WEBVTT

00:00:10.782 --> 00:00:15.761
美國海軍艦隊一直遇到
這個令人沮喪的問題，

00:00:16.402 --> 00:00:19.251
就是所謂的「結垢」。

00:00:19.911 --> 00:00:22.362
對於所有非航海的人士而言，

00:00:22.362 --> 00:00:26.722
結垢就是藻類、藤壺
和其他海洋材料之類的東西

00:00:26.722 --> 00:00:29.322
粘在船和潛艇的側面。

00:00:30.162 --> 00:00:33.353
過去能藉由在艦船和潛艇表面

00:00:33.353 --> 00:00:36.739
塗上重金屬之類的有毒物質
來防止這種結垢。

00:00:37.138 --> 00:00:39.693
但是這些重金屬在保持船舶清潔方面

00:00:39.693 --> 00:00:41.630
卻不如從前那樣有效。

00:00:42.263 --> 00:00:43.983
而我們想要乾淨的船身，

00:00:43.983 --> 00:00:46.874
因為船的結垢

00:00:46.874 --> 00:00:49.421
實際上會降低船艦在水中的效率，

00:00:49.421 --> 00:00:52.692
還更容易被敵人發現蹤跡。

00:00:53.322 --> 00:00:54.874
這很不好。

00:00:55.264 --> 00:00:58.301
因此幾年前，美國海軍研究室

00:00:58.301 --> 00:00:59.871
找上我的一位同事，

00:00:59.871 --> 00:01:02.802
工程師科學家安東尼·布倫南博士，

00:01:02.802 --> 00:01:07.928
來設計不用重金屬的防止結垢方案。

00:01:08.712 --> 00:01:11.732
布倫南博士原本就在研究

00:01:11.732 --> 00:01:14.154
類似粗糙的表面

00:01:14.154 --> 00:01:17.437
如何能防止藻類等生物附著。

00:01:18.482 --> 00:01:20.506
但是布倫南博士苦於不得其解。

00:01:21.012 --> 00:01:24.042
他提出的所有工程表面

00:01:24.042 --> 00:01:26.617
最終都被藻類征服了。

00:01:27.192 --> 00:01:31.143
然後布倫南有次參加
在夏威夷舉行的會議，

00:01:31.163 --> 00:01:33.552
注意到某個相當有趣的現象。

00:01:34.252 --> 00:01:36.852
瞧瞧這三種動物：

00:01:36.852 --> 00:01:40.132
海牛、鯨魚和鯊魚。

00:01:40.632 --> 00:01:42.493
你們注意到什麼呢？

00:01:45.384 --> 00:01:46.381
好，沒錯。

00:01:46.381 --> 00:01:49.541
鯨魚和海牛表皮骯髒，

00:01:49.541 --> 00:01:51.672
但鯊魚卻乾淨得很。

00:01:52.992 --> 00:01:55.303
這是所有鯊魚獨有的特點。

00:01:56.083 --> 00:01:58.091
下次觀看「鯊魚週」時，

00:01:58.091 --> 00:01:59.271
你會注意到

00:01:59.271 --> 00:02:03.478
放眼所見的每條鯊魚

00:02:03.478 --> 00:02:04.886
都不沾垢。

00:02:05.332 --> 00:02:06.603
（笑聲）

00:02:06.603 --> 00:02:08.192
為什麼？

00:02:08.632 --> 00:02:10.730
布倫南想找出答案。

00:02:10.931 --> 00:02:13.912
與幾個勇敢的研究生助手一起，

00:02:13.912 --> 00:02:16.321
他們出發去找鯊魚。

00:02:16.321 --> 00:02:18.381
（笑聲）

00:02:18.511 --> 00:02:20.262
他們在淺水中找到了一隻，

00:02:20.262 --> 00:02:23.919
小心地用齒模材料將其皮膚印了模。

00:02:25.362 --> 00:02:26.363
別擔心，

00:02:26.363 --> 00:02:29.893
鯊魚在此過程中沒受到傷害，
儘管我確信牠很不高興。

00:02:29.899 --> 00:02:31.249
（笑聲）

00:02:31.752 --> 00:02:34.036
學生帶模回實驗室，

00:02:34.036 --> 00:02:36.331
用顯微鏡檢視，

00:02:36.331 --> 00:02:38.332
看起來就是這樣：

00:02:38.332 --> 00:02:41.912
鯊魚皮由小小的細齒組成，

00:02:42.402 --> 00:02:47.013
它們重疊在一起，在鯊魚皮上
形成菱形的重複圖案。

00:02:48.393 --> 00:02:50.413
經過進一步調查，

00:02:50.413 --> 00:02:53.812
布倫南和他的團隊注意到
這些細齒上的紋理

00:02:53.812 --> 00:02:57.573
實際上是鯊魚保持清潔的原因。

00:02:59.413 --> 00:03:02.452
我是個微生物學和傳染病學的專家，

00:03:02.452 --> 00:03:05.043
這令我著迷。

