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請問一下學長學姊,上解剖課的時候屍體是自己帶還是學校發?–科學開封府

泛科市集的B編_96
・2016/09/13 ・7085字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 471 ・五年級

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從「科學」的角度解「開封」印在商品中的知識,就是我們科學開封府的職司。開封府內的胞大仁㜊妱公猻測會不定期介紹各種與科學有關的各種玩意,有時溫柔勸敗,偶爾龍虎狗頭鍘伺候剁手,不管怎樣,請您上座啦!

歡迎來到科學開封府,我是開封府的胞大仁,今天由我來跟大家聊聊「解剖」。

人活得好好的,解什麼剖?

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1617年的解剖課(Anatomy lesson of Dr. Willem van der Meer, 1617)。圖/By Michiel van Mierevelt, Public Domain, wikimedia commons.

說到解剖,十個人裡頭有八個人會想到大體老師,另外八個人會想到青蛙(咦?八個人加八個人不是十六……),其他像是「達文西」、「科學怪人」、「庖丁解牛」之類也都是提到解剖的時候會被聯想的關鍵字(好啦,其實都是我自己亂想的)。

其實解剖學歷史悠久,到現在更演變出多元樣貌。早在西元前 1600 年左右,當時某位熱愛抄筆記的埃及人根據更早之前,也就是西元前 3000 年前的埃及名醫印何闐——是的,就是那位會讓你想不斷喊他的名字的那位——所留下的資料,整理出了一份超長的醫學論文集。說它長,是因為真的很長,有 5 公尺那麼長,寬呢有 33 公分,而且還有分頁,17 頁寫在正面,還有 5 頁寫在背面。這份文件的第一位已知持有人,叫做艾德溫.史密斯,是個開羅的古董商,因此這份文稿以他為名,稱作《艾德溫.史密斯紙草文稿》。不過這個人不重要,我們就把它先忘了。

回到這份文件,既然它可以被稱為醫學論文,當然是因為它的撰寫方式十分科學,從「標題」、「檢查」、「診斷」、「治療」到「備註」分得清清楚楚,診斷還分成有容易醫治、不容易醫治以及無法醫治三個選項,這麼標準化的詳細記載方式,跟現在主流醫學的臨床診療指引也差不了多少。

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這份文件跟解剖的關係,就在於這是史上第一次在文件中指稱出「腦」這個器官,不但提及腦膜、脊髓及腦脊液等等部位,並載有降低顱內壓的開顱手術,可謂最早的神經外科醫學文獻。要知道,埃及人不重視大腦,他們做木乃伊的時候會把大腦從鼻孔鉤出來丟掉,體腔內的內臟則是罐裝保存,這也太差別待遇了吧。另外,這份文件裡頭還包括 90 個解剖學詞彙以及 48 篇外傷相關文章。要說這不是解剖學的起源,大概就沒別的了。

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埃及人製作木乃伊時會把內臟取出來,但會把大腦丟掉。噢不~大腦來世還是有用的阿!

後來解剖學的發展重地換成了希臘,解剖的英文 Anatomy 就是來自希臘文 ἀνατέμνω anatemnō ,意思就是「我割我割我割割割」(I cut up, cut open)。古希臘歷來有非常多人在解剖學上有所貢獻,包括「醫學之父」希波克拉底,跟什麼都會參一腳的亞里斯多德,亞里斯多德甚至被視為是比較解剖學的創始人,真是超級哲學家啊!不過呢我想要特別介紹的是西元前 3 ~ 4 世紀的希羅菲盧斯(Ἡρόφιλος,英文 Herophilos),他是被稱做是古代解剖學的創始者,是一位外科醫生,也是第一位有系統地對人體做科學解剖的科學家,當時他時常對活人做解剖,這些人都是罪犯。就這樣他剖了又剖,獲得了其他人無法企及的解剖學知識,例如他反駁了亞里斯多德,認為心智的所在不是心臟,而是腦,他是個實證主義者,認為知識要建立在真實可確認的證據之上,不過用這種方式追求真理的結果是被人指控,據說他進行的活人解剖超過 600 人,算得上大屠殺了。

