善空氣污染能降低患阿茲海默症風險】

根據 7/26 日在美國丹佛舉行的 2021 年阿茲海默病協會國際會議上發佈的多項研究報告，改善空氣污染會改善認知功能，降低阿茲海默症風險。此前報告曾顯示，長期暴露於空氣污染與阿爾茨海默病相關腦斑有關。而此次會議是第一次累計證據表明，減少污染，特別是空氣中的細顆粒物和燃料燃燒產生的污染物，與降低全因失智症和阿茲海默症風險有關。

* 【MIT科學家研究了如何減少一次性口罩對環境的影響】

據估計，COVID-19大流行期間每天產生多達7200噸的醫療廢物，其中大部分是一次性口罩。近日，麻省理工學院（MIT）的一項新研究指出，通過採用可重復使用的口罩可以大大減少這一損失，該研究計算了幾種不同的口罩使用方案的財務和環境成本。研究人員表示，完全可重復使用的硅膠N95口罩能更大程度地減少浪費，而他們現在正致力於開發這種新型口罩。目前，這項研究已經刊登在《British Medical Journal》上。

* 【新發明的的尿液或血液測試方法可以發現腦腫瘤】

劍橋大學的醫學研究人員開發了兩種新的測試方法，能夠檢測最惡的腦癌膠質瘤。使用新開發的測試可以在病人的尿液或血漿中檢測到腫瘤，這也是世界上第一個此類測試方式。 ​​​

* 【歐洲科學家開發出可低成本製造發光材料的新技術】

劍橋大學和慕尼黑工業大學領導的研究人員發現，通過將一種材料的每 1000 個原子中的一個換成另一個，他們能夠將一種被稱為鹵化物鈣鈦礦的新材料類發光體的發光能力提高兩倍。該發現有益於製造更有效的低成本發光材料，這些材料具有柔性，並可使用噴墨技術列印。相關研究發表於《美國化學會志》。

* 【哈佛科學家發起伽利略項目，致力尋找宇宙中的外星科技文明】

哈佛帶領的一支科學家團隊，已經發起了一個旨在宇宙中尋找外星生命證據的伽利略項目（Galileo Project）。結合地面望遠鏡、人工智能等方案，這項研究將著重於外星智能的物理例證，而不是源自遙遠文明的電磁信號。 ​​​

* 【科學家發現潛在療法能提高人類免疫系統在體內搜索和消滅癌細胞的能力】

近日，南安普敦大學和米蘭國家分子遺傳學研究所的研究人員發現了一種潛在的治療方法，可以提高人類免疫系統在體內搜索和消滅癌細胞的能力。研究人員表示，他們已經確定了一種限制調節免疫系統的一組細胞的活動的方法，這反過來可以釋放其他免疫細胞來攻擊癌症患者的腫瘤。目前，這項研究已經發表於《PNAS》。

* 【美國研究團隊在太陽能制氫方面獲得新突破】

數十年來，世界各地的研究人員一直在尋找利用太陽能來制氫的關鍵反應方法，即如何將水分子分解成氫氣和氧氣。儘管大多數努力以失敗而告終，且少數成果也面臨著成本過高的尷尬。德克薩斯大學奧斯汀分校的一支研究團隊，還是設法找到了一種通過厚二氧化硅層來創建導電路徑的方法來有效從水中分離氧分子。該方案能夠低成本地運用，並擴展到大批量生產流程中。有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《Nature Communications》期刊上。

* 【現近 20% 的原始森林景觀與採礦、石油和天然氣等採掘業特許地相重疊】

國際野生生物保護學會(WCS)和世界自然基金會（WWF）的一項新研究顯示，近 20% 的熱帶原始森林景觀（IFLs）與採礦、石油和天然氣等採掘業的特許地相重疊。重疊的總面積約為97.5萬平方公里，大約相當於埃及的面積。採掘業特許地與熱帶國際森林公園重疊最多，佔總面積的 11.33%，而石油和天然氣特許地的重疊面積佔總面積的 7.85%。該研究發表在《森林與全球變化》上。

