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台湾物理概述（下）
统计与计算物理
在统计与计算物理方面,台湾科学家开展对软物质与复杂系统的研究,包括展透、混沌研究,探讨不同离子溶液系统的电性；通过对非平衡现象的图案形成研究,探讨解决法拉第波、化学BZ反应及生物图案问题；对活跃液态膜首次建立其理论模型,对带蛋白质的脂肪膜在细胞的型变及稳定性的了解提供基本理论框架.
近年来取得的成果包括：发现材料断裂现象的图形形成机制,展透及自旋相变模型的普适尺度函数,易行模型及一维量子模型等有限系统在临界点的修正项及其普适量,易行模型的动态临界行为有普适临界指数及普适函数,摩擦模型在周期性边界下的自组临界性,静准断裂现象中的图形形成与选择,螺旋裂隙的形成机制,二维流体及半导体微波元件由周期运动至混沌变化之过程等.
此外,他们还建立用多重正则蒙地卡罗模型法计算蛋白质立体结构的程序集,以及用并行电脑计算蛋白质立体结构的算则及程序集；求出有长程相关性的生物巨分子发生折迭现象的条件；发现在铁磁性物质及自旋玻璃之间有性质颇类似蛋白质的低温物质存在；发现在蛋白质家族及超级家族,胺基酸系列有长程相关性或反相关性.
流体物理与非线性物理
在流体物理与非线性物理方面,台湾科学家取得的成果包括：利用目前常用的二阶流闭合,进行非等向性紊流模式的发展及应用研究；进行高分子聚合物的流变、相变和颗粒流、沙堆迭形成、颗粒分离现象和颗粒流及堵塞现象等研究,利用颗粒流流过一个二维漏斗装置进行堵塞实验研究,发现当漏斗出口大于颗粒直径约5倍时,堵塞机率随出口变小而增大以致完全堵塞,从堵塞时颗粒排列的规律可建立简洁的几何统计理论并成功的计算出堵塞机率.
由台湾中研院数学所与台湾大学数学系合作完成的流体力学二维数值计算程序的研发,在全球同等级程序中居领先地位.其优点在于准确性及其自引力的运算,已成功应用于星系盘与原行星盘的研究工作,有系统地分析了棒形旋转体驱动下星系气体盘的结构与演化,并成功解释了星暴环与高密度分子气体盘的产生,目前正应用于拱星盘的形成及演化研究.
台湾中研院数学所研究人员自2000年开始对空气动力学最主要的波兹曼方程进行定量分析.2012年,他们利用格林函数对边界层和非线性波进行深入分析,所提出的格林函数具有独创的时间渐进方法,比以前的定量方法更为精准.
生物物理
在生物物理方面,台湾科学家曾开展神经网络的集体性触发机制、蛋白质折迭、蛋白质结构与分子演化、DNA物理特性及脂膜与蛋白质作用等研究.
蛋白质折迭是生物物理中一个重要的问题.给定氨基酸序列,如果能成功地预测蛋白质的形状与功能,不仅对目前的制药科技有极大的帮助,也可以在理论上设计新药以对付疾病.2006年,台湾新竹清华大学物理系牟中瑜等人发现,氢键与亲水厌水性无法解释小蛋白质中结构的存在,进一步的研究指出,蛋白质主结构上有电偶极存在,重要是这些电偶极的组态与蛋白质形状有很强的关联,因此电偶极之相互作用与氢键及亲水性一样重要.在加入电偶极作用后,该团队找到可以有效折出蛋白质形状的真实的位能,并且可以在一般的个人电脑上,在合理的时间内（数小时之内）有效地折迭真实的蛋白质,如免疫球蛋白的一段,而这在以往是做不到的.
2007年,台湾中研院原子分子所研究人员推出世界上第一个掌上型简易癌症检测系统,利用其自行研发的BMVC探针分子的荧光特性及对癌细胞与正常细胞的不同反应,因BMVC荧光探针分子进入癌细胞的细胞核比进入正常细胞的细胞核快很多,而且进入细胞核与DNA作用后,荧光可增强达100倍,通常5分钟就可观察到二者的图像不同,只需花20分钟就能检测癌细胞,且能拥有约75%的准确度.