後來歐洲進入中世紀,將近一千年在解剖學上沒有太大進展,那時候替軍人動外科手術的不是醫生,而是同樣有著銳利刀具的理髮師,所以他們成了解剖學的代言人。將近千年,歐洲的主流醫學一直是受到西元二世紀的古羅馬醫學家蓋倫的論述所支配,這麼一用就一直沿用到了十六世紀,到了近代解剖學之父安德雷亞斯.維薩里(Andreas Vesalius)才開始向巨人進擊,回到實證基礎,更正千年以來的錯誤。

後來到了十八世紀末跟十九世紀,解剖學又熱門起來,特別在英國,熱門到剛辦完喪事的屍體都會被小偷從墓裡頭盜走賣給學校上課用,比盜墓筆記還誇張,墓地還得特地蓋守望塔來監視小偷,當時的人顯然是沒有稱呼他們叫做大體老師的啦。後來經過法規制定跟醫學教學的改革,我們才進入了現代的解剖學。

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這麼哩哩拉拉的介紹當然是跳過很多細節,有興趣的朋友推薦你看兩本書,第一本書是蘇上豪醫師寫的《暗黑醫療史》,裡頭介紹了許多這一路以來醫學的跌跌撞撞,很多題目都跟解剖學有關,精彩有趣,值得一看。另外一本則是《我的十堂大體解剖課》,這是由美國康乃爾大學博士,現在慈濟大學醫學系解剖學科的教授何翰蓁根據第一手經驗所寫,非常值得推薦,看了就知道真的有人自帶大體老師去上解剖課啊!!!

解剖學有幾種?

解剖學是生物學的一支,與胚胎學、比較解剖學、演化生物學、系統發生樹研究等相關,又可以分成「巨觀層次」跟「微觀層次」,也就是直接用肉眼可以觀察的一種,跟透過光學儀器去看更小的細胞跟組織構造這一種,特別是後者,包括了我們都熟悉的 X 光、電腦斷層掃描(Computed Tomography,簡稱CT)、心血管造影、超音波、核磁共振等等醫學影像的技術,有點像是天文學家用各種光譜探索大宇宙,而醫學影像專家用各種方式探索身體內的小宇宙。

解剖學也可以用動物別來分,例如脊椎動物解剖學、兩棲動物解剖學、爬蟲類、鳥類、哺乳類、人類、無脊椎動物等等。另外也有所謂的表層解剖學(superficial anatomy),是一種不動刀解剖的解剖學,白話一點就是從外觀上看診。另外還有比較解剖學(comparative anatomy),白話就是把各種動物切了,跨物種來比較,前面提到的亞里斯多德,就是因為曾解剖了不同的動物做比較,就莫名其妙地成了比較解剖學的創始者了。最後啊,還有所謂的藝術解剖學(artisitic anatomy),顧名思義是為了藝術目的而做的解剖研究,這代表人物肯定就是達文西了。

為何要解剖青蛙?

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到底你們人類是為了什麼要解剖我呢?圖/By Orschstaffer, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

我跟很多台灣學生一樣,在唸書時曾經都要解剖青蛙,但最後也都不用解剖青蛙,因為基本上跟升學關係不大,所以就跳過了。當時沒覺得躍躍欲試,現在也不覺得遺憾,不過身邊還是有很多人曾解剖過,更別說念生科、念醫學的朋友,或是教生物的老師們了。

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對許多醫生來說,解剖青蛙是激起他們對生命熱情的重要時刻,但為何是青蛙?不是蟑螂或是老鼠呢?解剖青蛙其實是為了了解人類,透過觀察、碰觸和摸索身體裡頭這些不同的器官,可以了解器官們如何在身體裡頭運作,雖然青蛙跟人類完全是不一樣的動物,但複雜度接近,所以許多器官跟系統的運作模式是可以類比人類的,學生便於依此想像跟推論。

