泛知識節紀實：你不知道的實驗動物

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

隨著 COVID-19（俗名：武漢肺炎）疫情在全球各地升溫，許多大學、研究機構都採取停課措施，以避免校園成為病毒傳播的溫床。在疫情的陰影之下，校內學生和教職員除了上課受到影響，諸多進行中的科學研究計畫也被迫停擺，導致各領域的研究發展都受到重挫。

許多研究人員表示，他們過去不曾經歷過如此大規模的研究工作受到中斷，疫情造成的損失更是難以數計；《Science》的主編 Holden Thorp 也說，如果實驗所需物品的供應和研究進度持續停滯，「我們將失去很多科學知識。」

研究人員在家工作，生物醫學研究停擺

上週，哈佛大學文理學院向教職員工生發布通知，要求大家在 3 月 18 日前逐步減少研究活動，接下來的 6 到 8 週則暫停前往實驗室。愛荷華大學、塔夫茨大學等學校也祭出類似措施，以防堵肺炎疫情擴散。

考量到公共衛生與研究人員的健康，大部分的實驗室也都遵守學校及研究單位的規定，讓實驗室人員在家閱讀文獻、分析資料，例行性的實驗室會議也改為線上討論。

然而，生物醫學研究並非在家中書房內或是沙發上就可以完成，缺乏特殊裝備、儀器及實驗動物，研究幾乎完全停擺。哈佛研究員 Richard Lee 就表示，他所在的實驗室正在進行一項為期 4 至 6 個月的老鼠實驗，關閉實驗室意味著他們過去幾個月付出的時間和心血將付諸東流；此外，該實驗室正在進行的老人免疫系統 DNA 研究也暫時中止，復工之時遙遙無期。

大腸桿菌當然也不是可以在家培養的東西。

密西根州立大學的 Richard Lenski 自 1988 年起，致力於觀察微生物生長、演化的情形，至今已培養超過 73,000 代的大腸桿菌。為抵擋這波來勢洶洶的肺炎疫情，Richard Lenski 決定將大腸桿菌冷凍保存，中斷 32 年來從未停歇的實驗。

為了降低損失，約翰霍普金斯大學則將校內正在進行的臨床研究實驗依據急迫性和重要性分為三等級：

• 第一等級：為「非做不可 ( essential ) 」，包含和 COVID-19 有關的試驗，以及停止試驗將對患者生命有即刻威脅性的臨床研究，此類研究可以如常進行，也可以繼續招募新的受試者。
• 第二等級：包含多項癌症試驗，研究者可在減少人與人面對面接觸的情況下繼續工作。
• 第三等級：多為長期追蹤的世代研究，研究者僅能透過 e-mail 或是電話方式與受試者聯繫。

實驗動物缺乏照顧只能自生自滅？

實驗室關閉的另一大隱憂，是實驗動物的照顧問題。哈佛大學演化生物學家 Hopi Hoekstra 的實驗室中，飼養了許多用於觀察動物行為的老鼠，而這些特殊樣本都是研究團隊辛苦從野外蒐集回來的。若疫情持續延燒，將導致動物照護人力短缺，最壞的情況下，研究團隊可能需要撲殺實驗室內一半的動物。

不過，約翰霍普金斯大學及耶魯大學的動物資源中心主管受訪時表示，事情並沒有大家想像的那麼悲觀。他們讓動物照護人員採輪班制，減少彼此間的接觸，以降低整個團隊工作停擺的機會，且研究機構內有多個動物照護團隊，若不幸有工作人員染病或需隔離，可以由其他團隊人員替補，因此不用擔心實驗室內的動物無法得到必要的照顧。

約翰霍普金斯大學研究動物資源中心副主任 Eric Hutchinson 認為，即使疫情真的到了無法控制的地步，大部分的實驗動物都可以在僅供給食物和水、不清洗籠子的情況下，安穩存活 14 天。耶魯大學動物資源中心副主任 Peter Smith 則說，若真的不幸有一半的動物照護人員停工，他們仍可以進行基本的動物保健。

上至天文下至地理，各領域學者皆成受災戶

當然，除了生物醫學領域的科學研究之外，其他領域的科學研究也因為實驗室停工、全球各地的入境管制、經濟衝擊等改變而受到或大或小的影響。

密西根大學物理學者 David Gerdes 見全球疫情嚴峻，因而取消了 4 月前往智利天文台觀測的計畫。不巧的是，NASA 的新視野號 ( New Horizons ) 目前正以每小時 3.6 萬英里的速度經過古柏帶 ( Kuiper belt ) 的中心，因此正是近距離觀察古柏帶物體的絕佳時機，若放棄了這次的觀測，未來 10 年內可能再也盼不到這麼好的機會。

而流行病學家 CamilaGonzález-Beiras 原本在巴布亞紐幾內亞內進行熱帶肉芽腫 ( yaws ) 抗生素研究，然而，武漢肺炎疫情在全球擴散之後，當地的衛生官員被調派至機場執行檢疫工作，資助此研究計畫的世界衛生組織及當地衛生單位也將經費挪至防疫用，以西班牙籍工作人員為主的工作團隊更因班機取消而無法前往巴布亞紐幾內亞。因此，此項攸關當地人民健康的研究被迫暫時停止。

