科學月刊試閱版2020-6月號 606期-紡織後現代

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紡織後現代

COVER STORY

Contents

606

2020 JUNE

p06 一件衣服的構成— 從材質到特性 藍 萱

p10 不只是美觀,功能更重要— 機能性布料 古德興

p14 比你更了解自己的衣服— 智慧衣 黃盈嘉

p18 永續紡織—

尋找與環境共生共榮的

p04

環保衣 廖盛焜

封面說說話 〈閱讀紡織〉 每天穿的衣著在技術進步的時代下,賦予的機能 也越來越多變,讓人們對服裝有更多想像……

SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 6

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Contents-2 科學•出走

22 睡眠不好嗎?帶著另一半的衣服入睡吧!/謝育哲

填問卷.拿新書 只 要 於 2020 年 6 月 30 日 前, 完整填寫讀者問卷調查,就有機 會獲得親子天下的新書《最有梗

News Focus 24 如何健康飲用咖啡?加一張濾紙就可以/賀爾蒙分泌可以遠端遙控? 25 發現距離地球最近的黑洞/鳥類的大腦進化史 26 侏羅紀公園又錯了?迅猛龍其實不會集體狩獵?/ 科學家找到快速沉入「毆不裂」的方法 27 睡不好會胖?還是胖才睡不好? 思辨之評

28 蝗蟲過境 2.0—沙漠飛蝗為什麼如此高危害?/曾瑤光

的單位教室:公尺君與他的單位 小夥伴》。 問卷內容請至 bit.ly/369fnhm 或 掃 描 QR code, 並 詳 實 填 寫, 否則將喪失抽獎資格。 獲獎名單將於 2020 年 7 月 5 日 之前公布於《科學月刊》網站 (www.scimonth.com.tw)。

30 我們與「真」的距離—疫情之中如何看待相關的學術研究成果/林翰佐 專 欄

32 數不勝數:2020 阿貝爾獎—機率理論與動態系統/沈俊嚴 36 格物致知:能量不連續?黑體輻射打開量子力學的大門/蔡坤憲 40 生生不息:境會影響型態產生差異? 從春秋南橘北枳談性狀遺傳/許惇偉 44 潛移默化:防刮、防窺、防指紋— 成為手機螢幕救星的保護貼/黃志嘉、陳博鈞、施政宗、陳雅君 48 物換星移:太陽系旁有黑洞?第九行星之謎/陳明堂 52 顯影:南湖山椒魚/游崇瑋 精選文章

56 科學回甘—品嘗茶的科學/林忠成 60 農作物與微生物間的「微」戰爭/韓喬融 64 俄國最後沙皇與血友病/賴昭正 68 啤酒花與中橫公路的小山村/蔡建福 72 古今中外日食觀測事件與 2020 嘉義市日環食活動/莊明娟 書 摘

78 《最有梗的單位教室:公尺君與他的單位小夥伴》

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科學月刊 2020.6

bit.ly/369fnhm


臺北市科學出版事業基金會

走進編輯室

董事長:劉源俊 董 事:王文竹 周成功 林基興 邱韻如 郝玲妮 高涌泉 曾耀寰 羅時成 秘 書:李金穗 出版者:科學月刊社 理事會 理事長:曾耀寰

後現代的穿衣哲學 人的生活離不開食、衣、住、行,其中的衣服,更是人們在呱呱墜地之後所接 觸的第一個溫柔。

為傳統產業之一的紡織業,匯集各種棉紡、紗線、布匹所進行的服裝設計與製

理 事:曲建仲 林翰佐 邱韻如

造。一般而言,紡織材料既可以是天然材料,如棉花、亞麻等,也可以是化學

紀延平 張敏娟 程一駿

工業中合成的材料,如聚脂纖維、尼龍等。1950 年代起,在國際市場龐大需求

蔡孟利 蔡政修 執行總監:趙軒翎

下,臺灣的紡織工業蓬勃發展。然而,歷經東南亞市場的崛起,也讓臺灣的紡 織業逐漸走向夕陽。

編輯部 總編輯:林翰佐 副總編輯:趙軒翎 蔡政修 編輯委員:王文竹 王伯昌 曲建仲 江建勳 李武炎 李志昌 李精益 周鑑恆 林秀玉 林宮玄 邱韻如 金升光

儘管受到產業外移衝擊逐漸式微,不過,紡織產業也不因此坐以待斃。除了靠 經驗轉型,隨著科技的進步,業者也不斷積極研發新產品及更新生產設備拓展 國際市場,讓臺灣在各種機能性布料市場中搶得先機,更成為世界機能性紡織 品消費市場主要原料供應來源之一。

金必耀 門立中 紀延平 范賢娟 倪簡白 高啟明 高憲章 張大釗 張敏娟

不僅如此,衣服也不再只是衣服。過去,從未生產銷售醫用防護衣的臺灣,也

陳妙嫻 陳彥榮 陳鎮東

因為近期 2019 冠狀病毒疾病(coronavirus disease 2019, COVID-19)疫情的蔓

單維彰 景鴻鑫 曾耀寰

延,紡織業者組成「防疫國家隊」,嘗試做出臺灣的第一件 P3 級防護衣。另外,

程一駿 程樹德 黃正球 黃相輔 楊正澤 葉李華

在穿戴裝置與運動盛行的當今,一件能隨時洞悉穿戴者生理狀況、提供照護的

廖達珊 管永恕 劉宗平

智慧衣,也逐漸成為紡織市場上的另一種商機。

蔡兆陽 蔡孟利 蔡振家 鄭宇君 鄭運鴻 韓德生 嚴如玉 嚴宏洋 蘇逸平 編輯顧問:王明蘅 古宏海 朱麗麗

然而,紡織工業是一個傳統的高污染行業,在生產過程中,纖維原料、染料的

吳明進 吳家誠 周延鑫

加工染整等會產生大量廢水及污染物。紡織業的用水及廢水排放等問題,都會

周榮泉 洪萬生 洪裕宏

直接影響整體的生態環境,讓紡織行業蒙上高汙染、高能耗進而帶來高成本等

胡進錕 孫維新 張 復 張勝祺 陳文屏 陳章波 陳國成 曾惠中 楊玉齡

陰影。因此,超臨界流體染色技術、環保纖維衣料的開發,也為早以被冠上汙 染惡名的紡織市場帶來一線共生共榮生機。

劉仲康 駱尚廉 魏耀揮 蘇益仁 蘇振隆 主 編:李依庭 編 輯:謝育哲 美術編輯:黃琳琇

「山不轉路轉,路不轉人轉」,本期《科學月刊》不將紡織產業看作是市場競爭 下的被害者,而是以產業研究開發、轉型,華麗出擊。希望透過這些「穿上美 麗衣裳」的文章,讓讀者了解現今臺灣紡織產業的最新發展。

