【大纪元12月21日讯】〔自由时报记者郭怡君╱台北报导〕物质状态除传统认知的固态、液态、气态和液晶态等四种，极可能存在“第五状态”！台大物理系副教授赵治宇成功研发出全球第一台可观察小型活体细胞的“生物电子显微镜”，不但首度验证水分子可用渗透的方式进出细胞膜，且与水共存的细胞膜，会自然形成一种介于液体和液晶之间的新物质状态，为生物细胞和物理特性研究立下了新的里程碑。
赵治宇表示，一般人熟知的光学显微镜只能观察大型细菌的活动，若要研究病毒和蛋白质分子，就必须用到动辄上千万元的电子显微镜，细胞要活动少不了水，但因电子显微镜极怕进水，过去科学家只能用染色的干切片和冷冻后的死切片来观察生物细胞，结果往往不够客观正确。
赵治宇历经十年重组显微镜的失败经验，终于在第十一年“革命成功”，他参考中研院院长李远哲获得诺贝尔奖的关键“动力真空”设计原理，成功在怕水的电子显微镜内加入利于活体观察的水层，写下全球第一次能用电子显微镜观察活体切片的纪录。
由于水分子是各种生命作用的关键，赵治宇运用生物电子显微镜进行的第一项研究便是探索“水分子如何进出细胞膜”的机制，根据去年诺贝尔化学奖得主的研究，水分子是藉由蛋白质构成的离子通道进出细胞膜，赵治宇却靠自行研发显微镜首度证实，细胞膜就像世界上最细的奈米滤纸，让水分子能以渗透方式进出，不一定要透过离子通道，这项成果获刊在全球物理研究最高等级的“物理评论通讯”12月第二期。
更令人惊喜的是，与水共存的细胞膜在电子显微镜下呈现的绕射影像，显示细胞膜表面分子会持续蠕动，能和水分子保持动态平衡，其结构竟然不属于液态也不能归类为液晶态，而是介于两者之间，未来可能需要被归类为物质的“第五状态”。
台大校方强调，赵治宇研发出的新显微镜技术未来潜力无穷，可具体观察各种生物动态反应，为医疗研究打开新视野，例如可望协助破解ＡＩＤＳ和ＳＡＲＳ等病毒如何进出细胞膜的谜题、了解抗生素如何杀菌的动态机制，乃至于了解肺水肿等病症的实际现象，台大已打算组成跨领域团队投入。
电子显微镜与水相克变相容赵治宇办到了
记者郭怡君╱专访
年仅卅四岁的赵治宇是台大物理系前途看涨的年轻学者，从小就喜欢将手表、收音机等物品拆解研究后再重新组装，念博士班时面对千万台币等级的电子显微镜，为了打破电子显微镜无法观察活体细胞的限制，赵治宇靠着“神经大条和心脏强壮”，毅然将电子显微镜拆解重装，历经三、四百次的惨痛当机、把指导教授实验室的昂贵显微镜弄到报销，才换来今日的成功。
一九九二年台大物理系毕业的赵治宇赴美国纽约州立大学攻读博士，指导教授何庭深问他有没有兴趣挑战“用电子显微镜观察活体细胞”的难题，在台大训练下“从来不服输”的赵治宇一口接受，随即展开“电子显微镜与水分子化敌为友”的大作战。
赵治宇回忆，当初虽然知道电子显微镜一吸入水汽就会当机，但真正开始进行拆解组装工作后，才体验那不是普通的当机，是非常要命的“惨当”！而且电子显微镜一旦因为吸水而当机，可不像电脑当机重开那么好修复，为彻底清除水汽保持真空状态，往往需要清理检查一、两个月才能恢复运作，“我念博士时有九十五％的时间都花在修复电子显微镜，常自嘲为博士级的修理工人。”
赵治宇在博士生涯与电子显微镜奋战五年，经过三百多次惨当、让指导教授实验室拥有的电子显微镜提早夭折，仍然无法用电子显微镜观察生物薄膜，最后却靠液晶薄膜的研究拿到博士学位，由于不喜欢美国的环境，加上想回台湾贡献所长，赵治宇在指导教授和父亲的反对下，还是选择回台任职。
当年的失败经验并非徒劳，赵治宇回台后继续进行电子显微镜改装作战，终于在一年前获得关键突破，成功看到活体细胞的影像。
何谓物质五态
传统物理学的物质三态为固态、液态和气态，一般人熟知的冰、水和水蒸气便是水的三态。
一八九○年前后，科学家发现有些物质的状态，介于液态和固态之间，分子结构排列不像固态那么规则有秩序，又不像液态分子的杂乱无序，这种具有“柔性排列结构”的物质被命名为“液态晶体”，其呈现的物质状态就称为“液晶态”。
生活中常见的布丁、果冻，人体的精液、鼻涕、胆固醇及导致白内障的混浊物质，都属于液晶态，近年来大行其道的液晶显示器则是善用“液晶态”材料的光电特性，作出省电轻薄显示器。
台大物理系副教授赵治宇用生物电子显微镜发现人类的细胞膜状态，通俗来说是“比液体还稠、比液晶态还柔软”，进一步探究，则是“分子间的关连性与液态相同，排列却具备液态所没有的方向性”，明显介于液态和液晶态之间。
不过，“液晶态”一直到一九七○年，才透过各种研究被确立为物质的第四状态，若要确立生物组织是以“物质的第五状态”存在，可能还有十年、二十年的路要走。 （记者郭怡君 )
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