關懷貧困病患，高中生發明「變色縫線」驚艷美國

作者：國際譯開罐

今年 17 歲的美國愛荷華女學生泰勒（Dasia Taylor）以「會變色的手術縫線」研究發想，入選美國全國科展「再生元科學獎」的決選 40 人名單。她藉由長期在社區倡議不平等議題，發明能夠偵測術後感染的手術縫線，希望能減少開發中國家婦女剖婦產後發生術後感染率。

術後感染機率，和社經地位大有關係

引述《史密森尼雜誌》（Smithsonian Magazine）3 月底針對泰勒的報導，「任何科展老手都知道，成功研究計畫的關鍵是一個需要被解決的問題」，而泰勒的縫線發想，就是來自醫療現場的不平等問題：術後傷口發生感染的機率與社經因素有密切關係。

根據世界衛生組織（WHO）的統計，11％ 於中低收入國家進行的手術，傷口會產生感染，相比美國僅有 2-4%；同時，根據美國埃默里大學 2019 年所發表的研究更發現：術後傷口感染者的感染原因，除了與 BMI （身體質量指數）有關外，較低的家庭收入、個人收入，與增加術後感染的風險皆有關係。研究結論更認為醫療專業人員若先得知病患的社經狀態，應該要高度謹慎留意術後照護。除此之外，尤其引起泰勒注意的則是剖腹產後的手術傷口：在非洲部分地區，20% 以手術生產的婦女，會有感染問題；在美國則約 8-10%。

若發生術後傷口感染將讓病患住院時間加長並增加醫療支出，加重經濟負擔。根據 2015 年日本所發表的研究，心臟手術後傷口感染的病人，醫療支出將多出 5 倍，平均住院治療、觀察的時間更長達 49.1 天。儘管現在已有透過電流感知感染資訊的智慧縫線，會將資訊回傳至智慧型手機或電腦，但泰勒知道：在美國容易取得的科技，恐難推行至其他較貧困的地域。泰勒說：「我已經在社區做很多關於種族平等的倡議，所以當我有機會做研究時，我忍不住就戴著平等的視角著手。」

皮膚在一般狀況下的 pH 值約為 5，但若感染時就會飆升至 9──泰勒便在實驗中發現，甜菜根汁作為天然的酸鹼指示劑，剛好在 9 時會從亮紅色轉變為深紫色，因此具有偵測術後感染的功能。為了她的科展計畫，自前（2019）年 10 月開始進行研究後，她榨了超過 30 顆甜菜根汁，都是為了要做出能夠變色手術縫線。找到關鍵的染劑之後，泰勒進一步需要找出能夠吸取汁液、更能維持染劑使它成功變色的縫線。最後，泰勒發現棉與聚脂纖維混紡的縫線最適合。在類似感染的酸鹼值出現的 5 分鐘後，縫線就從紅色變成深紫色；3 天後，則會從紫色淡化成淺灰色。

過關斬將，從區域走向全國

泰勒的研究從區域比賽獲獎後，逐步走上全國舞台。泰勒在去（2020）年 3 月入選「初級科學人文研討會」（Junior Science and Humanities Symposium，由美國三軍贊助支持的高中 STEM 競賽，每年有超過 8,000 位學生、教師參與）時，她發現自己是房間中唯一一位非裔學生。泰勒接受《The Gazette》受訪時表示，「身處在一個你知道充斥著刻板印象的房間裡，然後能夠證明他們是錯的，甚至拿下第一名，感覺非常驚人。」

其後，泰勒更在今年 1 月入選有「小諾貝爾獎」之稱的「再生元科學獎」（Regeneron Science Talent Search）40 人決選名單，自 1,760 名參賽者中脫穎而出。最後，泰勒除了獲得 25,000 美元（約新臺幣 71 萬元）的獎金外，也獲得了以 1951 年諾貝爾化學獎得主 Glenn T. Seaborg 命名的「西博格獎」，並被其他入選學生選為代表致詞人。

「再生元科學獎」自 1942 年由美國科學學會設立至今，為美國歷史最悠久且最具聲望的科學與數學競賽之一，而獎項名稱則由贊助商變化而更動，過去曾命名為「西屋科學獎」和「英特爾科學獎」。「再生元科學獎」每一年都有約 1,900 名學生投遞研究作品，專注於挖掘具有科學研究潛力的美國高中學生，也誕生過多位未來的全球競賽與諾貝爾獎得主。

2021 年的前三名得主各獲得 15 至 25 萬美元（約新台幣 427-711 萬元）的獎金，研究計畫分屬為能運用在器官捐贈移植、美國住院醫師甄試或是交友軟體的「配對演算法」、將讓發現新藥的過程更快、成本更低的電腦模型改造，以及能有效自飲用水中去除塑膠微粒、化學物質與重金屬的生物炭濾水系統。

申請專利、持續研發

泰勒透過此研究著眼於全球公衛平等議題，希望有一天，「變色縫線」能幫助病人及早發現術後感染，並能盡速尋求專業醫療的協助。對此，研究關注於平等手術照護的南非斯泰倫博斯大學（Stellenbosch University）全球手術中心主任 Kathryn Chu 就說：「我十分樂見一個年輕的高中科學家能被啟發而著手找尋問題的解方。一個能夠偵測早期術後感染的產品非常有價值。」

不過，她也強調此概念要如何能於臨床使用，仍須進一步試驗：一來現行的縫線價格平實，除了不會刺激皮膚，也足夠強韌以支撐傷口。若泰勒的甜菜根變色縫線要進入醫療現場，勢必要符合上述基本條件。加上，術後感染可能也發生於皮膚之下，而這也是泰勒的發明尚無法克服的盲點。主任 Kathryn Chu 補充，若感染已經發生於皮膚上、能被縫線偵測發現，代表從皮下早已感染，也就代表感染已發展至晚期。同時，含有棉質的縫線雖然可以依附上染劑，但也意味著比較容易孳生細菌。

對此泰勒回應：自己閱讀相關研究指出甜菜根汁是抗菌的，另外若要進行相關實驗，需要在無菌環境，而這已超出她個人和其指導老師的能力範圍。因此，泰勒目前正與愛荷華大學的微生物學家 Theresa Ho 合作，針對她的計畫進行進一步的研究。同時，泰勒已開始著手為她的發明申請專利，並等待大學最終申請結果。目前泰勒希望能進入美國知名的非裔學院霍華德大學（Howard University）主修政治，朝最終成為律師的目標前進。

※本文由換日線網站授權刊載，原標題為《關懷貧困病患，美國 17 歲非裔高中生發明「變色縫線」：偵測術後感染，驚豔全國科展》，未經同意禁止轉載

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