除了以蛙類了解人的目的以外,也可以透過解剖青蛙學習生態學跟演化。從青蛙的身體構造跟適應性可以看出牠們經過了怎樣的演化歷程,以讓自己在生態系統中找到一席之地,例如青蛙的舌頭那麼長又強韌,飛射出去的速度又快,老師就可以跟學生討論牠們是如何在那麼多樣化的棲地靠著舌頭找蟲吃,在這些地方扮演著什麼角色等等。

青蛙的尺寸不大不小剛剛好,在教室裡頭讓沒經驗的學生操作,還算是控制得了。另外,青蛙的壽命不算長,通常是看大小,短的一兩年,大一點的牛蛙雖然可以到十年,但也還好。要是解剖可以活很久的動物,心裡大概不太好負擔。最後,雖然整體來說無尾目(也就是蛙)有很多種類現在越來越少,但多的還是很多,有的還是侵略外來種,像是美洲牛蛙還有斑腿樹蛙等,就算以生態控制的目的來說也得殺,所以就順理成章成了解剖刀的目標啦。

有的老師是認為學生如果能真的動手解剖,更能把這門課牢牢記得(反之就跟我一樣完全沒記憶),也更能重視生命。然而這個理由恐怕是難站得住腳的。

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泛科電商_青蛙快打宣傳_20160913更新

解剖青蛙錯在哪?

前頭也說了,解剖青蛙一開始其實跟青蛙還真沒什麼關係,我們並不是為了想要了解青蛙的身體構造而解剖牠們,而是想要了解人類。對於生態跟青蛙演化的學習其實只是順便,是一種「既然都殺了一隻蛙,就趁機多學一點」的概念。

其實反對用青蛙教解剖的聲音也是不小,畢竟生命就是生命,如果可以請老師示範,或是用電腦 App 或是立體模型等等來代替的話,對大部分的學生來說,會不會就夠了呢?

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開啟青蛙解剖 app,你也可以用虛擬的刀一步一步解剖青蛙,不傷害活生生青蛙的方式,即使重來100次也沒有問題!

泛科學的作者賴亦德也曾經在個人的部落格上連續發表多篇,討論解剖青蛙與實驗動物的議題,他帶過很多學生做解剖,因此從中看到了不少問題。賴亦德認為教學本來應該與時俱進,但沒想到有少數老師就跟中世紀的理髮師一樣沒進步,用乙醚或是酒精來「麻醉」青蛙,沒想清楚青蛙的皮膚跟我們可不一樣,通透得可呼吸,這藥物一用下去,對蛙來說就不是麻醉,而是殘忍且痛苦地謀殺了。如此的話,學生恐怕在學會透過解剖來了解跟尊敬生命之前,就先重重傷了生命。

此外,根據對實驗動物的 3R 原則:也就是 Replace—— 如果可以不用動物就該避免,用其他方式;Reduce—— 如果可以減量就該減量;Refine—— 過程如果可以優化就該優化,降低痛苦。賴亦德也在〈關於脊椎動物解剖實驗:理想中的解剖實驗該怎麼帶?〉(以及該篇文章前的〈一點牢騷〉)中提出了他建議的實驗與教學目的的解剖動物做法,歡迎大家參考。他也不斷指出真正重要的還是教學雙方在做之前,都要更清楚為何要解剖?不要讓生命成為學生玩樂跟刺激的一次性可拋棄工具。

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剖了很多蛙之後,你知道牠們正面臨滅絕嗎?

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你知道很多我的同類就快絕種了嗎?還不快把我放下來!

