蔓越莓能對抗泌尿道感染

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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陳建仁是公衛專家，意外成為中華民國副總統，2020 年卸任後又回到學術界，不過在此之前已經有多次當官的紀錄。身為應用科學的學者，又有擔任政府高官的經驗，切換於研究和公僕之間，讓他思索學到的事。

第一課：用受過的科學訓練，尋找影響系統的變量。

學者和官員，要考慮的層面很不一樣。研究者主要在意疾病有多嚴重，如何治療患者。部長則關心在什麼時候，如何投入資源治療，必需顧及公平、可能選項、可行性、財政預算。

陳建仁以台灣的肝炎舉例。住在偏遠地區的人，很難常常前往醫學中心，所以要設置基層小單位。針對特定疾病編列獨立的固定預算，並不明智；治療上，反病毒療程很貴，但是肝臟移植和癌症治療更是如此。另外也調整政府的決策結構，如建立長期的國際合作，來針對棘手的關鍵議題。

第二課：科學從來不足以帶來昌盛的社會，這需要的是信任、堅強的機構、社會凝聚力。

不能團結一致，便無法實施邊境管制、隔離、追蹤等有效的防疫手段。政府必需提供支持，例如補助低收入的人打疫苗、經濟支援餐廳、計程車司機等有需要的人。

• 延伸閱讀：集權卻不威權獨裁—台灣「辛辛納圖斯式」防疫

第三課：傳染病和汙染，影響可以持續幾十年，長期投資能獲得回報，不過當下行動必需迅速。

2003 年 SARS 入侵，台灣剛開始沒有做好準備，損失慘重。此時於主要醫學中心訓練一批人，再分別前往各地培訓基層，各自建立組織，2 週後便讓全台灣都採用同樣的標準。以同一套標準追蹤傳染源、尋找誰到過熱點很重要。由此建立的基礎，對台灣隨後出現的流行病也頗有貢獻。

每次當官結束回到學術，陳建仁的政府經驗都使他更關注疾病的早期階段：更多的預防、更快的檢驗、更少的治療時間。通常這意味著，快速而實用的診斷，以及疫苗。

要達到目標，需要考慮公衛計畫中的經濟和政治因素。若希望讓患者有效接受治療，必需注意執行治療的地點，患者需要支付的費用，以及令患者感到不方便和不舒服的原因。

1990 年代陳建仁還是台大的年輕教授，在對抗砷汙染時，首度學到這些教訓。當時他發現飲用水中有愈多砷，癌症與心血管疾病的發病率便會愈高。

陳建仁和環境健康專家、土木工程師、地理學家、經濟學家、律師等不同專家合作，根據資訊設定管制標準，降低飲用水中許可的砷含量。他原本想的很直接，許可含量當然是愈低愈好。接著他意識到，更貴的水費，也會對健康造成影響。

這次經驗令陳建仁見識到，科學和技術在促進人類福祉上的侷限，以及跨領域合作與共同創造的必要。他感覺幸運，有這麼多機會將經驗應用於服務同胞。

我們也感覺幸運。

• 本文轉載自 新公民議會《建仁經驗談：做研究與做官，看問題的視角不同》

延伸閱讀

• 陳建仁和6國專家的COVID-19經驗與展望
• 台灣如何面對全球大流行的 COVID-19？陳建仁談台灣的防疫經驗
• 從科學人到副總統 陳建仁怎麼看生技、教改、健保問題—《科學月刊》
• 台灣人陳建仁、朱敬一，成為美國國家科學院院士
• 江山代有 B 肝出，各領風騷數千年—— B 型肝炎病毒的萬年演化史
• B型肝炎疫苗的誕生，和臺灣的B肝「清零」計畫——臺灣大學醫學院倪衍玄院長專訪
• B 肝疫苗及台灣的肝炎聖戰——疫苗科學的里程碑（三）

參考資料

• Taiwan’s pandemic vice-president — from lab bench to public office and back

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。

文/ Casual

很久很久以前…就流傳著蔓越莓能對泌尿道感染的問題有幫助。現代的科學告訴我們，這個說法應該是真的。

一個來自台灣大學的新研究證實蔓越莓果汁或其他的蔓越莓產品有助於預防某些人的泌尿道感染。不過要有這樣的作用每天得喝超過一杯的蔓越莓果汁才行，而且對有些人的效果會比較好。