業務部 經 理:李金穗

主編 李依庭

業務助理:廖本翔

創刊於 1970 年

科學月刊社

製版印刷:赫偉有限公司

本期為第五十一卷第六期 第 606 期 發行於 2020 年 6 月

地址:10646 臺北市大安區羅斯福路三段 77 號 7 樓

總經銷 : 聯華書報社

中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄

電話:(02)2363-4910 傳真:(02)2363-5999

行政院新聞局版台誌第 0934 號

網址:www.scimonth.com.tw 電郵:scimonth@gmail.com

圖文版權有任何疑慮請洽編輯部,廣告刊登及雜誌訂閱請洽業務部。本刊所刊登文章內容皆為版權所有,非經本刊同意不得作任何形式的轉載或複製。

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紡織後現代 COVER STORY

人類的生活離不開穿衣。 過去,因為追求時尚美學, 大量的漂亮衣裳進入市場, 卻忽略對環境帶來的傷害。 現在,在科學與紡織交織下, 將開啟一段衣著後現代潮流。

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封面故事 COVER STORY

一件衣服的構成一 從材質到特性 Take Home Message 對你∕妳來說,一件衣服的好壞取決什麼條件, 是材質、版型還是舒適度?其實,影響的關鍵

若是回想過往的生活,在那當中絕對會有幾件你∕妳熱愛、好穿 的 T-shirt,也有過幾件怎麼樣都覺得不合適的 T-shirt。而一件 好 T-shirt 的構成可以從以下三個面向來剖析,分別是:材質、 舒適度及合身程度。在材質及舒適度這兩要素中,扮演最關鍵影

在於纖維。在百貨公司放眼望去有各式各樣的

響力的角色就是「纖維」。

此,要如何挑選適合自己的衣服,不妨可以從

衣料材質大學問

衣服,每件衣服更是由各種不同纖維製成。因 纖維特性來下手。

纖維是構成一件衣服最小的單位,不同纖維擁有與生俱來的功能 和手感,所以,只要選用不同材質,就算是同樣版型也能夠產生 完全不同的視覺效果及穿著感受。而纖維的分類主要有兩種,一 為根據其產生方式分成三大類,分別為天然纖維、人造纖維及半

藍 萱 爆炸頭的小魔女,現為織品設 計師、寵物溝通師、靈魂療癒 師和一隻蜥蜴的媽。

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人造纖維;其二為依照其型態分成長纖維(filament,無限長度 的一根纖維)及短纖維(staple,有限長度內的一束纖維)兩種, 以下將依照各纖維的特性解說。


01 回潮率

I. 天然纖維(natural fiber): A

回潮率表示織品材料的吸濕程度,是以材

短纖維的天然纖維

cotton

料中所含水分重量佔乾燥材料重量的百分 數表示。公定回潮率是為求在紡織貿易過

▪公定回潮率:7%

程中報價的公平公正所制定的標準。

▪特性:吸濕性佳,透氣性好,柔軟而舒適。 ▪按棉花纖維長短還可簡單分成以下兩類:

1. 短纖維棉:纖維一般長度為 25~35 毫米(mm),大多數為棉製服裝用品的原料。

2. 長纖維棉:纖維細而長,一般長度在 33 毫米以上,其品質優良,較長的纖維讓布料更柔軟、更細膩,更具光

澤且較不易起球。市面上目前已有長纖維棉花——PIMA 棉花生產出多種產品,和傳統棉花 T-shirt 有明顯差異。

B

亞麻

linen

亞麻

短纖維的天然纖維

羊毛

▪公定回潮率:8.75%

▪特性:吸濕性優於棉,透氣性佳,纖維強度強。 亞麻製品有良好的彈性及涼爽感,所製成服裝通 常於夏季穿著,其製品具有天然粗細節紋路及些 微的粗糙手感。

羊毛

wool

(Photo by Andrew Buchanan on Unsplash)

短纖維的天然纖維

蠶絲

(Photo by Nynne Schrøder on Unsplash)

silk

蠶絲

長纖維的天然纖維

▪公定回潮率:13.6%

▪特性:吸濕性最優良。

羊毛纖維本身中空,故能提供良好的透氣性及溫 度調節功能。此外,羊毛纖維也具天然抗菌及除 臭效果,更有不容易起皺的天然反撥性,是穿著

使用上非常多功能的天然機能性纖維。現代的羊 毛製品通常已預先經過防縮水加工,所以可以水

▪公定回潮率:11%

▪特性:現有部分成品是以切短過 後的短纖維形式進行紡紗織布,功 能和羊毛纖維類似,唯手感更為細 緻光滑。

(Photo by Jackson David on Unsplash)