常常聽見這樣的說法「當 XX 消失了,人類的末日也近了 」,XX 可以替換為蜜蜂、蝙蝠、鯊魚……等等,各有各的說服力,你大概也知道青蛙是其中常被拿來做為指標的物種,對人類的好處也很多。在 TED Ed 的〈青蛙消失和我有什麼關係?〉影片中就提到,青蛙對人類能有多少難以取代的價值(感謝 TEDx Taipei 摘要):

1.防止疾病傳播:青蛙會吃掉傳播瘧疾、登革熱和許多疾病的蚊子、蒼蠅和壁蝨,進一步防堵病菌無限擴張。

2.提供重要用藥的原料:青蛙皮膚上的抗菌胜肽能夠殺死人類的免疫缺陷病毒 (HIV),或做成防蚊液和止痛藥,讓我們不受疾病所苦。

3.生物指標:青蛙的皮膚極易吸收外界物質,因此當環境受到有毒物質污染,牠們的生命也會受到威脅,因此青蛙的存在是檢視環境乾淨與否的重要指標。

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4.食物鏈的重要角色:青蛙也是鳥、蛇和猴子等許多動物的食物,少了青蛙,食物鏈會受到影響,進一步讓動物圈面臨危機。

5.清潔水道:青蛙的幼蟲蝌蚪能吃掉藻類,讓水道保持乾淨,如此一來,我們就能降低對過濾系統的需求,也能減少水資源的消耗。

然而如今他們的族群面對驚悚的存亡危機,主要的原因,如我們都知道的,當然就是人類:

1.棲息地遭破壞:人類時時在與青蛙爭地,我們建造城市,砍伐樹林,流溼乾地,並將城市中僅有的一小片荒地改建成住宅,原來青蛙與兩棲動物的家被人類佔為己有,自然環境日漸減少,讓牠們無家可歸。

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2.使用化學藥劑:人類習慣在種植時使用大量的化學物質,尤其是除草劑,但是在使用前,這些藥劑在使用後多會流入兩棲動物生長的河道中,而牠們滲透力強大的皮膚就會輕易吸收這些毒物,因此讓牠們受到傷害。

3.氣候變遷:青蛙的習性是待在潮溼的環境中繁殖,而地球暖化造成極端氣候的情形日漸增加,各地常出現氣溫上升與乾旱的問題,首當其衝的就是兩棲動物。牠們的下一代不像鳥類有堅硬的殼,薄弱的保護層往往無法抵擋乾燥的環境,而無法讓下一代順利誕生。

4.過度捕捉:大量的野生兩棲動物被捕捉來當寵物之外,青蛙腿還常在世界各地被端上桌,成為人類滿足口腹之欲的食物。

5.外來種侵襲:許多人會購買外來的動物當作寵物,但是失去樂趣後又任意將牠們放生在非原生的環境中,這些外來的物種在陌生的地方繁殖,與原生種搶奪棲息地和食物之外,甚至可能侵略原生種,而使得許多在地動物消失。

6.細菌傳播:人類運輸上億隻兩棲動物到國外去,做為誘餌、實驗或觀賞之用,但是卻只有少數的法令規範這些動物在國際間往來,以致於「壺菌病」被帶進世界各地,而殺死許多兩棲動物。

上述這些蛙的困境,也是許多其他生物共同面對的。泛科學曾選書推薦的《第六次大滅絕》在第一章就以巴拿馬金蛙的故事開頭,如果你沒讀過,趕快去借或去買書來看。我只能說那是個恐怖的現實,壺菌已經席捲大半個巴拿馬的雨林,蛙類正以極快的速度消失。保育人士真的就像是神奇寶貝(精靈寶可夢)訓練師一樣,只能趕緊將他們都抓進保育箱內,救一隻算一隻,但想要復育或野放感覺已經是不可能的任務,這些蛙們以及牠們的後代(如果有的話),恐怕都只能永遠待在玻璃箱裡頭了……想到泛科學「科學大爆炸」曾經介紹過的特異功能蛙,我這輩子可能永不得見,不禁感傷。

講了那麼多…以下為工商服務

之所以會想談這個主題,是因為最近我買了泛科市集最近熱賣的一個品項:超仿真 4D 青蛙立體拼圖。這系列有人體各部位,有豬,有殺人鯨等,但最讓我喜歡的就是這款青蛙了。畢竟說到解剖,當然就是青蛙,而且大小也仿真,做得很精緻,皮膚上的凸起、內臟跟肌肉的紋路,都顧到了,上色也很細膩,雖然同一塊,但骨頭上就是不會沾上肌肉的顏色,絕對沒有一般玩具的廉價感。加上從皮膚到內臟都栩栩如生,組起來之後放在桌上陪著我寫這篇文章,特別有感覺。

