清華大學前校長劉炯郎雖然已離開人世，但當年他對知識總不失赤子之心，仍熱愛求知、不斷學習，讓人印象深刻。他的頭腦宛如高效能的知識系統處理器，將各類自然科學知識去蕪存菁，用所有人都能理解的語彙或事例，講解科普內涵，幫助大家利用零碎片刻時間，不費力、無障礙地擷取受用一生的重要科普知識。以下摘自《劉炯朗開講：三分鐘理解自然科學》部分內容。
當身體受到微生物入侵時，防禦方法之一是用藥物激發人體的免疫功能，這可說是詹納防治天花的發現，為疫苗接種這個領域奠定了最重要的科學基礎。另一個防禦方法是用藥物直接消滅或抑制微生物生長，這些藥物就叫做抗生素（antibiotic）。加拿大醫師弗萊明（Alexander Fleming）發現青黴素（藥名是盤尼西林penicillin），為抗生素的發展奠定了最重要的科學基礎。
這滴淚來的真是時候
有一次，弗萊明在實驗室用他傷風時的鼻涕培養細菌，一不小心，他的眼淚滴在培養細菌的培養皿裡。第二天，他發現培養皿中被眼淚滴到的細菌都被消滅掉了，因此發現眼淚和唾液是具有殺菌功能、但不會傷害人體的酵素（lysozyme）。可惜，這種酵素的殺菌能力不強，不過這個偶然成為他發現青黴素的前驅。
幾年後，當弗萊明在實驗室培養一種會使人體發炎的葡萄球菌時，因為忘記蓋住培養細菌的培養皿，讓一小片黴菌（也許是來自發霉的水果或麵包）掉到培養皿裡，當他看到黴附近的細菌完全被消滅掉時，曾在眼淚中找出具有殺菌功能的酵素的經驗，讓他聯想到黴可能有消滅細菌的功能。
果然，他發現的這片黴是一種青黴素，具有消滅葡萄球菌的功能，因而打開了醫學上「黴可以消滅細菌」這個研究方向的大門。
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幾個偶然串成的關鍵發明
劉炯朗認為，這個故事裡有幾個偶然。首先，實驗室的窗子沒有關好，他又忘了把培養皿的蓋子蓋上，讓一小片黴掉進培養皿。其次，不同的黴何止千萬，不同的細菌何止千萬，剛好這片黴有消滅這種細菌的功能，因而讓弗萊明發現了「黴可以消滅細菌」這個重要的關鍵。
其實，遠在古埃及與羅馬時代也有用發霉麵包來消炎的紀錄，不過來龍去脈確是經弗萊明的發現所找出來。最後，如果沒有幾年前眼淚滴在培養皿的經驗，也許弗萊明就不會聯想到黴可以消滅細菌的可能了。
之後，弗萊明確定了這片黴是種青黴素，證明從青黴菌提取出來的青黴素對人體沒有毒性，因此可以用在人體上來消滅細菌。只可惜，他沒有成功地找出從發霉物中提煉大量高純度青黴素的方法，因此沒有辦法做更多實驗。
直到十幾年後，兩位牛津大學的科學家柴恩（Ernst Boris Chain）和弗洛里（Howard Walter Florey）確定了青黴素的化學結構，也找出經由發酵製作提煉大量高純度青黴素的方法。
1945年，弗萊明、柴恩和弗洛里三個人獲得了諾貝爾醫學獎。第二次世界大戰時期，青黴素治好許多戰爭中的傷患。接著，藥學上的研發引進了很多相關的抗生素。抗生素不但有治療人類疾病的功能，在農業、畜牧、食品、工業上也有許多的應用。
染料也能殺菌
弗萊明發現青黴素的時間約在1920、1930年代，包括他在內的很多人都是從天然物質裡提煉出殺菌的抗生素。差不多同一個時間，德國科學家多馬克（Gerhard Domagk）正在設法用人工合成的化學物來滅菌。
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1932年，多馬克在一家很大的染料公司從事研究工作，想要找出染料有沒有殺滅細菌的功能。為什麼會想到染料呢？他們發現某些染料染在毛料上，會和毛料緊密地結合，因為毛料是由蛋白質所構成，既然這些染料和蛋白質分子能夠緊密結合，細菌也是蛋白質的分子，那麼這些染料是不是可以把細菌包起來殺滅，或者抑制它們的生長呢？
示意圖／TVBS
首先，多馬克在白老鼠身上做實驗，發現這個想法是正確的。據說後來他的女兒受到感染而發炎病重，他也用這種染料把女兒治好，所以公司就申請了用這種染料做為殺菌劑的專利。
1935年，在多馬克發表了「為什麼這種染料有殺菌功能」的研究結果，並且和他的公司成功申請專利後，法國的一對夫妻檔科學家發現，有好幾種同類的染料都有殺菌功能，而且這幾種染料的分子，有一半不同，另一半卻是完全一樣。因此，他們推想這些染料相同的半個分子是有殺菌功能的，另外不相同的半個分子則沒有。
最後，他們證明了這個推想是對的，這就是磺胺類藥物的起源。這個結果解釋了他們觀察到的一個現象，這些染料在人體或動物身體裡有殺菌功能，但在人體或動物體外卻沒有，原因在於這些染料到了人體中會被分成兩半，磺胺類分子那半就發揮了殺菌的功能，後來多馬克在1939年獲得了諾貝爾醫學獎。
◎圖片來源／達志影像/shutterstock提供
◎本文摘自／《劉炯朗開講：三分鐘理解自然科學》劉炯朗著
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