洗,和早期羊毛必須乾洗的觀念已有所不同。

II. 人造纖維 (synthetic fiber): A

聚脂纖維

以下纖維除彈性纖維外,皆有長纖維和短纖維兩種運用。

polyester

壓克力

acrylic

▪公定回潮率:0.4%

▪公定回潮率:1.5%

易感覺悶熱、不透氣,吸濕性最差。市面上常與

軟,近期有許多仿羊毛服裝多

純聚脂纖維的服裝通常手感偏乾澀,穿著上也容 棉進行不同成分比例的混紡以求舒適性。

尼龍

nylon

輕柔、蓬鬆保暖度佳,手感柔 用壓克力纖維製成。

D

彈性纖維

polyurethane /spandex

▪公定回潮率:0.4%

彈性極佳,常與各類纖維搭配使用進而提供布料及

柔軟,為高價運動服常用材料,耐磨強度及成本

依照粗細度及強力不同,甚至可使用彈性纖維製成

濕性優於聚脂纖維及壓克力纖維。手感較滑順、 皆高於聚脂纖維。

衣物良好的伸展性,以增強合身程度及活動舒適性。 高強力壓力褲、緊身衣,以供特殊使用。

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封面故事 COVER STORY

永續紡織— 尋找與環境共生共榮的 環保衣 (Photo by Vidar Nordli-Mathisen on Unsplash)

Take Home Message

人類的生活離不開食、衣、住、行,「衣」是紡織業所涵蓋的範疇,

衣服,離不開人類的生活。在經濟蓬勃發展

質的提升,「衣」的領域千變萬化、無所不包,早已不只是穿衣保

的現今,衣服早已不只是保暖的基本需求, 而是追求時尚、美感的指標之一。然而,衣 服的大量製造卻可能造成汙染,影響環境。

因此,紡織產業如何轉型,走向環保與永 續,就成為一項重要的課題。

可見紡織業對人們而言是多麼重要。隨著人類文明的進化及生活品 暖的基本需求。21 世紀的紡織業關注的問題是時尚經濟蓬勃發展 後,所造成的浪費及對環境的威脅與破壞,也是紡織產業永續發展 需要去面對的社會成本及責任。據統計,傳統製程生產一件純棉 T 恤的耗水量可達 2700 公升;以往衣服原料的主要來源是棉花,然 而,大量植棉的結果已造成哈薩克的鹹海遭受毀滅性的破壞,而植 棉過程大量使用殺蟲劑也嚴重傷害地下水層和土壤層。這些情況確 實令人驚心,因此,紡織產業如何轉型,走向環保與永續,是當今 刻不容緩的課題。

一件件美麗衣裳下看不見的汙染 科技始終來自人性,人類的理智不斷地提醒,時尚經濟應該在保護地 球環境的前提下發展。然而,現今時尚產業為全球第二大汙染產業, 僅次於石化工業,櫥窗下華麗服飾的背後隱藏著多少社會成本?當人 們更深層的看待「時尚」這件事,用心探究時尚光鮮亮麗的背後,地 球究竟因為「時尚」之名而背負了多少不必要的浪費、汙染與破壞? 人們應該給自己機會思考與審視這是慾望虛榮,還是著實需要? 廖盛焜 逢甲大學纖維與複合材料系專任教

日常生活中不可或缺的衣服,看似尋常其實並不簡單,要製作出一件

授,臺灣超臨界流體協會副理事長

服飾,從纖維的取得、複雜的染色到最後處理,可能用到多達千種的

兼紡織產業綜合研究所客座專家。

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化學物質。


04

紡織成衣的製作程序 纖維⇨紡紗⇨織造⇨胚布檢查⇨布匹縫頭⇨

預定型(preset)⇨燒毛⇨退漿⇨精練⇨絲 光⇨漂白(螢光增白)⇨染色⇨織物整理⇨ 紡織品設計⇨成衣

用 傅 里 葉 轉 換 紅 外 光 譜(fourier-transform infrared

spectroscopy, FTIR)與衰減式全反射分析法(attenuated total reflection , ATR)分析結果,證實二氧化碳的氧原 子和聚合體羰基會產生極性作用,二氧化碳相當於路易 士酸鹼對反應的電子受體(酸),所以應用二氧化碳做 溶媒,對聚合體的染色具有很大的潛力。

在此製程中,退漿、精練、絲光、漂白(螢光增白)和

什麼是超臨界流體染色技術?

染整等階段都要使用大量的水資源作為處理媒介。平均

超臨界流體染色技術(Supercritical Fluid Dyeing)主

而 言, 全 球 染 整 產 業 紡 織 品 生 產 量 每 年 約 有 280 億 公

要以二氧化碳取代水的使用,透過溫度及壓力控制,使

斤,光是染整加工部分,估計每生產 1 公斤紡織品需要

二氧化碳超過其臨界溫度及臨界壓力時,氣液界面消失

100~150 公升的水,耗水量之大可想而知,也因此紡織

而形成流體態,即成為所謂的超臨界流體狀態。此技術

業被認為是大量消耗水資源與高汙染廢水的產業。

的運作原理是利用染料可以溶解在超臨界流體二氧化碳 的特性來進行纖維染色,當二氧化碳處於超臨界,即溫

隨著全球永續環境保護意識高漲,國際品牌商也積極要

度高於 31.1 ° C(絕對溫度 304.1K)、壓力大於 72.8 大

求綠色環保產品,紡織製程中高耗水與高汙染的染整工

氣壓、約 73.8 巴的狀態下(圖一),染料分子藉由超臨

段不得不轉型升級,將超臨界流體技術應用於纖維染整

界二氧化碳逐漸擴散進入纖維內部進行染色。完成染色

即是重大的突破,此綠色技術以二氧化碳為染色媒介,

後,將染缸回復到常壓(1 大氣壓)時,二氧化碳與染料

不僅完全不浪費水資源,二氧化碳也可以完全回收,堪

會自動形成染料分子(固態)與二氧化碳(氣態)的固

稱紡織業的環保救星。

超臨界染色技術的源起

二氧化碳的壓力—溫度的相圖

自 1982 年 德 國 研 究 學 者 韋 辛 格( R.G.Wessinger ) 等 人 發 表 超 臨 界 二 氧 化 碳 對 聚 苯 乙 烯( polystyrene,

PS)、 聚 氯 乙 烯(polyvinyl chloride, PVC)、 聚 丙 烯(polypropylene, PP)、 聚 碳 酸 酯(polycarbonate,