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你在看我嗎?你可以再靠近一點。

我想對學生跟老師來說,這精緻的模型或許可以在某程度上取代解剖青蛙,此外,也可以讓同學更認識青蛙。對喜歡兩棲類(特別是青蛙的人來說),這當然是不可或缺的好物。對想要提醒自己第六次大滅絕危機的人來說,雖然牠不是巴拿馬金蛙,但也可以把它當作蛙類代表,提醒自己愛護環境。最後,對純粹想要放個裝飾在桌上的上班族來說,這個真的屌,同事經過肯定會駐足指指點點,開啟友誼之窗,不過老闆看到可能會問「你是自比為溫水煮青蛙是嗎?」這時你當然要懂得回答「我是自比為水陸兩棲蛙人,爬樹潛水樣樣行,堅苦卓絕,不動則已,動如驚雷,個頭雖小嗓門大,眼觀四面,大吃四方……」

4D蛙-02
如果裝不回去,別說你是解剖大師。

好了,我就唬爛到這邊了,這蛙隨時可剖隨時可復原,歡迎你跟我一樣買一組放在桌上,提醒大家「青蛙不能亡」!今天的科學開封府就到這邊告一段落,退堂啦啦啦啦啦!

購買 4D 青蛙請由此去→

4D半透視青蛙組合模型

4D蛙-05
被我的眼神電到了嗎?只要點我一下,你就能擁有我。

購買其他 4D 拼圖請由此去→

4D人體腦神經組合模型

4D腦-01

4D頭頸組合模型

4D腦-02
4D半透視豬組合模型

4D豬

PS. 本篇開封文標題發想來自網路熱傳的某個大學新生網路討論串

  • 經讀者提醒,本文中原提到「上解剖課,我一向自帶大體」文字,對於大體老師較不尊重,經考量後將相關文字改為「上解剖課,我一向自帶大體老師」。一直以來,醫學院相關科系必修「大體解剖」課程,多年之後,慈濟醫學院才把捐贈給這門課使用的遺體稱為「大體解剖課的老師」簡稱「大體老師」。
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泛科市集的B編_96
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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

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,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
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 / 圖片來源:envato

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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)」 / 圖片授權:Shutterstock

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。

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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)。

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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。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

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。

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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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那天下了一場「動物雨」!!
胡中行_96
・2023/03/13 ・2173字 ・閱讀時間約 4 分鐘

澳大利亞北領地的 Tanami 沙漠,有一個叫做 Lajamanu 的偏遠小鎮。2023 年 2 月 19 日晚間,突然下起驟雨。[1]直至隔天早晨,累積了 61.4 毫米的雨量。[2, 3]降雨期間,魚群也跟著從天上落下。[1]

19 世紀英國畫家 George Cruikshank 描繪俚語「raining cats and dogs」的概念。圖/參考資料 5(Public Domain)

動物雨的種類

英文俚語「raining cats and dogs」,以「降下貓狗」形容大雨滂沱[4]19 世紀的英國畫家 George Cruikshank,還拿這個比喻當題材,創作虛構作品(上圖),抱怨糟糕的天氣。[5]事實上回顧歷史,其他動物比較常由空中砸下來。早在西元前 1 世紀,羅馬博物學者老普林尼(Pliny the Elder)就曾記錄,隨著暴風雨墜落。文藝復興時期開始,更不時有版畫描繪此類事件(下圖)。除了與上述雷同的情形,也有的個案。 [6]19世紀以降的文獻,則增加了蜘蛛螞蟻蝸牛淡菜(貽貝)、寄居蟹,以及各色蠕蟲等千奇百怪的案例。[7]

16 世紀版畫:天空降「魚」。圖/參考資料 6,Figure 2(Public Domain)
17 世紀版畫:天上掉下大量的蛇(左)和鼠(右)。圖/參考資料 6,Figure 3(Public Domain)

