膠原蛋白
膠原蛋白
2002.12.01 |

膠原蛋白到底是什麼?從美容化妝的效果來看膠原蛋白,保濕除皺的功能令人愛不釋手;若從生物科技的角度來看膠原蛋白,卻看到人體組織工程未來的希望無窮。究竟什麼是膠原蛋白?能應用在哪些領域?未來的發展如何?
台灣現在掀起膠原蛋白熱其實是好事,雖然多數還停留在研究室階段,但是,從不同應用面去研究膠原蛋白,以後能夠整合的話,就能產生突破性的成長。國外的研究發展雖然領先很多,但台灣人連彩券密碼都可以破解,這真是世界第一!台灣人或許真的比較聰明,能找出捷徑。
膠原蛋白其實是生活裡常見的東西,平常吃的豬腳、豬筋裡的膠質,就是一種膠原蛋白。不過,豬腳的膠質只能當高蛋白營養品吃,並沒有化妝品、醫藥使用上強調的膠原蛋白功效,為什麼?因為膠原蛋白經過加熱之後,原本的三股螺旋立體結構就被破壞了。換句話說,加熱使膠原蛋白失去原本的生物活性,當然也就失去效果。所以,膠原蛋白並非稀有物,但是要保持它的生物活性,有技術上的難度。

**活化細胞、修復皮膚的生物活性

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生物科技領域研究膠原蛋白已經有20到30年基礎,一般來講,膠原蛋白最大的功效是具有活化細胞、促進皮膚修復的能力。舉例來說,傷口都是從外向內逐漸癒合,因為細胞不是跳躍式修復,緩慢的癒合速度會留下疤痕,如果利用膠原蛋白充滿孔隙的立體結構特性,在傷口癒合過程中將細胞吸引進孔隙中,而且膠原蛋白本身豐富的蛋白,可以供給細胞豐富的營養及優良的成長環境。
這種原理的專業的說法是「模版效果」(template),就像蓋房子時,先以模版搭出結構性架構,再灌進水泥,能夠加快建築的速度;膠原蛋白充滿孔隙的立體結構,就像先用模版蓋好一個個結構,讓修復細胞進去,傷口修復速度就會比較快,也比較不容易產生疤痕。

**保濕除皺的美容聖品

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不過,控制膠原蛋白孔隙大小的技術會影響效果,若孔隙過大,將無法留住細胞,孔隙過小,細胞又根本無法進入。這就是膠原蛋白的技術難度,也就是如何保持它的生物活性。這些還是針對膠原蛋白在醫藥上使用而言,如果要談論膠原蛋白在化妝品的應用,則又有另一番學問。
膠原蛋白會應用在化妝品,除了皮膚修復功能之外,最主要是看上膠原蛋白的保濕特性,因為它的氫鍵(分子間的作用力)會捉住水分子,保濕效果很明顯。人的皮膚通常30歲之後會逐漸乾燥,因為皮膚內原有的膠原蛋白(正常約佔皮膚組成的23%至30%)逐漸減少,皮膚外表就會乾燥、出現皺紋。
這並不是說人體內的膠原蛋白失去功能,而是耗損的量超過補充的量。就像剛蒸出的饅頭很飽滿、圓滑,但放久了,水氣跑掉,就變成乾癟皺巴巴的樣子,如果再拿去蒸、補充水氣,又會恢復飽滿圓滑。
化妝品級的膠原蛋白要做到能溶於水、容易被吸收,就必須使分子結構變得更小。醫藥級膠原蛋白大約是300奈米(nm,10-9m)的大分子,化妝品級要小10倍,約3-30奈米小分子。要切的小,但又不能破壞原來的立體結構,否則會失去生物活性,有些化妝品級膠原蛋白只考量切得更細,卻忽略原有結構立體孔隙的重要,結果破壞了生物活性結構,效果當然也大打折扣。
另一個關鍵是膠原蛋白的萃取過程。因為要從牛、豬、鳥類的皮、筋等組織萃取出膠原蛋白,常需要加入其他物質幫助萃取,醫藥級使用會再進行純化手續,但是有些在化妝品級的應用,卻沒有去除雜質就直接使用,造成使用者過敏和安全性顧慮。市面上化妝品膠原蛋白原料,有1公升幾千塊到幾萬塊的價格落差,就知道品質層次差很多,購買時必須注意化妝品級膠原蛋白的效果、持久性和安全性。

**人體組織工程應用是未來金雞

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講到膠原蛋白的發展,目前大家比較瞭解、熟悉的是應用在保養品及化妝品上,但對生物科技發展來說,看重的卻是未來在人體組織工程的應用。
例如,用膠原蛋白培養軟骨組織、人工血管、瓣膜、關節等,以人體的排斥性來說,相較於其他材質,膠原蛋白最相容、也最不易發生後遺症,國內已有許多單位正在進行這部份的研究與發展。
若談到實際量產,目前僅有台鹽引進國外技術,正式生產醫藥級敷料,可用在燒燙傷、糖尿病、褥瘡病患的皮膚修復,是目前唯一有量產技術的公司。這個市場目前估計有10億元,雖然還不大,但後續成長空間很多。只是要進入量產階段,除了對膠原蛋白本身有良好的研究基礎,更需要量產設備、掌握製程技術,這些會是關鍵。
我認為,台灣現在掀起膠原蛋白熱其實是好事,雖然多數還停留在研究室階段,但是,從不同應用面去研究膠原蛋白,以後能夠整合的話,就能產生突破性的成長。國外的研究發展雖然領先很多,但台灣人連彩券密碼都可以破解,這真是世界第一!台灣人或許真的比較聰明,能找出捷徑。

