科學寶可夢 #143 卡比獸：外表看似慵懶、腸道異於常人的巨獸

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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黃瓜 CONCOMBRE

黃瓜可以只做成冷盤沙拉，也能在鹽水、英式醃菜中展現出多種滋味，甚至可以煮成配菜。它的滋味比看起來的要複雜許多：很明顯它有綠質及強烈的葉綠素滋味，但也有碘和奶油味。沒有交集的兩個世界，讓這種蔬菜能往兩種滋味方向去發揮！

正確切削黃瓜：善用皮與苦味的微妙平衡

黃瓜外皮呈綠色並略帶苦味，想當然爾也有葉綠素滋味⋯⋯我們去皮不是為了美觀，而是要除掉這種苦味。又或者，我們可以刻意保留全部或部分黃瓜皮，對這有點侵略性的味道做進一步運用。經過斟酌的苦味能帶來無可否認的餘韻，也讓這種蔬菜含水量相當高的芳香特性變得複雜。薄荷、蒔蘿、青蘋果等「綠色」食材會凸顯出黃瓜的清新。

籽肉的碘香秘密：黃瓜與海鮮、乳製品是絕配

為何把黃瓜的果肉跟籽吃進嘴裡時，能感受到碘味和奶油味呢？答案是因為醛類^*1，存在於麵包皮和多種油裡。出乎意料的是，黃瓜能跟海藻、牡蠣、麵包和奶油做組合。為了發揮這些香氣，我們不妨將乳酸化合物（芒果、荔枝等）搭配帶乳香的乳狀食物（如希臘優格，這解釋了希臘沙拉醬﹝Tzatziki﹞^*2 之所以成功的原因。或是藍紋乳酪、昂貝爾藍紋乳酪﹝Fourme d’Ambert﹞、馬斯卡彭乳酪也可以），以及一些像孔德里約（Condrieu）這樣帶奶油香味的酒。有了黃瓜內部的果肉跟籽，這些組合就保證成功。

*1：主要為 (E,z)-2,6- 壬烯醛、2-壬烯醛（non-2-énal）。

*2：譯注：以希臘優格和黃瓜碎粒為主要材料的沙拉。

來試試吧！甘納許巧克力黃瓜

• 準備甘納許：煮滾 300 毫升的水，加入 1 克洋菜粉，離火並倒進 150 克的黑巧克力碎片攪打混合，再倒進容器裡約 1 公分高度，隨後放進冰箱至少一小時。
• 準備黃瓜：將黃瓜（用果汁機）榨成汁。提取 150 毫升，取其中一半與 1 克洋菜粉和一茶匙糖一起煮沸。離火，將剩下的另一半加進去，放涼後小心地倒在巧克力甘納許上（約 0.5 公分高），然後放進冰箱。
• 擺盤：切成固定長度（約 6 公分長，1.5 公分寬）。可和黑巧克力圓脆片（Tuiles）一起食用。

不同變化：富含葉綠素的活力蔬果汁

選擇未處理過的小黃瓜，連皮榨汁，增強青綠及微苦滋味。這種富含葉綠素的果汁可以調味油醋汁、雞尾酒（琴酒等）和西班牙冷湯。可以將果汁冷凍在冰塊盒裡供多次使用。

——本文摘自 拉斐爾．歐蒙（Raphaël Haumont）、提耶里．馬克思（Thierry
Marx），《料理滋味創意地圖：法國材料物理化學專家聯手米其林主廚，15種香調、80種常見蔬果食材的氣味因子，探索 1,500 種創新風味搭配！》，2024 年 8 月，積木文化，未經同意請勿轉載。

第一間自助服務商店的出現

在 20 世紀的頭數十年，包括自助服務在內的新式雜貨店營運方式，徹底改變了食品的購物模式，這種轉變在城市中尤其明顯。1917 年，田納西州的孟菲斯市成立了美國的第一間自助服務商店，這間店是克拉倫斯．桑德斯（Clarence Saunders）的小豬商店（Piggly Wiggly）。