許多動物雨的紀錄,要不是歷史悠久,死無對證;就是鄉民口述,人微言輕。信者恆信;質疑者則當是鄉野奇談,嗤之以鼻。然而,若有科學家挺身背書,那就不一樣了。1947 年 10 月 23 日,美國路易斯安那州野生動物與漁業局的生物學家 A.D. Bajkov,在該州的 Marksville,親身體驗奇妙的自然現象。他事後撰文,投稿《科學》(Science)期刊,[8, 9]興奮之情躍然紙上:

「那天早上 7、8 點之間,2 到 9 英吋(約 5 到 23 公分)的魚落在樹梢和院子裡」,使這個南方小鎮的居民困惑之餘,群情激昂。當時他和妻子正在餐廳裡享用早餐,一聽服務生說魚群從天而降,便立刻跑去蒐集。Marksville 銀行的總裁 J.M. Barham 表示,起床就發現數以百計的魚落在自家院子裏,鄰居太太家也是。7 點 45 分,1 名該銀行的員工和 2 個商人的路途,則遭魚群阻斷。[8]

「離餐廳半個街區外的銀行附近,平均每平方碼(約 0.84 平方米)就有一條魚。」有的慘遭車輛輾壓;有些則落在房子的屋頂上。「牠們屬於在地的淡水魚類…」這名生物學家如數家珍地,列舉了一堆名字。然後說他將撿來的魚,全部裝成一罐,泡福馬林,要「分送數個博物館」。[8]

水龍捲

根據美國國會圖書館的介紹,動物雨的肇因或許不只一種:許多科學家將矛頭指向,形成於陸地,並行經水域的水龍捲(waterspouts)。其最高風速為每小時 100 英里(約 161 公里),中央低壓渦漩(vortex),會像吸塵器般,吸入周圍的水、空氣,以及包含生物在內的小東西。水龍捲移動的過程中,因為逐漸失去能量,沿路容易掉東掉西,造成動物雨等現象。美國普渡大學的 Ernest Agee 教授,「曾見過小池子的水,整個被路過的龍捲風淨空」,所以覺得天上要是砸下幾隻蛙,也算頗為合理。[10]不過,如果水龍捲夾帶的,不是動物,而是石頭,就可能變成危險的石頭雨。這種情形,有時會被誤認為來自外太空的隕石雨。[6]

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上升氣流

南伊利諾大學的 Doc Horsley 教授等科學家,認為上升氣流(updrafts),也會導致動物雨:暖空氣由地表高壓處,向上升到較冷的低壓處。在暴風雨中,能超過每小時 60 英里(約 97 公里),幾乎與中等水龍捲相當,所以擄走小動物的潛力,也不遑多讓。[10]

一起掉落的物種

水龍捲和上升氣流,都是從路經之處,任意搜刮。既然被帶走的東西包羅萬象,為何同時落於一處的,卻是相近的物種?美國華盛頓大學的 William Hayden Smith 教授解釋:當風力漸減,重的東西,會比輕的先掉下來。於是,尺寸和重量雷同的個體,便一起墜落。[10]

魚還活著…

講了半天,所以那些澳洲沙漠裡的魚,後來怎麼了?當地的議員 Andrew Johnson Japanangka,告訴 ABC 新聞臺,有些魚落地後倖存。「被孩子們撿起來,保存於瓶罐裡。」同樣的事件在 1974、2004 和 2010 年,亦曾發生過,部份居民甚至記得當年的情景。總之,這在該小鎮,雖然罕見,但算是正常。[1]

  