00:03:05.863 --> 00:03:09.104
我一直努力保持表面清潔，

00:03:10.244 --> 00:03:13.871
尤其是醫療設備的表面。

00:03:14.561 --> 00:03:16.964
這在醫院裡是個巨大的問題。

00:03:16.964 --> 00:03:20.702
瞧，通常實際上乖乖的細菌

00:03:20.702 --> 00:03:23.012
在醫療程序後

00:03:23.012 --> 00:03:25.652
長在不應該存在的地方。

00:03:26.672 --> 00:03:29.592
有時在手術過程中或手術後，

00:03:29.592 --> 00:03:33.271
細菌會卡在、留存在
醫療設備的表面上，

00:03:33.271 --> 00:03:35.523
引起嚴重的感染；

00:03:35.523 --> 00:03:39.045
這使得身體無法癒合。

00:03:39.805 --> 00:03:41.791
瞧瞧用於開心手術後

00:03:41.791 --> 00:03:45.870
縫合患者胸骨的這些手術線。

00:03:46.930 --> 00:03:50.312
注意到表面有微小的細菌叢嗎？

00:03:51.142 --> 00:03:53.042
該患者好幾個月無法癒合，

00:03:53.042 --> 00:03:56.826
直到移除原縫線，換縫乾淨的線。

00:03:57.516 --> 00:04:00.987
過去我們只用抗生素
來治療這些類型的感染。

00:04:01.541 --> 00:04:05.157
抗生素有段時間是種了不起的藥物。

00:04:05.164 --> 00:04:08.304
但是細菌暴露於
抗生素的頻率如此之高，

00:04:08.304 --> 00:04:10.012
迫使它們最終適應了。

00:04:10.542 --> 00:04:13.573
生存是進化的關鍵驅動力，

00:04:13.573 --> 00:04:15.521
我們這裡談的正是：

00:04:15.521 --> 00:04:17.011
細菌進化。

00:04:17.481 --> 00:04:19.992
也許你們已經在新聞中聽說過，

00:04:19.992 --> 00:04:23.093
它被稱為「抗生素抗藥性」。

00:04:23.473 --> 00:04:27.171
美國疾病控制與預防中心
將抗生素抗藥性稱為

00:04:27.171 --> 00:04:29.806
當代最嚴峻的公共衛生挑戰之一。

00:04:30.341 --> 00:04:33.722
曾經很容易治癒的疾病現已不治。

00:04:34.373 --> 00:04:36.302
僅在美國每年就有

00:04:36.302 --> 00:04:40.063
超過兩百萬人感染
抗生素抗藥性的病菌，

00:04:40.063 --> 00:04:44.218
兩萬三千多人因而死亡。

00:04:45.033 --> 00:04:47.706
製藥業急於開發

00:04:47.706 --> 00:04:51.040
越來越多的抗生素，

00:04:51.043 --> 00:04:54.813
拼命試圖跑在耐藥的細菌之前。

00:04:55.463 --> 00:04:57.633
但是細菌和微生物的進化速度

00:04:57.633 --> 00:05:00.502
遠快於我們創新的殺菌法。

00:05:01.822 --> 00:05:05.662
顯然抗生素時代即將結束，

00:05:05.662 --> 00:05:08.520
因此我們必須以全新的方式思考。

00:05:08.752 --> 00:05:12.861
倘若取代在感染後才殺菌的做法，

00:05:13.012 --> 00:05:17.187
轉而只是讓細菌更難以粘附在
醫療設備的表面上，會如何？

00:05:17.772 --> 00:05:18.772
換句話說，

00:05:18.772 --> 00:05:21.362
我們從根本防止這些感染的發生。

00:05:22.112 --> 00:05:24.753
此時回來談談我們向鯊魚學到的。

00:05:24.973 --> 00:05:28.999
鯊魚皮的質地使牠們抗結垢。

00:05:29.319 --> 00:05:32.331
倘若我們改變醫療器械的質地，

00:05:32.331 --> 00:05:36.299
使其能阻抗問題多多的細菌，會如何？

00:05:37.402 --> 00:05:40.706
當時布倫南醫生知道
自己掌握著重大的醫學突破。

00:05:41.273 --> 00:05:45.041
他在科羅拉多州丹佛市這裡，
召集了一些可信賴的朋友，

00:05:45.041 --> 00:05:49.342
他們成立了一家公司，
名為 Sharklet Technologies。

00:05:49.752 --> 00:05:52.622
我在 2013 年加入團隊，

00:05:52.622 --> 00:05:56.922
我們共同做出模仿鯊魚皮膚的表面

00:05:56.922 --> 00:06:00.674
來預防細菌和其他醫療併發症。

00:06:01.264 --> 00:06:04.432
我們做的第一個商用設備是導尿管，

00:06:04.432 --> 00:06:08.652
醫生於去年開始用這種導管。

00:06:08.652 --> 00:06:12.062
（掌聲）

00:06:12.062 --> 00:06:14.601
看一下這些示例圖。

00:06:14.981 --> 00:06:17.883