PC)與聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate), PMMA)、聚酯(polyester)與聚胺酯(polyurethane, PU)等聚合體的吸收與膨潤性研究,以期能將超臨界流 體技術擴大應用於薄膜分離氣體混合物或把化學物質注 入聚合體如染色等用途。結果顯示同樣具有羰基(C=O) 的聚碳酸酯與聚甲基丙烯酸甲酯對二氧化碳親和力最高, 塑化現象最明顯。 另 一 研 究 學 者 卡 札 里 安(S.G. Kazarian) 更 進 一 步 運

圖一:右上角為超臨界流體的狀態,臨界溫度為 Tc=304.1K、臨界壓 力為 Pc= 73.8 巴。

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科學

出走

(Photo by Kinga Cichewicz on Unsplash)

睡眠不好嗎? 帶著另一半的衣服入睡吧! 謝育哲

女朋友表示不准我一直霸佔她的衣服睡覺,本刊熊編。

《科學月刊》本期的主題為紡織衣物,對大部分的人而言, 穿衣不外乎保暖、蔽體與時尚等用途。但你知道衣服其實 也有幫助睡眠的功效嗎?前提是這件伴你入睡的衣服必須 是伴侶穿過的。 對筆者而言,睡眠品質不佳,甚至是失眠早已司空見慣、 習以為常,偶爾睡眠狀況良好甚至還會感到有點不習慣。 而為了對抗頑強的失眠症狀,筆者可說是無所不用其極, 不論是吃藥還是坊間的各種偏方都有嘗試過,雖然最後發 現好像還是吃藥比較有效,但為了身體健康,還是盡量避 免服藥造成依賴性。而一篇來自加拿大英屬哥倫比亞大學 (University of British Columbia)的研究,似乎又讓這場 失眠的長期抗戰露出曙光。

猶如神奇小被被的伴侶衣物 相信許多人在年幼時期或多或少有抱著小被被或玩偶入睡 的經驗。那種擁抱的安全感及棉被上熟悉的味道總是能讓 人安心進入夢鄉。不過,長大後還擁有小被被的人似乎不 多了。好在英屬哥倫比亞大學的研究人員發現,如果在睡 覺期間聞著伴侶的衣物,能有效改善睡眠品質。 研究團隊找來 155 名受試者進行為期兩天的實驗。實驗過 程中,受試者會得到兩件相同的 T 恤作為枕頭套,一件是 由受試者的伴侶所穿過,另一件則是由陌生人穿過(筆者 懷疑這根本是整人吧……)或全新的衣服。 而為了完整保留且不影響穿衣者的體味,受試者的伴侶需

24 小時穿著此 T 恤,並且被要求避免吸菸、使用除臭劑、

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科學月刊 2020.6

香水、運動及食用會影響體味的食物等,最後再將這件 T 恤冷凍保存味道。 實驗階段中,兩天內受試者會分別獲取兩件衣服,但不會 被告知哪一件是誰穿過的。在睡醒的隔天早上,研究團隊 會對受試者進行調查,除了由他們自行評估前一晚的睡眠 情況外,團隊也會依據受試者所配戴用於追蹤睡眠狀況的 手錶記錄的數據進行比對。


科學

出走

還不快去借另一半的衣服來睡 實驗後受試者們紛紛表示,自己在聞到伴侶的氣味後會更好 入睡,而根據追蹤器所收集到的資料也如出一轍。簡而言 之,不論是有意識或無意識的狀況下,受試者在與伴侶的衣 服一同入睡後確實會提升睡眠品質。根據偵測的數據顯示, 受試者的睡眠效率(sleep efficiency)平均提高 2%以上,改 善的程度與褪黑激素(melatonin)對睡眠的影響十分接近。 此研究結果並不令人感到意外,畢竟長期與伴侶相處確實 能對生理帶來正向的幫助,諸如獲得內心的安全感,情緒 也會感到較為穩定及放鬆,進而改善睡眠,此外另一半的 氣味也能帶來鎮定效果。研究人員霍夫(Marlise K. Hofer) 表示,該方法未來可做為改善睡眠的方法之一,後續團隊 也將繼續利用此方式,研究父母的氣味是否會影響嬰兒的 睡眠狀況。 說到這裡,平常有面臨睡眠品質不佳的朋友們,睡前還不 趕快向自己的男(女)朋友拿一件衣服。假設打算一個人 出遠門但又害怕睡眠狀況不好,那也不妨帶上另一半的衣 物一同出門吧。至於單身又睡不好的朋友們,趕快去找個 伴吧!

(Photo by Toa Heftiba on Unsplash)

延伸閱讀

Marlise K. Hofer and Marlise K. Hofer, The Scent of a Good Night’ s Sleep: Olfactory Cues of a Romantic Partner Improve Sleep Efficiency, Psychological Science, 2020.

SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 6 (Photo by Shanna Camilleri on Unsplash)

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NEWS FOCUS

如何健康飲用咖啡?加一張濾紙就可以 咖啡是全球最熱門的飲料之一,許多 人每天都必須來上一杯。義式濃縮、 即溶咖啡、過濾手沖及冰滴萃取等, 不同的沖煮方式會帶來不同的口感及 風味,這也是吸引咖啡愛好者的主要 原因。但是,如何在五花八門的沖煮 方式中,健康的喝咖啡呢?