在众多的纳米生物医学技术中,被认为是制造微型装置的理想材料,特别是含有“氮一空缺”品格缺陷的纳米,经由黄绿色激光照射后,能够产生明亮的远红外荧光,对生物细胞及组织的穿透力很强,适合生物医学方面的应用.2008年,台湾中研院原子分子所张焕正等人发现,的品格缺陷可以藉由中能量、高通量的氦离子束来轰击产生,因此可以在实验室中大量生产荧光纳米,其材料的荧光强度及稳定度都很高,即使小到25纳米的粒子,仍保有优越的光物理特性,适合于活体的生物显影.
台湾科技人员在2009年发现,由于金纳米棒在近红外波段有强烈的表面等离子体共振特性,因此可清楚地看到细胞内由金纳米棒受双光子激光照射过程而产生的荧光点.这项技术非常有利于即时性的双光子显微图像观察,并可监控金纳米棒产生的光热效应与如何杀死癌细胞.实验证实,由于金纳米棒的光热效应,引发癌细胞局部高温气化膨胀,导致细胞穿孔及胞膜瞬间破裂而死亡.此研究可了解纳米材料在癌细胞光热解作用的机制与过程,并有助于光热疗法应用在临床上.
神经退化性疾病是指神经结构和功能逐步丧失而造成的疾病,包括阿尔兹海默症、帕金森症、杭丁顿舞蹈症、小脑脊髓萎缩症、额颞叶退化症等,这些疾病都源于蛋白质在脑部发生群集现象而造成脑神经退化或死亡.2010年,台湾中研院物理所胡进锟等人发现影响蛋白质群集现象的关键因素,例如阿尔兹海默症乃源自蛋白质Aβ40（含40个胺基酸）和AD42（含42个胺基酸）群集现象,而杭丁顿舞蹈症和小脑脊髓萎缩症乃源自Polyo蛋白质（包含许多谷氨酰胺的蛋白质）的群集现象,这些发现可望揭开蛋白质群集现象的神秘面纱,为预防或治疗神经退化性疾病开一扇希望之门.
生命的种种活动都需要通过蛋白质间的交互作用来进行,目前用来检测蛋白质间交互作用的方法,例如荧光共振能量传输、共同免疫沉淀、表面电浆共振等技术,都存在某项缺点.2010年,台湾中研院原子分子所陈逸聪等人研发出以硅纳米线场效晶体管作为生物传感器,不仅拥有高灵敏度,也兼具专一选择性、即时回应、无标记检测、极少量样品需求,以及快速筛选的许多优异特性.
该所王玉麟等人研发的捕捉与探测细菌双功能快速检验芯片,利用芯片表面上第一层的万古霉素,将血液中的细菌牢牢地抓住,以便第二层的银纳米粒子阵列来放大细菌表面分子的拉曼光谱信号.由于每一种分子都有自己特定的“拉曼光谱指纹”,可以藉此来区分细菌的种类.由于这种细菌检验芯片具有超高的灵敏度,在几秒钟之内就可以取得单只细菌的光谱,因此可以省略传统检测方法中必须耗费几天甚至数周的细菌培养步骤,可望在短短几小时内筛检出菌血症与败血症病人血液中的细菌.
台湾中研院原子分子所2011年设立非线性光学实验室,不仅探讨生物分子的非线性光学特质,并将此特质应用于医学工程、化学、生物与医学的跨领域研究.在多光子显微术领域,台湾科学家研发的光学显微镜技术,已应用于多项领域,例如,二倍频显微术利用非中心对称生物组织的特性,作为图像的对比来源,不需任何标定即可有效地对生物组织进行造影,可有效分辨第一类与第二类胶原蛋白,以分析与量化纤维在三维空间里的结构.
有别于许多生物物理和生物医学的研究是在较单纯的体外环境下进行细胞或组织的实验,另一项积极研发的技术是在活体生物体内以分子多光子激发现象进行光学造影,其重要研发成果之一是将多光子光学显微术应用于观察活体动物,在最自然的环境下从事生物物理与生物医学的研究.肝脏疾病在台湾岛内是重要的健康问题之一,现阶段在小鼠内观察活体肝脏的造影技术,已成功观察到小鼠内肝胆功能运作并加以量化.
除了基础科学研发之外,台湾学者也积极发展先进光学显微术的应用.在生物系统内,一项重要的课题是了解分子与纳米材料在生物组织内的运输机制.例如,若可以了解物质进入皮肤的机制,药物或具有医疗效果的纳米粒子便可有效的进入体内进行治疗.为此,研发团队利用光子造影以厘清纳米粒子在皮肤内的传递机制,另外还成功地使用多光子显微术研究带有不同电荷纳米粒子在活体老鼠内的运输机制.
物理研究论文范文结:
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