* 【MIT研究人員用紅外攝像機和人工智能來預測「沸騰危機」】

最近，麻省理工學院（MIT）核科學與工程系的研究人員，通過訓練一個神經網絡模型來預測「沸騰危機」。研究人員表示，該模型能夠從具有不同形態和潤濕性（或吸濕性）的表面上的氣泡動力學的高分辨率紅外測量中預測沸騰危機的餘量（即偏離核沸騰比，DNBR）。這項研究成果或將應用於冷卻計算機芯片和核反應堆。目前，該研究已經發表於《Applied Physics Letters》。

* 【英國研究人員使用一種創新方法來「逆轉」與年齡有關的記憶衰退】

英國研究人員的一項新研究提出了一種創新的方法來治療與年齡有關的記憶衰退。臨床前研究顯示，通過「操縱」大腦中被稱為神經元周圍基質網絡(PNNs)的結構組成，可以逆轉衰老小鼠的記憶衰退。 ​​​

* 【中國科學家利用簡單的 RNA 微調讓馬鈴薯和水稻產量提高 50%】

北京大學的研究小組將一種叫做 FTO 的單一基因插入到馬鈴薯和水稻植株中。由此產生的植物是更有效的光合作用者，這意味著它們長得更大，產量也更高 —— 在實驗室中產量提高了 3 倍，在田間產量提高了 50%。它們還能長出更長的根系，這有助於它們更好地忍受乾旱。

* 【歐盟提出一攬子應對氣候變化方案】

歐盟委員會近日提出應對氣候變化的一攬子計劃提案，旨在實現到 2030 年歐盟溫室氣體淨排放量與 1990 年的水平相比至少減少 55%，進而到 2050 年實現碳中和的目標。這份提案涉及交通、能源、建築、農業和稅收政策等諸多領域，具體內容包括收緊現有碳排放交易體系，增加可再生能源的使用，提高能源效率，盡快推出低碳運輸方式及相關配套基礎設施和燃料，制定與脫碳目標相一致的稅收政策等。

* 時間晶體即將誕生？當地時間 7 月 28 日，谷歌在一篇預印本論文中表示，其首次使用 「懸鈴木」 （Sycamore）量子計算機創造出了 「真正的時間晶體」。
參與該研究的科學家超過 80 人，分別來自Stanford 大學、普林斯頓大學、MIT 和德國德累斯頓馬普固體化學物理學研究所（德累斯頓）等科研院所，論文標題為《在量子處理器上觀測時間晶體的本徵態序》（Observation of Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor ）。

* 【新分子圖譜揭示腦細胞發育軌跡】

瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）和瑞典卡羅林斯卡學院的研究人員首次繪制了胚胎大腦細胞在成熟過程中遵循的遺傳和發育軌跡。這份分子圖譜不僅可幫助人們識別與神經發育狀況有關的基因，確定腦癌中惡性細胞的來源，還可以作為評估實驗室中乾細胞產生的腦組織的參考，同時能改進神經退行性疾病的細胞替代療法。相關研究發表在近日的《自然》雜誌上。

* 【液體填充光纖設計可實現更可靠的數據傳輸】

瑞士 Empa 研究所的研究人員開發了一種光纖，該光纖由連續的液體甘油芯和透明含氟聚合物護套組成。這種光纖以光脈衝的形式傳輸數據的能力跟固體塑料光纖差不多，另外它還擁有更高的抗拉強度。

#Q博展知識
在德國科學家倫琴發現X射線以前，醫生診斷病患體內的情況在手術前都只能依據觸診或是病患自己的描述，這樣的診斷方法常會造成誤診，以致拖延治療進度

現代醫學造影技術的發展，使病患經過掃描後就能夠很清楚的知道體內發生的問題，協助醫生更了解病患的狀況。

就讓Q博來簡單的介紹醫學影像技術吧！

【3D影像醫學及手術】
1970年代發展的電腦斷層(Computed Tomography，簡稱CT)及磁振造影(MRI)，經過數代的進階，時至今日的21世紀，不僅速度飛快、解析度高清、更進入從二維(2D)重建三維(3D)接近人體解剖的虛擬實境(Virtual Reality簡稱VR)的軟體發展。 VR虛擬實境已經運用在遊戲、媒體、室內設計、建築等各行各業，透過這樣技術將是未來融合虛實世界的重要設備，同樣運用於外科手術，三維(3D)的VR更可以做治療前計畫、教學及微創手術前的模擬操作。

