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2023-04-18
太陽能製程與回收太耗能，用「微波」即可改善？
作者DaisyChuang|發布日期2023年04月17日10:01|分類太陽能,環境科學,能源科技太陽能板將日照轉換成電力，過程不會產生二氧化碳，為能源轉型的重要齒輪，但也有缺點，其製造環境高溫高壓成本高，回收方法也有限，現在它們的製造成本很高，而且回收它們的方法也很有限。但是澳洲科學家透過「微波」，一次解決兩個問題。太陽能板由太陽能電池組成，通過光伏效應將來自太陽或人造光的光能直接轉化為電力，但製造太陽能板非常耗能。太陽能製成一定會提到矽，為了製造太陽能電池，要先經過名為「退火」的熱處理，進而改變矽的物理特性和性能，但退火需要熔爐中，環境溫度得高達900～1,100°C；現在產學界也還在尋找使用壽命結束後、回收再利用的最佳方法。現在麥覺理大學研究人員提出一個不錯的解決方案，這種改良版、省時的太陽能電池製造工藝，還讓我們更好回收太陽能板。研究人員發現，基本上不需要使用熔爐，只要用「微波輻射加熱」，就能達到類似效果。微波加熱因能源效率、加熱速度和均勻性以及經濟可行性已被用於橡膠、陶瓷和木材工業。微波輻射可選擇性加熱矽，加速退火過程且非常節能。此外，微波可以聚焦並用於選擇性地加熱太陽能電池板的各個部分，更有利於異質結技術在內的新型太陽能進行。再加上微波退火相當環保，研究主要作者BineshVeettil表示，產生較低的污染較少，整個過程都可以在室溫下進行。實際進行微波退火實驗後，研究人員也進一步發現額外優點，微波能軟化電池的防水和防污塑膠塗層，未來能用於剝離塗層加速回收。現在的太陽能板回收技術也非常耗能、不然就是先擱置等新技術，Veettil表示，現有的回收技術，是壓碎太陽能電池加熱到大約1,400°C，然後用化學藥品清洗它們以去除塑膠。因此新技術除了能改進太陽能製程，還能最佳化太陽能電池的後事，現在研究人員也打算進一步研究與測試該技術。Usingmicrowavesimprovesproduction,recyclabilityofsolarcellsNewtechnologyadvancessolar-cellproduction（首圖來源：pixabay）資料來源:https://technews.tw/2023/04/17/microwaves-improves-solar-production-recyclability/
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2023-04-13
不只射頻，還有微波！ 肝腫瘤消融新趨勢
肝腫瘤治療又增添一項利器，健保署自2020年12月1日將微波消融納入健保給付範圍，適用於3公分以上的肝腫瘤，加上原本健保已給付類似原理的射頻消融（俗稱電燒），消融的應用範圍更加廣泛。諮詢／徐士哲（臺大醫院內科部主治醫師、臺大癌醫中心醫院及臺大雲林分院兼任主治醫師、臺大醫學院內科兼任講師）撰稿／張雅雯所謂腫瘤消融就是利用影像系統導引，把一根根的探針置入腫瘤的內部或附近，透過探針作為媒介，從外部給予能量（例如熱能），以達到破壞腫瘤的目的。相較於手術切除，消融屬於微創介入治療，傷口小、出血少是它的優點。射頻、微波原理不同但均以熱能來消融腫瘤在肝癌治療上，過去最廣泛應用的是射頻消融（Radiofrequencyablation,RFA），即俗稱的電燒，它是利用電極針頭發出的無線電射頻電波，擾動組織內的離子而產生熱能破壞腫瘤組織。