男性和女性,調查人們喝咖啡的消費 習慣和種類。此外,同時收集會影響 咖啡攝取量和心臟疾病的因素,例如 吸煙、教育、運動、身高、體重、血 壓和膽固醇等資訊。

過 去, 歐 洲 心 臟 病 學 會(European society of cardiology)的研究指出, 咖啡會使體內總膽固醇和低密度脂蛋 白(low-density lipoprotein, LDL)增 加,但若進行過濾則可以降低咖啡中 的脂濃度。研究指出,一杯未過濾過 的咖啡,其含脂濃度是過濾後的咖啡 的 30 倍,長期下來會造成心臟負擔。

經過近 20 年的統計,期間共 46341 人 死亡,12621 人死於心血管相關疾病, 其中 6202 人死於心臟病。研究發現, 與不喝咖啡的人相比,攝取過濾後咖 啡的死亡風險可降低約 15%;對於患 有心血管疾病的人飲用過濾咖啡,男 性死亡風險可降低約 12%、女性死亡 風險降低約 20%。總體統計下來,死 亡率最低的族群為每日飲用約 1~4 杯 過濾咖啡 。

為了進一步確認此項理論,研究團隊 於 1985~2003 年之間,針對 508747 名年齡介於 20~79 歲之間的挪威健康

所以,喝咖啡並非危險的嗜好,只是 建議飲用過濾咖啡,不僅喝得健康, 同時也可降低心血管疾病風險與死亡。

賀爾蒙分泌可以 遠端遙控?

(Photo by Tyler Nix on Unsplash)

Aage Tverdal et al., Coffee consumption and mortality from cardiovascular diseases and total mortality: Does the brewing method matter? European Journal of Preventive Cardiology, 2020.

談到體內賀爾蒙,大家常提到的主要是下視丘、腦下垂體和腎上腺等 腺體,且已知與調控壓力有很大相關性。尤其是腎上腺所分泌的激 素,包括皮質醇(cortisol)、腎上腺素(epinephrine)對於影響情感、 壓力、抑鬱及憂慮扮演重大角色。 麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)研究團隊設計 一種帶有特殊磁性的奈米粒子用於刺激熱敏感通道 TRPV1,進而調控 腎上腺素的釋放。它的厚度約為頭髮的 1/5000,可停留在器官時間 長達至少六個月,透過動物試驗將奈米粒子注射到大鼠的腎上腺體。 當粒子處於較弱磁場、大約 50 毫特斯拉(millitesla)時,會稍微加熱 6℃,進而誘發通道的開啟,促使腎上腺分泌激素釋放。 研究團隊計畫利用奈米粒子的特性來治療更多疾病,如創傷後壓力症 候群(post-traumatic stress disorder, PTSD)或其他相關疾病,希望可 減少以通電的方式刺激腺體分泌。另外,由於在疼痛受體上存在許多 熱敏感通道,因此也希望透過奈米粒子能有效地控制疼痛反應,未來 成為慢性疼痛的替代藥物,提供醫師及患者更多用藥的選擇。

(Photo by Glenn Carstens-Peters on Unsplash)

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科學月刊 2020.6

Dekel Rosenfeld et al., Transgene-free remote magnetothermal regulation of adrenal hormones, Science Advances, Vol. 6 (15): eaaz3734, 2020.


NEWS FOCUS

發現距離地球最近的黑洞 在廣袤的銀河系中,天文學家估計存在約 有 1~10 億顆的黑洞,但由於大部分的黑洞 無法被直接觀測,因此要找到黑洞存在的 證據十分困難。近期,來自歐洲南方天文台 (European Southern Observatory, ESO)的 團隊發現一顆距離地球僅約 1000 光年,位 於 HR 6819 系統中的黑洞。 過去天文學家認為 HR 6819 是一個雙星系 統,但後續的觀測發現此兩恆星的軌道十分 特殊,其中一顆以 40 天的週期環繞一顆看 不見的星體,另一顆恆星的軌道則在遠處 獨自運行。經過研究分析,天文學家發現 HR 6819 其實是一個三合星系統(triple star system),其中的第三顆星體是一顆質量為 太陽 4.2 倍的黑洞,同時也是目前已知距離 地球最近的黑洞。

(Photo by Bryan Goff on Unsplash)

鳥類的大腦進化史

Th. Rivinius et al., A naked-eye triple system with a nonaccreting black hole in the inner binary, Astronomy & Astrophysics, 2020.

Daniel T. Ksepka et al., Tempo and Pattern of Avian Brain Size Evolution, Current Biology, 2020.

大家是否思考過,從白堊紀末期鳥類始祖開始出現到現今,牠們的身體構造是否有所變化呢? 演化生物學家與古生物學家團隊收集了恐龍、滅絕鳥類(如始祖鳥、大海雀)及現代鳥類等大腦資料庫,重建 禽類的大腦演化過程並發表在《當代生物學》(Current Biology)期刊。 研究團隊指出,在白堊紀大滅絕前,鳥類及非禽類的恐龍比較下,大腦體積無差異性;大滅絕後,某些鳥 類在經歷爆炸輻射後,重新佔據滅絕群體所騰出的生態空間,造成鳥類體型與大腦的體積比發生巨大改變。 為了深入了解鳥類的大腦如何演化,37 名科學家研究團隊利用電腦斷層掃描(computed tomography, CT)掃描技術,分析數百隻鳥類及恐龍的頭骨空間,進而模擬原始大腦的模型,並將此資訊與現代鳥類一 同比較,發現恐龍的大腦與原始鳥類之間並沒有沒有明顯差異。 不過,現代某些鳥類的大腦體積與體型比則有所進化,演化出保留原始祖先 般的巨大腦部但身材體型較小,如鸚鵡及烏鴉。這兩族群鳥類擁 有高比例的大腦體積,同時具備龐大的認知能力,包括使用 工具、語言學習及人臉辨識等技能。 根據此研究結論,下回若想稱讚一個人很聰明,可以考慮 說你 ∕ 妳有如鳥一般的大腦。

(Photo by Andrew Ebrahim on Unsplash)

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專欄文章

你誰

環境會影響型態產生差異? 從春秋南橘北枳談性狀遺傳 Take Home Message 在生物學中,性狀(trait),又稱特徵、特性或形質,是指

生物形態、結構和生理等特徵的總稱,會藉由基因代代相傳。 而外觀上顯現出的高矮胖瘦,則是由不同基因型組合中,所 表現出的型態。不過,隨著越來越多的研究,科學家發現遺 傳不只是基因影響外顯,還有環境或機運等其它因素。