所謂的AR擴增實境（Augmented Reality）的定義就是將3D重建的VR與實際的即時影像重疊結合，讓醫師在手術時更清楚病灶及周圍器官的相關性，特別是血管，使手術避免出血，視野更清楚。 目前至少已經有三個器官突破挑戰AR，即是眼睛、手與腦部(Augmented Eye, Hands and Brain)，這個確定性的進步不僅是醫療科技的創新更是人民的福祉。
https://scitechvista.nat.gov.tw/UrlMap?t=fG8

【核子醫學科技】
大自然中有氮、氫、氧、碳……等多種元素，這些元素分別有不同的原子序數與質量數。凡原子序數相同、質量數不同的元素都稱為同位素，各同位素的化學性質仍相同，只是物理性質不一樣。例如：氫有三個同位素，氫一叫氫，氫二叫氘，氫三叫氚，原子序都是1，但其質量數，氫是1，氘是2，氚是3，質量數的不同，使物理性質也不同。若從物理上觀察：氫的個性穩定，不會釋出放射線，稱為氫的「穩定同位素」；氚的個性不穩定，會釋出β負粒子放射線，稱為氫的「放射性同位素」。

當我們需要放射線的時候，可以先製造一個不穩定的放射性同位素，由於它會釋出不同能量的粒子與放射線，也因此，放射性同位素成為人造放射線的主要來源之一。

核醫科技結合放射性同位素藥物及放射線示蹤性，協助醫生診斷或追蹤病情；利用Ｘ光的穿透性，讓體內器官組織病變在底片上顯示；紫外光與物質作用時具有殺菌力；醫院為癌症病患做放射線治療，即是一種透過鈷-60加瑪（γ）射線或電子加速器產生X射線殺死癌細胞的治療方法。
https://scitechvista.nat.gov.tw/UrlMap?t=h5C

【磁振造影】
要說明磁振造影的原理，必須先解釋什麼是「核磁共振」。可以想像一個原子的結構，是在中心有一個很小的原子核，週圍有電子。不同的元素，它的原子核裡，會有不一樣數目的質子與中子，質子與中子數量的總和，稱為「質量數」。一個原子，只要原子核的質量數是奇數，比如是1, 3, 5, 7……的時候，當原子在強力磁場的作用下，原子核外圍電子的「磁矩」的「總向量和」，就會順著磁場方向來排列。這個時候，如果向原子照射適當的電磁波，原子核就會吸收其中的特定波長或能量的電磁波，被激發到比較高的能階，這個過程稱為「核磁共振」。
原子核會自然從高的能階掉回低的能階，此時它會放出電磁波，於是就產生了核磁共振的信號，也就是用來做磁振造影的信號。我們可以用儀器偵測這些信號。比方說，生物體內含有許多水，水分子是由氫原子和氧原子組成的，氫原子的質量數是1，我們就可以使用核磁共振的設備，讓它產生信號，並且偵測。醫學界發現，利用這個方法，不必動手術接觸人體，就可以獲取體內水分子分布的資訊，從而精確繪製人體內部的結構，這就叫做磁振造影。
https://scitechvista.nat.gov.tw/UrlMap?t=i8w

輻射傷害的防護基本理念： ALARA (As Low As Reasonably Achievable)，受曝劑量越低越好的合理抑低原則。

在輻射傷害防護的範疇內，總的來說，LNT（Linear-Non-Threshold）模式對於高劑量、高強度的輻射暴露的情況相對來說，更加的適用。在一般日常生活的狀態來說，避免輻射傷害，普遍採取 ALARA( As Low As Reasonably Achievable），也就是越低越好的合理抑低原則，這是人類關於游離輻射防護的基本理念。

ALARA( As Low As Reasonably Achievable; 越低越好的合理抑低 )原則也是美國能源部國家核子保安總署(DOE/NNSA)輻射 緊急事件支援及訓練中心(REAC/TS)出版之「The Medical Aspects of Radiation Incidents （台灣翻譯為：輻射傷害醫療處置）」手冊內容中所提及的輻射防護基本理念。

“ALARA (As Low As Reasonably Achievable) is the underlying philosophy associated with protecting people from ionizing radiation.

