2020 年 12 月出版
科儀新知 第 225 期
【人物專訪】國立清華大學彭宗平講座教授：「學習如何學習」是面對真實世界挑戰的基本能力 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
林麗娥, 柯志忠
彭校長期勉年輕學子，學科內容資訊的記憶往往消逝得很快，興趣、價值觀或是認知能力，會保留得較長久，因此學習帶得走的技能：「學習如何學習」，是面對真實世界挑戰的基本能力。
三維影像前瞻儀器設備
動態三維影像技術於斑馬魚心臟收縮功能定量及鈣離子成像 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
廖奕翰, 莊育丞
開發定量模式生物心臟收縮功能及鈣離子成像的技術對各種心臟相關研究，例如：生理學、致病機轉、藥物毒性、發育生物學及再生醫學等，都扮演重要的角色。斑馬魚的胚胎發育快、基因及心臟電生理與人類相近，因此常用於心臟相關研究。斑馬魚幼魚的身體小且透明度高，可直接以光學顯微鏡觀察心臟。但由於其心臟快速跳動，因此獲得精確的心臟收縮功能及鈣離子成像仍是一大挑戰。在此文，我們將介紹如何結合影像處理以及光學成像技術，重建活體斑馬魚心臟腔室的動態三維成像以及動態三維的心臟鈣離子影像。此技術可在同一隻班馬魚同時獲得心室收縮功能參數、跳動心臟中心肌細胞鈣離子瞬態、心臟電生理訊號傳導等重要生理訊息，預期有機會開啟心臟相關全新研究方向及生醫應用。
應用在腦科學的高速體積光學顯微技術 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
朱士維
理解腦的運作是本世紀人類科學重要的疆界之一，其中最關鍵的困難點在於無法觀察到腦中的「軟體」，也就是腦中所有的神經元連結所造成的突現性質 (emergent property) 或資訊流。我們提出的做法是發展光學影像技術，擷取活體全腦中每個神經乃至突觸之間的信號流動，以反推軟體運作。在這篇文章中，我介紹三項我們最近發展的相關技術突破，包括成功實現在果蠅腦中的高速體積雙光子影像系統，可以用毫秒級時間解析度觀察神經之間的動態連結。進一步結合精準光學刺激與光遺傳技術，實現高速體積全光學生理操控與觀察；還有結合共軛焦技術、組織澄清、以及局域化定位超解析技術在全果蠅腦中可達 20 奈米超高空間解析度等。這些創新技術不僅讓我們有機會觀察完整活體小動物腦的反應，未來也有機會應用在其他不同的生物醫學研究領域上。
層光螢光顯微鏡近期發展及其在生物上的應用 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
曹杰, 陳壁彰
層光螢光顯微鏡可提供高三維空間分辨率、高訊噪比、快速成像採集速率以及較低的光毒性和光損傷效應，這些特性使其在生物醫學領域中至關重要，並涵蓋了廣泛的應用範圍，從單個細胞的動態學到大型生物體內發育動態的高解析度成像。在這篇簡述中，我們提供了層光螢光顯微鏡的歷史發展及其變體和改進的討論，以及層光螢光顯微鏡的最新技術進展及其在細胞、單分子偵測和大型組織的應用。
層光顯微鏡應用於模式動物研究 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
朱麗安, 張煒堃
層光顯微鏡具有低光毒性與高速成像的兩大優點，加上最近在更薄光切片的新設計致使解析度大為提升，以及影像處理電腦效能提升的兩大前提之下，已經漸漸成為用來觀察生物影像的光學顯微鏡系統中的主力之一。因為這些優勢，在不管是基因轉殖後的動物活體影像觀察，或是組織澄清後的結構性影像，層光顯微鏡特別適合長時間觀察樣品中三維的細胞移動，或高速變化的訊號，或是用來拍攝澄清化後的超大樣品如整隻老鼠，或整個人腦。這些新的發現也是生命科學研究目前最重要的基石之一。