左側的表面是光滑的表面，

00:06:17.883 --> 00:06:20.962
右側的表面是類似鯊魚皮的紋理。

00:06:21.762 --> 00:06:24.512
請注意，與鯊魚皮樣表面相比，

00:06:24.512 --> 00:06:26.972
光滑表面上有多少細菌？

00:06:26.972 --> 00:06:31.023
這是因為類似鯊魚皮質地的表面

00:06:31.023 --> 00:06:34.248
不利於細菌附著和生長。

00:06:34.841 --> 00:06:37.401
適用於鯊魚，也適用於此，

00:06:37.401 --> 00:06:41.452
因為這紋理利用「表面能」的原理。

00:06:41.931 --> 00:06:44.792
表面能實際上是

00:06:44.792 --> 00:06:47.344
對表面詳細特性的描述，

00:06:47.345 --> 00:06:52.234
包括水相互作用
或材料硬度之類的東西。

00:06:53.050 --> 00:06:56.221
有著鯊魚皮般粗糙紋理的表面

00:06:56.231 --> 00:06:58.115
具有更大的表面能。

00:06:59.003 --> 00:07:01.963
一直以來，我們與
變化的表面能相互作用，

00:07:01.963 --> 00:07:03.952
只是往往沒注意到。

00:07:03.952 --> 00:07:07.736
例如，我們不喜歡
雨水附著汽車，對吧？

00:07:08.456 --> 00:07:11.652
把車好好地打上一層蠟就得了。

00:07:11.652 --> 00:07:15.623
蠟是具有更大表面能特性的材料。

00:07:16.073 --> 00:07:18.411
我們無法把醫療設備上蠟，

00:07:18.411 --> 00:07:21.062
但可以更改其表面紋理。

00:07:21.482 --> 00:07:23.426
這種方法適用於
所有類型的醫療設備，

00:07:23.426 --> 00:07:26.496
從導管到心律調節器包括在內，

00:07:26.501 --> 00:07:30.092
得以有效地抵抗各種細菌。

00:07:30.652 --> 00:07:32.032
事實證明，

00:07:32.462 --> 00:07:35.953
實際上我們不僅可以做
抗細菌醫療設備。

00:07:36.423 --> 00:07:39.161
還可以通過了解表面能的力量

00:07:39.161 --> 00:07:41.672
來預防其他的醫學併發症，

00:07:41.862 --> 00:07:44.747
例如經常性血栓、

00:07:44.957 --> 00:07:46.612
過多的血凝塊，

00:07:46.612 --> 00:07:48.443
或不良的癒合。

00:07:48.673 --> 00:07:53.092
受鯊魚皮啟發的下一代醫療器械表面

00:07:53.092 --> 00:07:56.403
實際上將擴展醫療器械的製造方式。

00:07:56.845 --> 00:07:57.887
真正的核心問題是，

00:07:57.887 --> 00:08:01.722
我們創造了各種類型的複雜醫療設備，

00:08:01.722 --> 00:08:04.212
這些設備將液體泵入我們的血液，

00:08:04.212 --> 00:08:05.753
保持我們的心臟規律跳動，

00:08:05.753 --> 00:08:07.924
甚至刺激大腦活動。

00:08:07.924 --> 00:08:10.139
但當這些設備與人體的自然機制

00:08:10.139 --> 00:08:13.253
無法很好地相互作用時，就不好了。

00:08:13.961 --> 00:08:16.211
實際上我們發現

00:08:16.211 --> 00:08:21.362
能夠通過微調表面能特性
來改善對醫療設備的耐受性，

00:08:22.082 --> 00:08:25.522
像是類似鯊魚皮的紋理比光滑的表面

00:08:25.522 --> 00:08:30.077
更能防止發生大量過度的凝血。

00:08:31.182 --> 00:08:33.082
這意味著我們實際上

00:08:33.116 --> 00:08:37.023
能匹配醫療用途與所需的表面能，

00:08:37.023 --> 00:08:38.952
以防止併發症，

00:08:38.952 --> 00:08:40.758
用的是鯊魚的力量。

00:08:41.852 --> 00:08:45.992
隨著我們繼續設計智慧表面，

00:08:46.002 --> 00:08:48.612
最終將能少用抗生素、

00:08:48.612 --> 00:08:51.952
化學藥品和刺激性的添加劑，

00:08:51.952 --> 00:08:54.903
這將使拯救生命的醫療技術

00:08:54.903 --> 00:08:57.383
更安全地供所有人使用。

00:08:57.863 --> 00:09:01.002
可以肯定，這是最純粹的形式的創新。

00:09:01.002 --> 00:09:02.931
但也是個提醒：

00:09:02.931 --> 00:09:05.331
觀察我們周遭

00:09:05.331 --> 00:09:09.071
原始謎團中的微妙線索有多重要。

00:09:09.433 --> 00:09:10.502
謝謝。

00:09:10.502 --> 00:09:13.553
(掌聲）