It basically means that one should not unnecessarily expose themselves to radiation without the benefit outweighing the risk.

Time, distance, andshielding are widely considered to be the primary
concerns. At REAC/TS, we like to add a fourth item to the list - quantity. All four of these concepts are used concurrently with the others. "

其基本意涵是 : 一個人應該避免不必要且無利益的輻射 曝露風險（這裡指的是非醫療性質的輻射暴露。任何輻射暴露都會造成傷害，但在治療重大疾病的時候，兩害相權取其輕，接受有限度且嚴格控管的輻射照射將體內惡性病變組織破壞，阻止其增生、擴散惡化的潛在利益大於輻射照射所引起的傷害的醫療應用案例，不屬於這裡所指的“不必要且無利益的輻射曝露風險”的範疇）。

此外，有報導指出：“...... 在日本的實際研究案例中，「餵飲氘水佔1/3的水，經過1個禮拜，老鼠腦部組織裡的氫被替換掉，老鼠變得眼睛上吊，有攻擊性，一直囓咬鐵籠的鐵網，反覆地昏睡或暴躁。」東京工業大學理工特任教授入口紀男（Norio Iriguchi），透過老鼠實驗，提醒福島氚污染水的危害。

入口紀男教授是日本核磁共振學會委員，透過上述實驗鼠的核磁共振影像，解說老鼠腦部組織內的氫被氘替換之後，所發生的變化。「左邊有點突出的是嗅腦（嗅覺發達中樞），右下突起的部份是延髓開端。目前只有腦部明顯地浮腫了。」

福島核災後，產生大量輻射污染水，其中氚因為無法用過濾去除，又稱為氚污染水。多位專家警告，氚污染水的危害，不只是體內輻射被曝，還有在體內被當成氫嵌入到蛋白質等組織的問題。而入口紀男（用有同樣效果的氘做）的實驗，具體呈現後者的狀況。

「氚在體內被當成氫嵌入」是什麼意思呢？擁有近40年的放射線治療經驗、北海道癌症中心名譽院長西尾正道詳細解釋道：「氚在人體內會被當成氫來代謝。人體有62%是水（H2O），氚會被當成氫來結合，在種種構成人體的高分子化合物的化學式裡也一樣。」

「氚因為有這樣和物質相結合的性質，在體內造成長期被曝。用醫學實驗，可以證明氚會被當成氫攝入到細胞核內。構成DNA的基因的4個鹽基，是靠氫來結合，換成氚進去的話（失去結合力），鹽基化學式產生變化，遺傳情報也會改變。導致健康上的實際損害。」而當被攝入的氚衰變成氦時，也會損傷細胞（ http://www.inaco.co.jp/hiroshima_2_demo/pdf/20140103_tori_A4.pdf ）。

對此，西尾正道等專家批判：「不能說自然界本來就有而不考慮，原本自然界裡氚的最大來源就是核試爆跟核電，排放標準也是為了沸水式原子爐把氚排到海裡而制定的，並不是因為有在科學上醫學上檢討健康被害而決定的。」「因為距離極近，即便氚的放射線弱，仍會相當程度地傷害DNA。」

又，氚水的化學式是HTO，因為氚很容易和生物體內的碳結合，成為有機結合型氚（Organically Bound Tritium、簡稱為OBT），跟氚水相比，後者滯留體內時間為20~50倍，被染色體等人體重要部份攝取。「氚水被放流後，經生物攝取變成有機結合型氚，人類去吃這些生物，便會蓄積在體內。」在核食檢測上，有機結合型氚的檢測程序，又比普通的氚來得複雜。

氚，被日本諾貝爾物理學獎得主小柴昌俊，與馬克斯威爾獎（美國物理學會頒發）得主長谷川晃，稱之為劇毒。

福島核電廠在災後，因為會不斷放出有放射性的蒸氣等污染，入口紀男比喻為「國土百萬年的惡夢」。而這惡夢除了往大氣的污染，還因為地下水流經，每天產生3-400噸的輻射污染水。

在日本政府規劃的輻射污染水處理方案裡，海放是成本最低的方法，比起地下埋設等耗資千億日圓以上的方法，海放只要17~34億日圓。另一方面民間、在地漁業團體與鄰國，持強烈反對的立場。....."