臨床資料顯示，3公分以內的肝癌以射頻消融治療，效果與手術切除相當。因此對於早期肝癌患者來說，射頻消融是根除性治療的選項之一。即使是中晚期肝癌患者，消融仍有其輔助性角色在，比如患者有兩顆一大一小的腫瘤，若不適合同時手術切除，可藉由手術切除大顆腫瘤，小顆的腫瘤以射頻消融治療。至於微波消融（Microwaveablation,MWA）也是以「熱」做為能量，但產熱原理與微波爐類似，是把一種高頻率電磁波導入腫瘤，讓組織中的水分子高速震動，透過分子摩擦產生熱能，造成腫瘤局部凝固性壞死。微波消融應用於肝腫瘤治療已有近20年的歷史，但舊式微波消融效果較差，實用性不如射頻消融。新一代的微波消融改良探針的設計及頻率，搭配水冷系統，可以在短時間內擴大消融範圍。新一代微波消融的消融範圍可預測性較高，也較不易受到鄰近大血管產生的熱沉效應（heatsinkeffect，大血管血流導致熱能逸散），因此在肝癌治療上也逐漸佔有一席之地。（醫師在超音波導引下替病人進行微波消融治療／圖片：徐士哲醫師提供）微波消融的優勢相對於射頻消融，微波消融有幾項優勢：1.治療時間較短若以同樣的消融範圍來比較，微波消融治療的功率更大，可以更快達到高溫，因此治療時間約只需射頻消融的三分之一。操作時間愈短，病患感受到疼痛不適的時間也縮短。2.治療範圍更大同樣用單支探針，微波消融在處理3公分以上的腫瘤也有很好的效果，因此健保將微波消融納入給付，適用3公分以上的肝腫瘤治療。3.治療效果較能預測射頻消融針對病灶燒灼時，未必都能產生近於球體的消融範圍，有時會像長條形，無法完整包覆整個病灶；新型微波消融範圍可預測性高，且消融範圍接近於理想球體。4.電流迴路不需搭配貼片微波消融雖然與射頻消融都是通電產熱，但射頻消融若使用單極探針（monopolar），需要在患者腿部接上貼片，讓發送出能量的主機以及探針產生一個迴路。若治療時間較長，貼片貼附處可能蓄積熱能造成局部皮膚燙傷。精準影像定位是消融成功的基礎當熱能超過60℃以上，就會造成腫瘤或正常組織壞死，因此不論使用射頻消融或微波消融，如何取其優點讓腫瘤被熱能破壞、又能減少正常組織受到熱傷害，除了當下透過影像檢查來監控，更重要的是探針放的位置，因此準確的定位非常關鍵。最常見也最便利的導引定位工具是超音波，其影像解析度高，也沒有輻射暴露之虞。對醫師來說操作時比較有彈性，可以邊看超音波影像，邊放入探針。但是若腫瘤長在比較深的位置或被腸子及肺部氣體遮住的地方，不易使用超音波觀察，則需搭配電腦斷層導引，為了精確標定腫瘤位置，做電腦斷層時必須施打顯影劑，或於消融術前先進行血管攝影做碘油栓塞（Lipiodolembolization），碘油會滯留在肝癌細胞內，即使不打顯影劑，也能透過電腦斷層看清腫瘤的位置以進行定位。相較於超音波導引，電腦斷層導引需耗用較多時間。中大型腫瘤也可用多針射頻或微波消融針對一顆中大型肝癌（中型指3∼5公分，大型指大於5公分），原則上優先考慮手術切除，但有些患者可能因肝功能異常、年邁或其他原因不適合開刀，經由消融治療仍有機會根除腫瘤。過去若只用一支探針做射頻消融，因為消融範圍大概就是3公分左右，需要多次從不同角度佈置探針來消融腫瘤，以擴大治療範圍。然而重疊消融比較耗時，且有時不易判斷消融範圍是否已經完整。後來發展出多探針的消融方法，也就是同時採用2支或更多探針插入腫瘤內，可從多點位置協同攻擊。這種方式比單針消融來得有效率，一方面避免單針反覆消融拉長治療時間造成病患疼痛，另一方面多針的方式經過電腦控制輪流供應射頻能源，可均勻且擴大消融範圍，減少藏在縫隙內的癌細胞，增加治療成功的機率。