就連美國國家航空暨太空總署 ( NASA ) 的 2024 年登月計畫也難逃武漢肺炎的攪局，位於紐澳良市的火箭裝配廠由於當地疫情升溫而關閉，原定 3 月 20 日進行的太空發射系統 ( Space Launch System ) 及獵戶座太空船 ( Orion ) 測試工作皆取消。這表示已經延宕多年的登月時程將再度推遲，NASA 重返月球的日子仍不明朗。

雖然心血結晶可能在這波疫情之中成為泡影，但大部分的研究者為了將資源留給公共衛生，並照顧自己與研究夥伴的健康，多選擇乖乖待在家中，進行實驗數據的推算與分析，或是編寫未來的研究計畫。同時，他們也在心裡祈禱著疫情獲得平息，早日重返他們熱愛的科學研究與熟悉的實驗室。

參考資料

• Updated: Labs go quiet as researchers brace for long-term coronavirus disruptions
• Respirators, quarantines, and worst-case scenarios: Lab animal facilities grapple with the pandemic
• Coronavirus pandemic forces some research labs to shut down, with uncertain futures for scientific projects
• COVID-19 pandemic disrupts U-M research projects far and wide
• 武漢肺炎攪局，美國 2024 年重返月球夢恐延宕

• 圖文／肉桂是一隻貓
• 責任編輯／郭宜蓁、張語柔

生活中，除了無所不在的一氧化二氫，我們還能接觸到各式各樣的化學物質，像是藥物、疫苗、保養品、化妝品、健康食品等。然而，我們之所以能夠毫無顧慮地讓這些化學物質直接碰觸我們的皮膚，甚至是影響我們的身體，是因為背後有一群大功臣——「模式生物」。牠們的貢獻還不只於此，在人類疾病、心理學、遺傳學、發育生物學、神經科學等研究中，牠們也佔有重要的位置。

什麼是「模式生物」呢？模式生物是實驗動物的一種，是被廣泛研究，並對其構造與生物現象有深入了解的物種。依據針對這些特定物種的科學研究結果，可歸納出涵蓋許多生物的模型。接下來，就讓我們來看看動物中，有哪些較為普遍的「模式生物」吧！

小鼠與大鼠

談及實驗動物，腦中第一個浮現的就是實驗鼠：小鼠（Mus musculus）與大鼠（Rattus norvegicus）。

實驗使用的大小鼠為馴化後的白化品系，白毛紅眼，兩者體型差異甚大，成年雄小鼠約 20~40g，成年雄大鼠約 300~400g。為藥物與毒理試驗的基本實驗動物。

科學研究利用大小鼠進行人類疾病研究，例如高血壓、青光眼等。另外心理學、神經科學研究則利用大小鼠進行水迷宮試驗來觀察空間學習能力或神經生理等。

斑馬魚

斑馬魚（Danio rerio）廣泛運用在發育生物學和分子發育遺傳學的研究，又稱為「水中的小白鼠」。

斑馬魚成魚體長約 4~6 公分，體外受精，受精卵在體外發育，發育過程中胚胎透明容易觀察與操作，為科學家研究脊椎動物早期器官發育和型態分化提供了極佳的觀察研究素材。

許多人類疾病可以成功模擬到斑馬魚上而進行研究，例如癌症或心血管疾病等，並且也已建立斑馬魚的免疫模式，是免疫研究的廣泛運用模式生物。由於斑馬魚幼魚能再生其心臟、體側線的毛細胞、視網膜神經元等重要細胞，故也是用以研究再生的重要模式生物。

非洲爪蟾

非洲爪蟾（Xenopus laevis）兩棲生物，可以說是模式生物裡的少見的青蛙（？）王子。

非洲爪蟾的胚胎大容易進行實驗操作，是發展生物學的重要生物研究材料，並且非洲爪蟾的卵母細胞是分子生物學重要的表達細胞，用以表現 DNA 與 mRNA 之對應蛋白質以進行研究。

黑腹果蠅

黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）體型很小，體長小於 3 mm。

黑腹果蠅的生命週期短，繁殖力強，容易飼養，遺傳物質結構簡單，只有四對共八條染色體，其中一對為性染色體，易於進行基因定位與操作，容易誘導明顯的突變表徵，是研究遺傳學、發育生物學的重要模式生物，黑腹果蠅目前已「貢獻」了 8 個諾貝爾獎。

秀麗隱桿線蟲

秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）非寄生性線蟲，以細菌為食的線性動物，全身體透明，成蟲長度約 1 mm，雌雄同體。

秀麗隱桿線蟲的基因定序在 1998 年完成，也是第一個完成基因體定序的多細胞動物，同時是目前身體每個一細胞都能被溯源的生物，可以說是「超級模式生物」。在發育生物學、細胞凋亡研究作出卓越無可取代的貢獻。

另外，秀麗隱桿線蟲已被成功建構神經完整連接體（Connectome），意為其體內神經系統內所有神經連接的映射被架構完成，是神經生物學研究的模式生物。

「模式生物」之於人類

模式生物幫助科學研究的進行，加速我們對未知的理解，還能檢驗藥物、保養用品的安全性。模式生物的「生命」是我們應該好好重視的，牠們的犧牲奉獻並非理所當然，我們除了感謝牠們的存在之外，盡可能地給予模式生物最好的生活，在運用模式生物前，更要審慎評估，避免濫用以及不尊重其生命。