也有多項相關的醫學研究報告指出：
A 1961 experiment showed that mice dosed with 21.5 μCi/g of Cs-137 had a 50% fatality within 30 days (implying an LD50 of 245 μg/kg).

A similar experiment in 1972 showed that when dogs are subjected to a whole body burden of 3800 μCi/kg (140 MBq/kg, or approximately 44 μg/kg) of caesium-137 (and 950 to 1400 rads), they die within 33 days, while animals with half of that burden all survived for a year.

Important researches have shown a remarkable concentration of 137Cs in the exocrine cells of the pancreas, which are those most affected by cancer.

In 2003, in autopsies performed on 6 children dead in the polluted area near Chernobyl where they also reported a higher incidence of pancreatic tumors, Bandazhevsky found a concentration of 137Cs 40-45 times higher than in their liver, thus demonstrating that pancreatic tissue is a strong accumulator and secretor in the intestine of radioactive cesium.

一項重要的醫學研究發現，人體胰腺外分泌細胞中所聚積的137Cs濃度非常高，而胰腺外分泌細胞是受癌症影響最大的人體細胞。

在2003年由Bandazhevsky研究團隊，對六名生活在靠近車諾比核災污染區附近的兒童的屍體進行醫學檢驗解剖。

解剖研究發現這六名兒童患胰臟惡性腫瘤的比率，比一般正常狀態下來的更高，經檢驗，研究團隊發現這六名兒童胰臟中所含的Cs-137濃度，竟然是肝臟中所含Cs-137濃度的40-45倍之多。研究證實在人體內Cs-137最容易聚積在胰臟內。

胰臟癌是指胰臟細胞發生癌變而產生的腫瘤，這些腫瘤細胞具有侵犯其他組織的能力。胰臟癌很少發生在40歲以下的病人，半數以上的患者超過70歲。

此外，1961年的一項實驗發現對老鼠注射21.5 μCi/g 濃度的Cs-137，在30天之內有一半的受試老鼠死亡，這項實驗的結果等同於半至死劑量為0.000245公克（也就是百萬分之245公克），所謂半至死劑量指的是指在固定濃度下，暴露一定時間（通常1～4 小時）後，觀察14 天， 能使試驗動物組群半數（50 %）死亡的濃度。

在1972 年有另外一項類似的實驗， 對受試驗的狗群注射3800 μCi/kg (140 MBq/kg, or approximately 44 μg/kg，大約百萬分之44公克濃度）Cs-137，這群受試的狗在33天內全數死亡，而另一群接受一半劑量的受試狗群，則可以存活到為期一年。

從上述的那些實際醫學研究例證，包括了比較適用於LNT模式的狀態，以及一般日常生活環境下遭遇到低劑量但是長期輻射暴露累積下來的狀態。ALARA( As Low As Reasonably Achievable; 合理抑低 )原則在兩種狀態下通通一體適用。

參考資料：
https://orise.orau.gov/resources/reacts/documents/medical-aspects-of-radiation-incidents.pdf

http://www.inaco.co.jp/hiroshima_2_demo/pdf/20140103_tori_A4.pdf

https://e-info.org.tw/node/221554

^Moskalev, Yu. I. (1961). "Biological Effects of Cesium-137". In Lebedinskiĭ, A. V.; Moskalev, Yu. I. (eds.). Distribution, Biological Effects, and Migration of Radioactive Isotopes. Translation Series. United States Atomic Energy Commission (published April 1974). p. 220. AEC-tr-7512.

^ H.C. Redman; et al. (1972). "Toxicity of 137-CsCl in the Beagle. Early Biological Effects". Radiation Research. 50 (3): 629–648. Bibcode:1972RadR...50..629R. doi:10.2307/3573559. JSTOR 3573559. PMID 5030090.
^ Nelson A , Ullberg S, Kristoffersson H, Ronnback C (1961). "Distribution of Radiocesium in Mice". Acta Radiologica. 55, 5 (5): 374–384.
doi:10.3109/00016926109175132. PMID 13728254.

^ Bandazhevsky Y.I. (2003). "Chronic Cs-137 incorporation in children's organs". Swiss Med. Wkly. 133 (35–36): 488–90. PMID 14652805.

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