此外，要提升射頻消融的效能處理較大的腫瘤，除了採用多針，有些醫師的治療手法是將探針置放在腫瘤外圍，不接觸腫瘤，燒灼時可以涵蓋更大範圍。但相對來說病患正常的肝組織也損失較多，故必須考量患者的肝功能。微波消融因功率很強，透過單支探針可以產生接近多針射頻消融的治療範圍，因此健保就是比照多針射頻消融，增加微波消融這個選項，同樣可用於3公分以上的中大型肝腫瘤。其他消融方式1.冷凍消融藉由溫差讓腫瘤壞死肝癌消融的方式除了上述的熱消融，其實還有冷凍消融，又稱為氬氦刀冷凍消融（Cryotherapy），這是把粗細不同的超導探針，在影像系統的導引下，穿刺入腫瘤組織位置後，先釋放出氬氣，讓腫瘤組織間的溫度快速降到零下160∼180℃，使腫瘤組織形成冰球；接著改輸氦氣，讓溫度迅速上升至25℃，藉著降溫回溫的溫差變化讓冰球破裂，同時讓腫瘤組織崩解。此外，冷凍消融也可讓支援腫瘤細胞的血管結凍，造成血管阻塞的效果，讓腫瘤因缺血而進一步壞死。目前健保尚未給付冷凍消融，臨床上運用在腎癌和肺癌較多，肝癌是因為射頻消融有較多臨床實證，較早就有健保給付，因此要做消融時往往會優先考慮射頻消融。不過肝癌患者的腫瘤位置若靠近血管或膽管匯集處，冷凍消融或許比熱消融更適合，有些文獻分析認為，利用冷凍消融治療鄰近大血管的腫瘤，對於鄰近器官組織的影響不像熱消融那麼多。然而冷凍消融同樣要注意探針的位置，因為冷凍讓組織內結冰的冰球，不只是在原定位處而已，而會往後延伸，因此必須要思考探針怎麼放，才不會讓冰球傷到不想傷到的部位。此外，也有文獻指出冷凍消融潛在的後遺症，包括病患做完冷凍消融後，可能釋放出發炎因子，導致患者產生嚴重的發炎反應；或是冰球若破裂在肝的表面，可能導致肝的包膜破裂，增加出血風險。2.奈米刀需全身麻醉在手術室進行有些腫瘤生長的位置較刁鑽，不論冷熱消融均無法妥善處理，奈米刀—不可逆電穿孔治療（Irreversibleelectroporation,IRE）被視為有治療的潛力，它是利用一根根細如琴弦的探針，插入欲擊殺的腫瘤區域，透過釋放高壓電流在腫瘤細胞膜上形成大量奈米大小的穿孔。透過高壓電流讓細胞穿孔造成細胞凋亡，比較不會破壞腫瘤鄰近膽管或血管管壁的纖維組織。這些纖維組織由蛋白質組成，而熱消融或冷凍消融都會造成蛋白質凝結變性，高壓電就沒有這個問題。因為奈米刀能量不會傳遞到要消融的區域之外，更不會危及鄰近消融區的膽管或血管組織，利用這個特性可以用來治療不適合熱消融或冷凍消融的部位或器官，最具代表性的就是胰臟癌。即使奈米刀無法完全消融掉胰臟腫瘤，也能做到把腫瘤體積縮小。目前奈米刀在肝、腎、肺及攝護腺腫瘤，均有臨床使用報告，不過台灣僅有少數醫師施行，健保也沒有給付。奈米刀治療時會造成病人肌肉因電擊而劇烈抽動，嚴重時會造成肌肉溶解而致腎衰竭，所以病患必須插管接受全身麻醉；且每次的電擊必須配合心跳同步進行，也有可能引起心律不整及高血壓，因此必須衡量病患是否有相關風險。熱消融仍是主流微波未來可能取代射頻綜合來看，在肝腫瘤消融此一領域，射頻消融的治療角色早已受到肯定；微波消融則是類似的做法但更有效率，也已經被納入歐洲肝癌治療指引中。治療時間短且消融範圍可預測性高是微波消融最大的優勢，當累積更多臨床使用經驗，未來或有機會取代射頻消融。至於冷凍消融治療肝癌臨床應用尚不普遍；奈米刀雖然可以避免傷及周遭組織，但最大受限是必須全身麻醉執行，較不易普及。資料來源:https://www.liver.org.tw/journalView.php?cat=69&sid=972&page=1
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