根據此新研究引述的統計資料，美國每一年泌尿道感染導致 七百萬人以上的人去看醫生，十萬人以上住院，研究發表於 Archives of Internal Medicine。

一般來說泌尿道感染是因為細菌從尿道進入膀胱或是腎臟造成，且是常見於女性的疾病。

泌尿道感染的症狀有：

• 尿尿的時候會感到疼痛或是灼熱感
• 頻尿
• 碰到腰會痛
• 尿液惡臭或混濁
• 發燒與畏寒
• 噁心與嘔吐

蔓越莓 VS 泌尿道感染

在這個研究當中，研究者們從 13 個研究裡評估蔓越莓預防泌尿道的效果，這些研究涵蓋超過 1,600 人以上的資料。整體的結果顯示使用蔓越莓產品（果汁或補充品）的人泌尿道感染的風險少了 38%。

此外，蔓越莓對女性與兒童泌尿道感染的預防效果較佳。

關於本文

• 文章來源：WebMD
• 文章標題：Cranberries Combat Urinary Tract Infections
• 文獻與人物：
  Wang, C. Archives of Internal Medicine, August 2012.
  News release, American Medical Association.
  National Kidney and Urologic Diseases Information Clearinghouse: “Urinary Tract Infections in Adults.”
• 整理編譯：Sidney

原刊載於 營養共筆

• 本文接續上一篇：倫理難道不重要？基因編輯的爭議性在哪？——《上帝的手術刀》（中）

與其說倫理，不如說嚴格的專業監管

說到這裡，僅是對「不傷害其他人類個體」這條看似毫無爭議的倫理「紅線」略作討論，我們就能立刻看到社會慣常的倫理觀在面對新鮮事物，特別是科學發展時的無力。正因為這樣，我想，我們應該先承認倫理觀本身的多元化和動態性，以期從中達成科學進步與倫理觀念的協調，而不是試圖在科學領域中畫出一條不許越雷池一步的絕對「紅線」來約束科學發展。

如果說利用倫理問題約束基因編輯技術很可能徒勞無功，甚至會導致開歷史倒車的話，那麼我們是否就應該允許和放任類似的技術迅速進入臨床實踐，為人類有目的地改造自身遺傳因子、修改和創造自己偉大時代的到來歡呼呢？也不是。與其說倫理，不如說監管。我的看法是：

涉及人類應用的技術時，必須在嚴格的專業監控和法律約束下進行。這是在以下兩個邏輯下得到的結論。

基因編輯的技術與社會風險

第一個邏輯是上述討論過的技術風險問題。和人類掌握的大多數技術一樣，基因編輯技術，包括 CRISPR／cas9 技術，仍存在大量的未知問題和技術風險。其中最為人所知的是基因編輯的脫靶問題：

在有目的地編輯某個基因的同時，可能會在基因體其他無關位置引入非特異性遺傳改變。

與藥物的「副作用」概念類似，基因編輯技術的脫靶問題帶來潛在的臨床風險。因此，就像所有用於人類臨床實踐的藥物、醫療器械和手術操作一樣，改變人類胚胎的基因也必須接受嚴格的專業監管，在確保安全性和有效性可控的前提下，才能進行大規模臨床實驗。

而考慮到人類胚胎操作的特殊性，監控機制還必須深入人類生殖細胞的獲取、培養、體外受精和子宮植入等各個環節，確保不會有非法獲取生物材料和隨意開始培育人類胚胎的可能。對於任何一種相關研究，我們都必須追問，科學家有沒有透過合法途徑取得人類胚胎？提供者是否知情同意把這些人類胚胎用於研究？科學家如何確保這些人類胚胎在實驗結束後被徹底銷毀，而不是又被放回母親的子宮？在學校和政府監管層面，人類胚胎的遺傳操作是否取得了相關許可，是否遵循對人類胚胎的操作指南和倫理要求？

只有所有相關的研究程式都得到嚴格的專業監管，我們才能做到盡可能規避技術風險，確保該技術不會在尚未成熟階段就進入臨床實驗。但是，僅僅進行倫理層面的疑問並不能幫助我們改善技術和管控技術風險。