應用 PZT 結合快速影像處理於微米等級 3D 形貌的顯微量測 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
吳柏勳, 王彥中, 翁精鋒, 呂國豪, 翁俊仁, 鄭璧瑩
在非接觸式光學量測技術中，測量範圍會受到景深大小的限制。本研究藉由整合 PZT 平台與多重高度影像融合技術，可以精確的描繪出階梯樣本的高度形貌。研究架構由 PZT、 顯微鏡和 CCD 相機所組成。當 PZT 移動固定距離時，CCD 相機會即時擷取一張圖像。在擷取多張樣本時，使用多重高度影像融合技術來重建三維形貌影像。並藉由影像濾波演算法去除多餘的影像雜訊。此外為了提高影像擷取的效率，使用 Binning 技術使相機降低取像所需時間，以加快整體實驗速度。
PET 塑料化學回收再循環技術 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
芮嘉瑋
聚對苯二甲酸乙二醇酯 (Polyethylene terephthalate, PET) 為著名的一次性塑料之一，其廢棄物已在環境中堆積造成全球性汙染問題。運用循環經濟的概念，以可被回收且再利用的方式開發可持續性的 PET 塑料，係涉及一種化學再循環方法。本文除了介紹 PET 主要的三種化學回收傳統技術 (水解法、醇解法及胺解法) 外，為了掌握最新 PET 化學回收的產業技術現況與發展，亦就近期數家廠商開發出具競爭力的 PET 新型化學回收技術，分享其化學解聚製程的技術特徵及應用潛力。
【科普大觀園】眼前的黑不是黑 高光譜儀助辨物徵 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
林麗娥, 李龍正
在外來物種「小葉蔓澤蘭」、「銀膠菊」、「銀合歡」快速繁殖下，對台灣的生態與經濟帶來重大的危害，但是你知道在浩瀚樹海中，該如何找到這些外來樹種嗎？在飲品廣告中提到可以用電腦選土豆，但是電腦是如何進行品質分級、挑揀品質優良土豆的呢？另外很多人可能會好奇，收到鑽戒後該如何辨別這到底是真的，還是人工贗品咧？還有醫療應用上，我們該如何辨別癌細胞的擴散程度呢？這些應用，其實「高光譜儀」都可以辦到噢！
「國研盃 i-ONE 國際儀器科技創新獎」得獎作品介紹 2020 年專上組首獎：工具機智能化線上水平精度量測系統 [ HTML 全文 ] [ 下載 PDF ]
曹家鑫, 簡瑞克, 林祐瑜, 張茗袺, 廖子豪, 陳紹賢
近代高精度工具機在結構精度上不斷提升，而工具機在水平度校正完成後常常因為外部震動導致水平產生變化，且過大的外部載重也會有水平誤差產生，水平誤差產生雖不會立即影響機台精度，但卻會逐步影響工具機之幾何誤差。工具機水平是機台精度的基礎，如果水平產生誤差就會影響機台幾何精度，嚴重水平誤差則會導致機台壽命降低，以往機台在使用時常常會忽略水平所造成的影響，而水平誤差的產生原因可分為以下幾種：
(a) 外部震動源：如地震或其他外力都會影響工具機的水平誤差。
(b) 外力載重：當載重放置於工作台上移至不同位置時也會使工具機水平造成變化，放置重量與工件放置位置不同對水平的影響就不同，因此容易因重力造成機械本體擠壓變形。
(c) 結構潛變 (內應力)：工具機在長時間使用後會產生內應力，內應力便會使結構產生潛變，致使工具機之幾何關係產生變化。
為此本研究開發一解析度 0.0001° 電子式水平儀，將其安裝於工具機之工作台平面，長時間監測工具機之水平變化狀態，以無線傳輸訊號的方式搭配物聯網技術，供其他行動裝置隨時隨地了解水平精度的狀況，並透過人機介面可以量測與紀錄工具機之直線度、平面度、定位精度等其他相關幾何誤差狀態。
藉由此技術結合氣泡式水平儀的構想，應用在大型工具機之地腳調校，可藉由隨身 IPC 在各地腳旁進行水平調校，減少傳統調校時需來回觀察氣泡刻度與調校螺絲的時間，且以數位化顯示方式降低人為觀察的誤差。