(Photo by Nellia Kurme on Unsplash)

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許惇偉 高雄師範大學生物 科技系副教授。


生生不息

2000 多年前,戰國後期所編著的史書《呂氏春秋》中記

以現今的科學觀點來看,上述典故傳遞了兩個訊息:一

載:「夫種麥而得麥,種稷而得稷,人不怪也。」說明

是物種會因為遺傳而有代代相似的性狀,麥子跟高粱性

不論是麥或當時俗稱為稷的高粱,每世代長成的外表都

狀的差異,顯而易分辨;但另一個訊息是,即使遺傳相

相似,被認為是正常也不過的事。這敘述表示當時的人

同的物種,卻可能會因為後天環境而影響性狀,讓原本

已經觀察生物代代間性狀的相似性,有因果關係,這也

應該是甜的橘子,嚐起來卻是苦的枳實。難道不同物種

是今日生物學的遺傳觀念。

性狀與遺傳的關聯性,會因為其它影響而改變?

但比《呂氏春秋》稍早數百年成書、記載當時齊國名相晏

性狀與遺傳學

嬰故事的《晏子春秋》,卻有另一段人們耳熟能詳——「南

性狀,是生物學家用來描述生物在形態、結構或生理特

橘北枳」的成語典故。該書記載晏子當時以「橘生淮南

徵等差別的名詞,舉例來說,豌豆的高矮、豆莢顏色或

則為橘,生於淮北則為枳,葉徒相似,其實味不同。所

種皮型態等,就是豌豆的不同性狀。遺傳學之父孟德爾

以然者何?水土異也。」說明橘子在南方長得甜美,到

(Gregor Mendel)在豌豆雜交實驗中發現,親代與子

北方卻因為水土環境不好而成為不可口的枳,以此比喻

代各種性狀間的關聯性,有簡單的數學規則可循。之後,

巧妙回答對方指控齊國人易淪為盜賊,是他國環境影響

科學家統整更多研究後指出,生物諸多性狀的表現,是

使然,而非齊國人的天性。

由親代傳遞至子代的某種因子所主導,這種子代可由親 代承繼下來的因子,稱為遺傳因子。而遺傳因子的特性, 會影響性狀的表現。

基因、基因型與表現型

20 世紀初,丹麥遺傳學家約翰森(Wilhelm Johannsen) 整 理 了 當 時 重 要 的 遺 傳 學 觀 念, 並 且 提 出 了 表 現 型 (phenotype)、 基 因 型(genotype)與 基 因(gene) 的想法。約翰森將所謂的遺傳因子定義為基因,不同種 類的基因,各自主導不同性狀的表現,而生物性狀的種 類五花八門,亦各由不同的基因所主導。因此,一個生 物所有性狀特徵的集合,稱為該生物的表現型,而這些 關係到各種性狀表現的基因統合一起,便稱為該生物的 基因型。

舉例而言,具有高莖、黃豆莢和種子皺皮性狀的豌豆,稱 為該種豌豆的表現型;而豌豆的高莖基因、黃豆莢基因、 種子皺皮基因,就是豌豆的基因型。而表現型不只是可見 的外表,舉凡生物的行為、免疫和耐逆境等在特殊的條件 (Shutterstock)

下才能觀察到的性狀差異,都是表現型的性狀之一。

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專欄文章

防刮、防窺、防指紋─ 成為手機螢幕救星的保護貼 Take Home Message 在現今人手一機的時代,貼上保護貼可說是大多數人拿到新 手機後所做的第一件事。它不僅可以避免手機螢幕被刮傷或 因為掉落、撞擊而破損,更幫忙省下受損後可能動輒上千元

的維修費。保護貼製作工法從最初的抗刮、抗磨到防指紋、 防偷窺技術,更多新材料的加入也賦予保護貼更多的功能。

圖一:智慧型手機與螢幕保護貼。(Shutterstock) 黃志嘉 成功大學光電科學與工程學系 教授。

現代人的生活隨著科技的日新月異,舉凡上網、聯絡、影音娛樂及其 他輔助功能,都能藉由平板、手機及電腦達到目的,可以說人們的生

陳博鈞 成功大學光電科學與工程學系。

活離不開 3C 產品的幫助。隨著平板、電腦、手機的普及化,帶動了 螢幕保護貼產業的發展。那麼,你∕妳是否好奇貼在平板上的貼膜, 有什麼種類?為什麼貼上去就能緊密黏住而不掉落?為何薄薄的一張 膜可以防刮、防磨,甚至防窺?

施政宗 成功大學光電科學與工程學系。

手機保護貼膜歷史 隨著科技的演進,3C 產品和生活息息相關,尤其智慧型手機已經與 生活密不可分,人們也越來越注重手機的耐用性。最先出現在市場上

陳雅君

的保護貼材質是聚丙烯(polypropylene, PP),即是常見的塑膠材

成功大學光電科學與工程學系。

質。它的特點是質地輕,但對於手機幾乎沒有保護性、黏著性極差且 透光度低,只能阻擋灰塵,因此現今已經被市場淘汰。

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潛移默化

讓我來保護你! 知最好的一種。ARM 是一種合成材質,一般分三層,矽 膠為吸附層、PET 為中間層,而外層的特殊處理層又分成 兩種:抗眩光(anti glare, AG)或硬化(hard coating,

HC)處理層。抗眩光為霧面處理,磨砂型保護膜就是採 用了此種處理方式,將光線平均分配在保護貼表面,能有 效抗指紋及刮磨。硬化為採表面硬化處理,特點是不反 光、透光度高(95%以上),不會影響螢幕的顯示效果。 而表面經過特殊處理的 ARM 材質,本身質地較柔軟, 抗摩擦與抗刮能力較傳統 PET 保護膜強,且長時間使用 不易出現刮痕。吸附層使用矽膠吸附在手機螢幕上,除 了減少氣泡產生,撕下後也不容易留下殘膠,且因矽膠 本身不具腐蝕性,對手機螢幕幾乎沒有影響,但售價較