第二個邏輯則是不少人曾指出的社會風險。儘管基因編輯技術仍存在巨大的技術障礙，奢談其大規模的臨床應用為時尚早，但人類胚胎基因編輯技術的確有被濫用的可能。最嚴重的潛在社會風險包括，基因編輯可能造就永久性的階級分化，基因編輯可能被希特勒這樣野心勃勃的人用來大範圍改造人類。

技術應用為時尚早，但我們絕不應該忽略這一潛在風險。

然而，有風險並不是禁止基因編輯技術的理由。事實上，單純禁止科學家合法研究某一項技術，往往會把相關技術研究推向暗處，造成更加難以監管的局面。在如何對待基因編輯技術的問題上，人類對原子能的和平利用應該說是一個不完美但可資借鑒的範本。限制關鍵技術細節外流，追蹤和控制關鍵實驗設備和原料流向，加強相關技術人員訓練，規範相關研究和應用機構的工作準則，應該能夠幫助我們大大降低技術進步帶來的社會風險。

科學改變世界，用開放的心態和嚴謹的監控來面對未來

青山遮不住，畢竟東流去。這句詩也許能代表科學進步在人類社會發展中的地位和意義。

也許自科學誕生的那一天起，人們對科學被誤用和濫用的恐懼就如影隨形。這種擔心並不全然是無本之木：一方面，科學進步確實馬不停蹄地改變人類的生活方式、思維習慣、社會結構乃至人類本身，對科學這種無堅不摧的力量的恐懼是自然而然的；另一方面，已有太多的歷史教訓告誡我們，尖端科學與技術成就一旦落入「壞人」之手將會造成多麼大的破壞。

然而，青山遮不住，畢竟東流去。

歷史的經驗告訴我們，人類對自身和對世界的認識與改造也許會停滯，但似乎從未被逆轉。在 21 世紀開頭的十幾年，我們已經見證了以鋅指核酸酶、「神話」核酸酶以及以 CRISPR／cas9 技術為代表的基因編輯技術發展，迅速降低了人類改造自身遺傳因子的門檻，為人類治療疾病、預防疾病乃至改善自身性狀開啟了一扇大門。

不管是恐懼也罷、抵觸也罷、歡迎也罷、漫不經心也罷，我們這個物種在進化數十億年之後，確實已經站在大規模改造其他生物乃至創造自身的門檻上。在這個很可能被載入史冊的關口，與其試圖用道德觀念和倫理批判延緩腳步，還不如用更開放的心態擁抱它，用最嚴格的監管管控它，讓新技術在進化成熟之後，讓人類更能認識和改善自己。

本文摘自《上帝的手術刀》，2019 年 1 月，大寫出版。

文/ Casual

很久很久以前…就流傳著蔓越莓能對泌尿道感染的問題有幫助。現代的科學告訴我們，這個說法應該是真的。

一個來自台灣大學的新研究證實蔓越莓果汁或其他的蔓越莓產品有助於預防某些人的泌尿道感染。不過要有這樣的作用每天得喝超過一杯的蔓越莓果汁才行，而且對有些人的效果會比較好。

根據此新研究引述的統計資料，美國每一年泌尿道感染導致 七百萬人以上的人去看醫生，十萬人以上住院，研究發表於 Archives of Internal Medicine。

一般來說泌尿道感染是因為細菌從尿道進入膀胱或是腎臟造成，且是常見於女性的疾病。

泌尿道感染的症狀有：

• 尿尿的時候會感到疼痛或是灼熱感
• 頻尿
• 碰到腰會痛
• 尿液惡臭或混濁
• 發燒與畏寒
• 噁心與嘔吐

蔓越莓 VS 泌尿道感染

在這個研究當中，研究者們從 13 個研究裡評估蔓越莓預防泌尿道的效果，這些研究涵蓋超過 1,600 人以上的資料。整體的結果顯示使用蔓越莓產品（果汁或補充品）的人泌尿道感染的風險少了 38%。

此外，蔓越莓對女性與兒童泌尿道感染的預防效果較佳。

關於本文

• 文章來源：WebMD
• 文章標題：Cranberries Combat Urinary Tract Infections
• 文獻與人物：
  Wang, C. Archives of Internal Medicine, August 2012.
  News release, American Medical Association.
  National Kidney and Urologic Diseases Information Clearinghouse: “Urinary Tract Infections in Adults.”
• 整理編譯：Sidney

原刊載於 營養共筆