在這之前，美國消費者買賣日常食品的流程，與 20 世紀美國人習慣的方式截然不同。店員通常會從櫃檯後的貨架上為顧客取貨。

此外，雖然雜貨店也會出售一些易腐損食品，但主要販賣的還是罐頭和其他加工產品。大部分的屠夫和農產品雜貨商，通常會在不同的商店經營特定的業務。從 1920 年代開始，越來越多大型雜貨店把鄰近的肉舖和農產品店併入他們的店裡。

雜貨店透過「合併」變身成超市

在這些「合併」的商店中，顧客只要進入一間商店就能買到許多種不同的食物，不再需要花時間前往 3 個不同的地點購物。儘管合併商店越來越普遍，但自助服務一開始只有應用在分裝好的食品上。

在多數商店中，購買肉類的方式和傳統肉舖差不多，商店中會有一個肉舖櫃檯，由男性店員提供切肉和銷售等完整服務。顧客會在肉舖櫃檯前排隊，告訴店員他們想要買的具體部位和重量。在這種交易過程中，顧客有機會詢問屠夫哪些肉是新鮮的，烹飪方式應該是烤還是煎。

屠夫會取出需要的肉塊，切下顧客想買的量再包裝好。在購買農產品時，顧客會於陳列在商店中的大量蔬果中挑選產品，拿去給農產品區的店員稱重並裝袋，接著在收銀台計算價格。

把易腐損商品整合進超市後，零售商獲得了機會，可以把整間店的品質都展現給消費者看，藉此吸引消費者並建立顧客忠誠度。相較於分裝好的食品，消費者比較常購買的是易腐損產品。

如果雜貨商能提供各種高品質的蔬果和肉類，顧客光臨這間商店的頻率就會高於其他商店。在購買罐頭食品、盒裝麥片和瓶裝商品等雜貨時，無論在哪裡購買，獲得的都是同樣的商品。單就這些產品而言，商店只能靠著較便宜的價格和較多元的品項來勝過其他店家。

「展示櫃」展現商品多樣性吸引消費者

易腐損產品則不同，這些產品的品項會隨著季節變化，有時甚至每天都不同，這種多樣性是許多購物者對商店感興趣的原因之一。

由於改變之後的肉舖與農產品銷售區具有繽紛的「天然之美」，又有機會用充滿吸引力的方式展示，所以這兩個區域變成了商店的「展示櫃」。

在 1920 到 1930 年代，雜貨手冊和行業雜誌不斷強調新鮮農產品在超市企業中的重要性：易腐損產品「透過視覺對消費者產生了最大的吸引力」。

商品的「最佳位置」能成功吸引消費者

雜貨業的主流行業雜誌《先進雜貨商》在 1935 年指出，沒有任何商品「能像新鮮蔬果一樣，如此自然地吸引顧客的注意並刺激食欲」。另一篇文章則主張「種類繁多的新鮮蔬果，以吸引人的方式展現出天然色澤和新鮮度」，消費者將會因此受到吸引，走入商店。

商店甚至可以用「外觀看起來特別新鮮或特別好的商品」，來合理化商品的價格為什麼比其他商店更昂貴。雜貨商認為架上蔬果的外觀是影響銷量的最重要因素，他們如何用有吸引力的方式陳列農產品，也會使整間店的氛圍產生變化。

因此，他們往往會把農產品區設置在商店的「最佳位置」，通常會是入口附近。農產品與肉類的顏色對雜貨店的營運來說之所以會這麼重要，不只是因為這些顏色能使商店內部顯得更明亮，也因為顏色是顧客判斷食物品質的關鍵指標，他們會依此決定要不要購買特定商品。

——本文摘自《秀色可餐？：所謂的新鮮和健康，都是一場精心設計》，2023 年 6 月，今周刊，未經同意請勿轉載。