PET 材質高。 後來,又出現玻璃材質,比起一般塑膠材質而言,除了 防刮能力優異甚至還有抗指紋及油汙的效果,對玻璃表 面的處理工藝不同進而展現不同的強度及韌性,更能在 一定程度下發揮緩衝作用,防止螢幕碎裂。

接著,人們利用聚氯乙烯(polyvinyl chloride, PVC)

手機貼膜的種類與材質

來製作,且為了方便黏貼加入軟化劑,生產出來的保護貼

目前市面上的手機保護膜大致上分為兩大類:PET 塑膠

非常柔軟,但軟化劑會因為溫度升高而造成泛黃及出油的

保護膜及鋼化玻璃膜。兩大類基材對於表面處理工藝也

現象,撕下後會留下難以處理的殘膠。此外,PVC 質地

大有不同。

雖然輕盈,但抗刮能力不佳,導致使用壽命不長,加上

PVC 具有毒性、不易被大自然分解,也逐漸被淘汰。

市面上 PET 保護膜普遍為透明無色,但其實表面都經過 硬化處理,製程中在基材表面塗上一層表面強化液以吸

於是,廠商嘗試利用聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene

附 PET、PC 或 壓 克 力(poly(methyl methacrylate))

terephthalate, PET)作為手機膜原料,PET 即是寶特瓶

等基板材質。這些強化液根據結合的性質可分為物理性

的原料之一,在特性上更耐衝擊、耐磨及具有較高的硬

塗層及化學性塗層,物理性塗層主要利用分子凡得瓦力

度,還能選擇使用膠水或矽膠靜電吸附等黏附方式,是

(Van der Waals force)使塗層和基材結合;化學性塗

目前最廣泛使用的保護貼材質。

層則是利用塗層分子和基材表面分子的側鏈官能基產生 化學交聯,具有更強的結合力。再根據不同表面強化液種

之後,人們又開發出 ARM 材質保護貼,是目前市面上已

類,使用紫外光臭氧處理(UV-Ozone treatmeant)、

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顯 影

南湖山椒魚

南湖山椒魚與南湖大山。

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Hynobius glacialis


顯 影

山椒魚正面可以看出凸出的大眼,可能意味著擁有 不錯的視覺。

看我炯炯有神的雙眼✦

圖.文/游崇瑋

1982 年,臺灣師範大學教授呂光洋從美國取 得博士學位返臺任教職約 5 年。該年 7 月 20 日,他在南湖大山尋獲一條山椒魚,這條山 椒魚就是日後於 2008 年和助教賴俊祥共同 描述發表的南湖山椒魚。 南湖山椒魚的分布主要在南湖大山及中央尖 山 一 帶, 海 拔 約 2700~3400 公 尺 處, 是 唯 一一種如果不長途重裝登山就幾乎沒有機會 見到的臺灣山椒魚。也因為難度遠高於其他 四種山椒魚,所以一直以來都是野外觀察愛 好者在蒐集臺灣山椒魚中,最後一塊也最難 尋覓的拼圖。

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精選 文章

Take Home Message

科學回甘─

茶是東方人再熟悉不過的飲品,不論公事繁忙或閒暇之 餘都可來上一杯。而茶商品的分類,依製程可分為不 發酵、部分發酵及全發酵三種;按照茶葉製成品及茶

品嘗茶的科學

湯顏色,則可有綠茶、白茶、紅茶、青茶、黃茶及黑 茶六類。這些茶品中的重要成分,如茶多酚、茶色素、 茶蛋白與胺基酸、茶多醣、生物鹼及維生素等,對人 體有不同的影響。

林忠成

研究領域為固態相變化、

高壓礦物學與玻璃科學,因對佛教 禪宗的喫茶及日本茶道感到興趣而 意外遇見茶的科學。

華人普遍飲茶的風氣乃在隋唐形成,千餘年來茶已成為 好友聚會或待客常備品,清代鄭板橋的《題畫》:「不風

不雨正清和,翠竹亭亭好節柯;最愛晚涼佳客至,一壺 新茗泡松蘿。」正說明此事。除了提神醒腦外,飲茶有 何好處?古代文獻雖有些論述,如南宋時的日僧明庵榮 西的《喫茶養生記》大力推廣飲茶,但現代科學又是如 何看待茶呢?

茶樹與茶的類型 茶 樹 為 雙 子 葉 植 物 綱(Dicotyledoneae)、 杜 鵑 花 目 (Ericales)、山茶科(Theaceae)的植物。一般所說的 茶葉為山茶屬中茶樹(Camellia sinensis (L.) O. Ktze) 的芽葉,依形態可分為喬木及灌木兩主要類型。喬木型

圖一:灌木型茶樹,圖中植株高約 1.2 公尺,灌木型茶樹高度隨地而 異,一般為 1~2 公尺高,本圖中的茶樹高度在 111~1.3 公尺左右。 但刻意保留不修剪的老茶樹,譬如大北坑茶園的茶王,其實也可高達

3 公尺;右下為茶樹的葉子,長度通常小於 10 公分。(作者提供)

茶樹植株高大,可達 15~30 公尺,原產於中國長江以南 的四川至雲南地區,目前最著名的是印度東北阿薩姆邦

茶三大類,若從加工後的茶葉及茶湯顏色區分,則有六類:

(Assam)的茶樹(Camellia sinensis var. assamica);