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參考資料

  1. Allison C, Trevaskis L, Barwick A. (21 FEB 2023) ‘Fish ‘rained from the sky’, outback community says, in freak weather event’. ABC News.
  2. Lajamanu, Northern Territory – February 2023 Daily Weather Observations’. Australian Bureau of Meteorology. (Accessed on 24 FEB 2023)
  3. Notes to accompany Daily Weather Observations’. Australian Bureau of Meteorology. (Accessed on 24 FEB 2023)
  4. Cambridge University Press. ‘It’s raining cats and dogs!’ Cambridge Dictionary. (Accessed on 23 FEB 2023)
  5. George Cruikshank. ‘Very Unpleasant Weather, or, the Old Saying Verified “Raining Cats, Dogs, & Pitchforks.”!!!’. Yale Center of British Art. (Accessed on 23 FEB 2023)
  6. Franza A, Morelli M, Faggi D, et al. (2021) ‘To be or not to be, that is the question: The Marsala meteorite (Italy, 1834) and the role of the doubtful meteorites in the history of meteoritics’. Meteoritics & Planetary Science, 56(5): 922-943.
  7. Berenbaum MR. (2015) ‘Who’ll Stomp the Rain?’. American Entomologist, 61(3): 133–135.
  8. Bajkov AD. (1949) ‘Do Fish Fall from the Sky?’. Science, 109(2834): 402
  9. Dennis J. (2013) ‘6. It’s Raining Frogs and Fishes’. In: It’s Raining Frogs and Fishes: Four Seasons of Natural Phenomena and Oddities of the Sky. Diversion Books.
  10. Science Reference Section. (19 NOV 2019) ‘Can it rain frogs, fish, and other objects?’. U.S. Library of Congress.
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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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浣熊喜歡洗手,不是因為愛乾淨?大角羊的角,可以跟全身骨頭一樣重?5 個你意想不到的動物冷知識——《天生就是超級咖》
遠流出版_96
・2022/12/29 ・1190字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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1. 愛情召喚陣:雄性白斑河豚會藉由沙畫來吸引雌性產卵

在日本奄美大島有一種白斑河豚,會花一周的時間,在海底打造直徑為自己身長20 倍的巨大圓形沙畫,像是海底的麥田圈!但河豚這麼做的原因不是為了藝術,而是為了吸引雌性。沙畫特殊的沙丘構造使得中央留下了細緻的沙,雌性便在此產卵。

2. 非賣品:青蛙利用液壓的原理將舌頭快速射出

青蛙的舌頭上層有黏質蛋白可以用來沾附獵物,舌頭肌肉間空隙充滿了水,當發現獵物時,可以利用液壓的原理讓平時捲起的舌頭快速而精準地射出。不但如此,舌頭可以觸及的角度還十分廣闊多變喔!

3. 交叉:雄性大角羊的角重量可達身體其他骨頭的總重

大角羊的角是永久性的,不會脫落,雄性的角可重達14 公斤,跟全身的骨頭一樣重,用來對抗捕食者和爭奪交配權。但若是長的角度不正確,有可能會影響進食,導致餓死,或甚至插入自己的頭部而導致死亡。

4. 本末倒置:浣熊喜歡洗手或洗食物不是因為愛乾淨

牠們十分依靠手部觸覺來辨識物體,浣熊前爪的觸覺神經數量高出大部分的哺乳動物四到五倍。並且前爪浸泡在水裡時觸覺會變得更為敏銳,所以就產生了浣熊什麼東西都要放入水中感覺一下的習性。

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5. 旋轉馬殺雞:鱷魚和成年的海牛可以和平共存

在美國的佛羅里達州的水域,可以看到海牛與鱷魚和平相處在同個環境的情況,儘管鱷魚看似兇猛,但牠們鮮少會去攻擊成年的海牛,有時甚至可以看到鱷魚和海牛共游的情況,鱷魚有時還會攀附在海牛身上搭便車。

——本文摘自《天生就是超級咖》,2022 年 10 月,遠流出版,未經同意請勿轉載

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遠流出版_96
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遠流出版公司成立於1975年,致力於台灣本土文化的紮根與出版的工作,向以專業的編輯團隊及嚴謹的製作態度著稱,曾獲日本出版之《台灣百科》評為「台灣最具影響力的民營出版社」。遠流以「建立沒有圍牆的學校」、滿足廣大讀者「一生的讀書計畫」自期,積極引進西方新知,開發作家資源,提供全方位、多元化的閱讀生活,矢志將遠流經營成一個「理想與勇氣的實踐之地」。