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仿生學(Bionics) 上

仿生學(Bionics) 上
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

地球上各種生物經過數百萬甚至數十億年的演化,不斷適應環境變化而存活下來,其生存的獨特本領各有所長,大自然常是人類靈感的來源。人類研究自然界不同生物的特殊本領,藉由大自然啟發創新思維。

1958 年美國空軍部航空局召開全球第一次仿生會議,由史提爾(J. E. Steele)少校首先提出仿生學(bionics)一詞,是由拉丁文 bios(生命的)和 nic(具有…的性質)組合而成。所謂仿生學(或稱biomimics、biomimetics、bioinspiration)或稱仿生系統學(biomimicry),是一種是以生物系統的結構與功能為工程設計模型的人工系統科學,集合生命科學、物理學、材料科學、資訊科學、腦神經與認知科學、工程學、數學、力學及系統學等領域之統整科學。

丹麥的無抗生素養豬典範

利用抗生素促進畜產養殖生長,由來已久,卻造成對抗生素具抗藥性菌株的出現,對人類抗菌醫療帶來威脅。丹麥的無抗生素豬隻養殖成功範例,值得參考。 根據估計,全球畜牧業的抗生素用量,幾乎為人類用量的兩倍。以美國為例,肉類與雞蛋的每公斤產出,就使用了三百毫克的抗生素。但是這些抗生素並非單純用於治療疾病或預防感染,在許多國家,使用抗生素是為了加速生長,然而,這卻是一個不能永續發展的模式。1940年代晚期起,許多牧農開始對畜養的家禽家畜施打抗生素,造成人們感染的病毒,普遍對這些抗生素產生抗藥性。 為了挽救此一危機,歐盟在2006年禁止以抗生素促進牲口增長。然而在美國,牧農仍普遍使用抗生素促進牲畜加速生長,儘管美國食品藥物管理局2012年4月發表相關聲明,但只建議牧農應該自動停止使用。 有些人認為,如果不用抗生素,農牧產業會全部垮掉,但是我在丹麥的經驗足以證明絕非如此。丹麥是世界第一的豬肉出口國,外銷量佔該國豬肉總產量的百分之九十,而且不只是禁止抗生素用於促進生長。丹麥建置一套功能強大的監視系統,追蹤並防治抗生素過量使用,全國抗生素用量因此下降。此外,丹麥明令禁止獸醫販售抗生素給牧農以牟利,但是在美國及其他大多數的歐洲國家,獸醫的此種牟利行為司空見慣。

丹參(Savia miltiorrhiza)與冠心病(coronary heart disease)的治療

丹參(Savia miltiorrhiza)與冠心病(coronary heart disease)的治療
台北市立成功高級中學生物科張春梅老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

丹參(Savia miltiorrhiza)一般稱為”丹蔘”,是唇形科鼠尾草屬的植物,其根可做為中藥。丹參另有多種別名,如赤參、山參、紫丹參、紅根、紅參,血參和血參根等。丹參最早記載於「神農本草經」中,該典將丹參列為沒有毒性的上品藥材。總結歷代本草藥典的記載,丹參的功能主要包括:祛瘀止痛,活血通經,清心除煩,擴張血管等。丹參一直是中醫的婦科良藥,又因為其具有祛瘀、活血的功效,所以也被看好具有應用於現代醫學治療心血管疾病的良好潛力。

咖哩及薑黃素

咖哩及薑黃素(Curry and Curcumin)
國立臺灣大學動物學研究所陳泊辰/國立臺灣大學動物所陳俊宏教授責任編輯

咖哩在臺灣是一種相當常見的菜餚,從高級餐廳到超市或便利商店幾乎都可以看到類似的食物。然而不只在臺灣,咖哩幾乎遍佈了整個亞洲國家,每個國家都發展出自己獨特的咖哩文化。這道源自於印度的料理除了是一道美食之外,同時也富含多種對人體有益的物質,其中很重要的一項就是薑黃素。

紫外線和防曬(UV)-下

紫外線和防曬(UV)-下
台灣大學動物所研究生陳泊辰/國立台灣大學動物所陳俊宏教授責任編輯

由於UV-B帶有較高的能量,因此會對生物產生嚴重的影響及破壞,像是人體皮膚的曬傷後紅腫脫皮的現象以及眼睛內結膜翼狀贅片、白內障等傷害,如果以細胞的角度來看的話,UV-B造成的傷害就更顯著了:

一、由雙層磷脂質構成的細胞膜和膜狀胞器在受到UV-B的照射後會產生脂質過氧化的現象,使得細胞內的氧化壓力增加,容易造成細胞的死亡。

二、負責細胞中重要骨架支撐、運動和物質搬運的肌動蛋白(Actin)會因為UV-B的照射,由長鏈狀的聚合結構分解為單體結構,影響細胞活動和胞內物質運輸。

紫外線和防曬(UV)-上

紫外線和防曬(UV)-上
灣大學動物所研究生陳泊辰/國立台灣大學動物所陳俊宏教授責任編輯

每到了炎炎夏日,市面上總是會出現各種琳瑯滿目的防曬用品,電視上也會出現很多隔離霜、防曬乳液的廣告,還有一些號稱具有隔離紫外線功能的眼鏡、雨傘、外套等,由此可見防曬這個行為在生活上的重要性,尤其是對愛美怕曬黑的女性而言,更是需要花費不少心思和金錢在皮膚的防曬保養方面,不過究竟防曬所要防的到底是什麼呢?如果不做好防曬會有什麼後果?是不是只要不曬到太陽,或者是防曬乳擦得厚一點就沒事了?其實防曬這個行為可能比你想像得還要重要。

大氣組成的檢測(Air)-下

大氣組成的檢測(Air)-下
桃園縣桃園國中自然與生活科技領域吳俊儀老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

空氣污染(大氣污染)是指一些危害人體健康及周邊環境的物質對大氣所造成的污染。這些物質可能是氣體,也可以是空氣中的懸浮物。我們日常呼吸的空氣,是由多種化學物質所組成,最普遍的元素是氮氣,其次則是氧氣。

每種氣體的成份不是固定的,會有輕微的轉變。這些空氣中的污染物如果數量少的話,對人體和環境的影響會比較輕微,但當這些污染物增加至危險的水平,我們就要想辦法把他們從空氣裡消除。

一般的空氣污染成因可以大致分為天然和人為兩種原因可以利用抽氣式霍氏紅外光光譜分析法(參閱環保署環檢所)檢測其成分:
(1)天然的空氣污染:火山活動、來自沙漠區或缺乏植被地區所颳起的風沙、來自動物排出的有毒氣體,如牛隻在消化完植物後所排放的甲烷。
(2)人為的空氣污染:通常由於燃燒燃料引致,如畜牧時所引起的沙塵或化學殘餘物,一般工業活動、使用內燃機的汽車、燃燒煤或炭起引起的污染、油漆或其他揮發性溶劑等。

大氣組成的檢測(Air)-上

大氣組成的檢測(Air)-上
桃園縣桃園國中自然與生活科技領域吳俊儀老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

大氣中99%的氣體分子是由氮( 78.08% )、氧( 20.95% )、氬( 0.934% )組成。這些氣體的化學性質十分穩定,幾乎一直保持固定的含量。對氣候變遷及生物影響最大的反而是一些微量氣體,比如二氧化碳、水汽、甲烷、臭氧、二氧化硫、氟氯碳化物(CFCs)等。

這些微量氣體,除了氟氯碳化物是人造的化學物質之外,自然界都有產生。在無人為因素影響之下,這些微量氣體的含量一直在變化,不斷與氣候系統交互作用,也會對氣候造成一定的影響。

如前所述,21%並不是絕對數據,在某個範圍內(稱為勻和層),大氣分子量不隨著當下的大氣分佈狀況改變而改變。在離地表90~100公里之內,大氣組成是相對穩定的,以氧氣為例子,在這個範圍內,氧氣的組成幾乎不太會有變動。

大氣在任意高度的平均分子量,為個別組成成分的分子個數乘以該成分的分子量,然後把所有組成成分的分子量相加,再除以總分子個數。也就是平均每個分子的分子重量。

電池變變變-葉綠素電池(Chlorophyll Battery)-下

電池變變變-葉綠素電池(Chlorophyll Battery)-下
國立竹北高級中學生物科張雅菱老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

請參閱電池變變變-葉綠素電池(Chlorophyll Battery)-上

然而大部分的太陽能電池使用的都是無機原料,在製造上仍不夠環保。

1991年由Michael Grätzel和Brain O’Regan開發出染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar c ell,DSSC),其概念是向大自然取經模擬樹葉進行光合作用,以葉綠素當作感光染料夾在兩極之中(陽極為二氧化鈦TiO2,陰極為白金Pt)。當照射陽光時,由葉綠素激發出自由電子進而轉成能源。DSSC不僅概念較為環保,在效能上也較一般太陽能電池來的高。

但最為大眾所矚目的不外乎是近兩年虎尾科技大學光電所教授廖重賓與其研究生所開發出來的葉綠素電池!當葉綠素吸光,使葉綠素離子化,遇水之後進行氧化還原反應產生電流。廖教授看中葉綠素的這種特性,將電池基本結構中的電解質以葉綠素取代,而陽極為脫鎂葉綠素(離子化的葉綠素)。

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