綠茶、白茶、紅茶、青茶、黃茶及黑茶。各類茶的製作法

灌木型茶樹則屬於改良品種,種類很多,分布於亞熱帶地

不同,右圖為此六類茶葉的概略製程,細節則各茶廠稍

區,植株一般高約 1~2 公尺,葉片長度通常短於 10 公分

有不同。發酵即為製茶業所稱的「渥堆」,此為在濕熱的

(圖一),為今日多數飲用茶的茶葉來源。

環境下,揉捻後茶葉產生非酵素性氧化(non-enzymatic

oxidation,〔註一〕),其餘各步驟的內容可在行政院農 飲用茶的類型依製程可略分為不發酵、部分發酵及全發酵

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業委員會茶業改良廠的網頁查得。綠茶及黃茶為不發酵


精選 文章

飲用茶葉的類型及其製程主要步驟

茶,但因製程差異,綠茶可有輕微的發酵,黃茶則因殺菁

白茶看似是無發酵的茶,但事實上卻有相當程度的發酵,

後進行悶黃步驟而有輕度的發酵。紅茶為全發酵茶,而青

因此屬於部分發酵茶。此六類茶中,黃茶及白茶在臺灣市

茶則為部分發酵茶,至於黑茶則為後發酵茶。從上圖看,

場較少見。

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精選 文章

古今中外日食觀測事件與 2020 嘉義市日環食活動 Take Home Message 從古至今,東西方皆有許多日食的觀測記錄。過去 的人們認為日食是一種不祥的徵兆,但隨著天文學 的發展,人們逐漸明白日食其實是一種天體運行的 正常天文現象。而今(2020)年 6 月 21 日,臺灣嘉 義即將上演一場日環食的世紀天文秀,除了難得的 日食之外,當天也適逢夏至,千載難逢的機會,有

2017 年 8 月 21 日美國日全食日冕景象。(作者提供)

興趣的讀者千萬別錯過。

今年是個特別的一年,才剛進入鼠年,就發生 2019 新型 冠狀病毒疾病(COVID-19)全球疫情大爆發,難道與夏 至日環食有關係嗎?人,對於未知的領域總是充滿好奇與 恐懼,早期由於科學知識缺乏,面對太陽突然瞬間消失, 認為是「天狗食日」的不祥災難徵兆。反觀現在大家對日 莊明娟(月亮姐姐)

嘉義市天文協會理事

長,嘉義大學天文社指導老師,座右銘「宇宙 有道理,好奇故我在,Let's draw sky」。

食奇景趨之若鶩,瘋狂追逐,只能說日食的古今身價真是 大不相同。

日食怎麼發生的? 潘子和

嘉義縣水上國中理化老師退休,嘉義

市天文協會科學志工隊教學輔導員及嘉義縣北 回歸線太陽舘導覽志工。

當月球運行到太陽與地球之間,三者成一直線,月球擋住 太陽後,投影在地表時,在影子當中即可看到日食現象。 因月球繞地球軌道是橢圓形,時近時遠,當近地點的月球 可完全遮住太陽時,在本影區可見「日全食」,反之則形

吳建頤(可樂老師)

嘉義市博愛國小老師,

嘉義市天文協會副總幹事,除了天文教學與推 廣外,更喜歡走到哪裡,拍到哪裡。

成「日環食」,兩者在半影區則可見「日偏食」。根據統 計,地球上每年至少發生 2 次日食,最多則可達 5 次,但 發生在同一地點約需 300 年才能遇見一次日食。

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精選 文章

上有抱氣。」

明末西方天文學知識開始傳入中國,關於日食的記錄則更 顯出科學價值。例如嘉靖時江西《東鄉縣志》:「正德九 年八月辛卯朔,午時忽日食既,星見晦暝,咫尺不辨,雞 犬驚宿,人民駭懼,歷一時復明。」 從春秋到清末,中國共記載達 1600 多條日食記錄,在現 代天文學研究中仍有很大的利用價值。

古代西方人看日食 在西方則有著名的泰勒斯日食(Eclipse of Thales)。 於 西 元 前 585 年 5 月 28 日, 古 希 臘 歷 史 學 家 希 羅 多 德 (Herodotus)的《歷史》(Histories)提到,古希臘學 者泰利斯(Thales of Miletus)預測小亞細亞(今土耳其) 一帶將會發生日全食,藉此警告並消弭了利底亞(Lydia) 和米底亞(Medes)兩國為期 5 年之久的爭戰。泰利斯 可能是利用巴比倫的日食預報方式,以 18 年的沙羅週期 (Saros)推算出來的。他以科學來解釋自然現象,而被

中國古代的日食記錄

尊為「科學與哲學之父」。

對於日食,古今中外都留下了許多有趣及科學性的記錄。 仲康日食記錄了西元前 2137 年夏朝的日食事件,《尚書.

時間來到 18 世紀,英國天文學家哈雷(Edmond Halley)

胤征》中寫道:「乃季秋月朔,辰弗集於房,瞽奏鼓,

首度提出預報地圖,指出 1715 年 5 月 3 日的日全食時間

嗇夫馳,遮人走…。」其中的「月朔」與「辰」就有日

長達 3 分 33 秒。當天哈雷在倫敦進行觀測,結果預報的

月合朔的意義。但中國文獻保存世界上最早確定的日食

日食發生時間精確度在 4 分鐘以內,預報距離約有 20 哩

記錄是河南安陽出土的牛骨,上頭刻有甲骨文:「癸酉貞:

誤差,修正後提高了 1724 年日全食的預報精確度。

日夕有食,佳若?癸酉貞:日夕有食,非若?」經鑑定 為商(約西元前 16~11 世紀)晚期。

同時期,法國國王路易十五(Louis XV)的御前天文學家 勒波特(Nicole-Reine Lepaute)夫人在 1762 年發表論

而長期連續性、系統性的日食記錄,則以《春秋》最具

文,成功預測兩年後 1764 年 4 月 1 日在巴黎可以看見的

代表性,記錄由西元前 770 年到西元前 476 年中的 37

一次日食,堪稱「超強人肉計算機」。

次日食,其中的 33 次經後人核對考據有其真實性。而記 載日環食的唯一記錄是在《元史 ‧ 天文志》裡,內容寫

驗證廣義相對論的重力透鏡效應

得非常生動:「至元二十九年正月甲午朔,日有食之。

1915 年愛因斯坦(Albert Einstein)發表廣義相對論,

有物漸侵入日中,不能既,日體如金環然,左右有珥,

他認為太陽的重力能彎曲時空並造成光線偏折,即重力透

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