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總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁
總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁

【總統科學獎】宗旨在於提升臺灣在國際學術界之地位,獎勵數理科學、生命科學、人文及社會科學、工程科學在國際學術研究上具創新性且貢獻卓著之學者,尤以對臺灣社會有重大貢獻之基礎學術研究人才為優先獎勵對象。

2025年11月11日,總統科學獎頒獎典禮於總統府正式舉行。2001年設立、每2年頒發1次的總統科學獎,今年已邁入第13屆,本屆的2位獲獎者,分別是生命科學組的院士梁賡義、工程科學組的院士葉均蔚。2位臺灣的科研泰斗,不僅全心全意投入創新,更樹立了典範,成為所有科研人員的榜樣。

總統賴清德在致詞時,引用諾貝爾和平獎得主曼德拉(Nelson Mandela)的話指出:「在事情完成之前,一切都看似不可能。這說明了2位院士的故事,他們對未知世界保持熱情、好奇,認真從基礎研究做起,並堅持努力到最後一刻,成功終將屬於他們。」

2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
圖/ 數位時代

梁院士開創廣義估計方程式 ,加速新藥問世,造福千萬病患

從數學跨足生物統計、再投身高等教育與國家衛生的梁院士,從小就喜歡數學的嚴謹,在美國華盛頓大學攻讀博士期間,因為接觸到當時炙手可熱的「存活分析」,進而對生物統計產生興趣,「投入『生物統計』是條不歸路,因為我發現,統計工具的發展,可以對人類健康有間接幫助。」後來,他前往美國約翰霍普金斯大學任教,又與同事Scott Zeger研發出新的統計方法「廣義估計方程式」,突破了傳統分析方法必須假設所有樣本獨立的侷限,讓長期追蹤資料的解讀更嚴謹,也成為全球健康研究不可或缺的工具。

梁院士研究做得出色,卻不只將心力擺在學術上,他更心心念念著臺灣的發展,持續關心高等教育、國家衛生等領域。他在美國任教的28年間,幾乎年年暑假,都返國舉辦研討會,分享國際生物統計和流行病學的新知。2010年,他乾脆辭去教職,回臺擔任國立陽明大學校長,將陽明大學打造成醫學、人文並重的全人大學。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予梁院士。
圖/ 數位時代

2017年,他又接下國家衛生研究院院長一職,並在新冠肺炎爆發期間,擔任中央流行疫情指揮中心研發組組長,與阿斯特捷利康(AstraZeneca)簽約,採購1千萬劑疫苗,完成防疫任務,「所以獲得總統科學獎,不僅是個人的榮耀,更是國家對全人教育的推動、公共衛生實踐,以及任務導向的研究重要性的肯定。能在其中有一些貢獻,我深感榮幸。」

高熵合金之父葉院士,堅持不懈打破材料學定律

被譽為「高熵合金之父」的葉院士,打破材料學界以1~2種主元素為基底的傳統,開創出能讓數十種元素混合的「高熵合金」,為元素週期表注入嶄新生命力,在半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域帶來突破性的應用。過去合金多以單一金屬為主,再加入少量元素微調性質,金屬種類愈多反而愈脆、延展性與硬度下降,使應用受限;然而高熵合金卻反其道而行,以4、5種以上金屬融合,展現出更佳的延展性、耐腐蝕性與硬度,重新定義合金的可能性。

令人驚訝的是,30年前葉院士提出高熵合金構想時,曾被質疑「觀念錯誤、毫無可能」。他不畏質疑,透過紮實的實驗與論證,於2004年一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金命名、定義並奠定理論基礎,後續更平均每年發表逾10篇研究,提出高熵效應、嚴重晶格扭曲效應、緩慢擴散效應與雞尾酒效應等核心概念,開創全新的材料科學典範。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予葉院士。
圖/ 數位時代

如今,高熵合金不只在學界掀起熱潮,更成功落地產業。「學以致用非常重要!」葉院士強調,學術研究不該停留在象牙塔,而應投入產業、協助解決關鍵瓶頸。他不僅與國立清華大學共同成立「高熵材料研發中心」,也創辦全球首家高熵材料公司,推動技術轉移與產業升級,讓高熵合金真正走向世界舞臺。

所有總統科學獎得獎人的科學成就及重要貢獻,不僅提升臺灣學術聲譽及國際競爭力,對於增進人類生活福祉更有深遠的影響,實為臺灣學術界的最高典範。而本屆梁院士、葉院士2位得獎人終身投入科學探索、人才培育的成果,嘉惠了整個社會,更成就跨世代的深遠影響,為臺灣科學寫下光輝一頁。

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