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圍捕響尾蛇節:生命教育最壞的示範

曾 文宣
・2017/05/09 ・1867字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 490 ・五年級
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這是一個很沉重的故事,它訴說的不只是生命教育的徹底淪喪、還有人們始終優越於萬物的盲目情操……

圍捕響尾蛇節(rattlesnakes round-up)是個在美國中西部和南部一年一度舉行的殺戮活動(起碼有超過十的州有舉辦),特別在德州和奧克拉荷馬州相當盛行。這個影片裡,即是舉辦規模最大的德州甜水(sweetwater)圍捕響尾蛇節(2019年活動從3/8到3/10)。

為期數天的活動都在幹嘛呢?

有不少的人,他們做盡了喪心病狂的殘忍殺戮,還以此宣導為教育目的,手染著鮮血然後談著人們怎麼成功地控制蛇害。但是,從來沒有任何研究指出這些響尾蛇真的有族群量過多的問題……

除了作秀般的抓蛇演練、搾取毒液(很難相信這些毒液真的有進入血清等醫療用途)、蛇肉烹飪與大胃王比賽,而全場活動的最高潮,莫過於眾目睽睽之下,將幾百隻、幾千隻的響尾蛇,一個一個剁掉蛇頭,然後棄到一旁的垃圾袋中……順手又捻來一隻,準備下刀

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『在1990年代的德州,據估計有將近12萬5000條的響尾蛇慘遭毒手。』

蛇從哪裡來?

 動物星球頻道不是會播映《追捕響尾蛇》的節目嗎?看著那些處心積慮想要捕得一條大蛇的捕蛇人,在那荒腔走板地演著空洞劇本。摁,沒錯,為了這個節日,不少響尾蛇事先都先抓好惹。

SOP是甚麼?有經驗的捕蛇人會找到蛇窩、蛇洞,然後呢,灌入滿滿的石油,逼得響尾蛇怎麼樣都只能出洞,拚死一活。

蛇的處境如何?

為了怕人被傷害,因此將蛇的嘴巴縫了起來。source:影片截圖

糟糕到你完全不能想像。被抓起來的蛇,就是幾百隻地隨意放置在某個角落吧。這些源自大自然的寶貴生命,在節日到來的幾周、甚至幾個月,都沒有吃東西,甚至喝不到半滴水。每一條上處刑場的響尾蛇,可能都嚴重脫水、氣力用盡、連掙扎的自由都沒有。你知道嗎?就像影片說的,不少蛇甚至嘴巴被縫起來,以防哪個殺蛇人一個不注意被弄傷了。眼前只能等死的牠們,連條蛇都不是。

而且,斬首後的響尾蛇,也不會立即死去。在牠們生命悲慘的最後片刻,只能盯著身旁其他身首異處的同伴,發不出半點悲鳴、流不出半滴眼淚,就這樣靜默地、痛苦地死去。

餘波盪漾、淪喪的教育

最讓我覺得難過的是,圍觀的群眾們不乏各個年齡層的孩子們。他們提前感受到人們主宰生命的殘酷,但沒有人會告訴他,這麼做是不對的、虛假的、民粹的。小小的心靈,在眼前閃爍著耀眼光環的大人手裡,一手握蛇,一手斬首。伴隨著掌聲和歡呼聲,這些濺血的蛇屍體,有多少孩子可以知道牠們也是「生命」呢?

也有小朋友在一旁圍觀。source:影片截圖

罪大惡極的還在後頭,主辦單位還會請孩子們手沾響尾蛇的血,然後在展場某面的牆壁上,蓋上一個個小小的血手印。這是一個魔性的印記,警示著萬物,那些人們是怎麼蹂躪另一種生命型態,然後再傳給下一代。

一點點省思

『試問,如果今天把填滿刑場的響尾蛇,都換成鸚鵡、松鼠或是犬貓呢?』

從生命存在的價值來看,野生動物有其不可抽離生態系的理由,這些蛇類的數量消長,大幅影響在地小型囓齒類動物的族群數量。這些生態上的功能剝奪,都是不可逆,也不可替換的。假使今天換成了伴侶動物、或是經濟動物,這活動還辦得下去嗎?幾百頭的牛,眾目睽睽下砍頭屠殺,很難讓人拍手叫好,然後說「溫體牛好棒棒」。

如果蛇類讓你恐懼,那一點都不打緊。你可以選擇繼續疏遠這些讓你害怕的生命,或是選擇勇敢一點、好好了解自己究竟在怕甚麼害怕蛇咬人?害怕濕濕黏黏的身體?害怕長長的東西?在我接觸過、願意面對了解蛇的朋友們,在正確的導引之下,大多不會再恐懼、厭惡這些生命。

恐懼也許是你合理化殺蛇的理由,這完全可以說服的了我。可是各位回頭看看這樣圍捕響尾蛇的文化,可能真有那麼幾分恐懼……但,有多少譁眾取寵、自恃優越的情感呢?

當人們與其他生命的連結太短,接觸的生命型態太少,有誰還能在下刀之前好好思考?眼下,面露兇光、訴諸仇恨的名眾,依然群起鼓譟著。我想,這個舉世譁然的最惡殺戮,短時間還不會停止呢。

響尾蛇們,Rest in peace。

Photo source:Max Pixel

 

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曾 文宣
22 篇文章 ・ 15 位粉絲
我是甩啊!畢業於臺灣師範大學生科系生態演化組|寫稿、審稿、審書被編輯們追殺是日常,經常到各學校或有關單位演講,寒暑假會客串帶小朋友到博物館學暴龍吼叫。癡迷鱷魚,守備領域從恐龍到哺乳動物,從陰莖到動物視覺,因此貴為「視覺系男孩」、或被稱呼「老二大大」。

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LDL-C 正常仍中風?揭開心血管疾病的隱形殺手 L5
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/06/20 ・3659字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 美商德州博藝社科技 HEART 合作,泛科學企劃執行。

提到台灣令人焦慮的交通,多數人會想到都市裡的壅塞車潮,但真正致命的「塞車」,其實正悄悄發生在我們體內的動脈之中。

這場無聲的危機,主角是被稱為「壞膽固醇」的低密度脂蛋白( Low-Density Lipoprotein,簡稱 LDL )。它原本是血液中運送膽固醇的貨車角色,但當 LDL 顆粒數量失控,卻會開始在血管壁上「違規堆積」,讓「生命幹道」的血管日益狹窄,進而引發心肌梗塞或腦中風等嚴重後果。

科學家們還發現一個令人困惑的現象:即使 LDL 數值「看起來很漂亮」,心血管疾病卻依然找上門來!這究竟是怎麼一回事?沿用數十年的健康標準是否早已不敷使用?

膽固醇的「好壞」之分:一場體內的攻防戰

膽固醇是否越少越好?答案是否定的。事實上,我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種:高密度脂蛋白(High-Density Lipoprotein,簡稱 HDL)和低密度脂蛋白( LDL )。

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想像一下您的血管是一條高速公路。HDL 就像是「清潔車隊」,負責將壞膽固醇( LDL )運來的多餘油脂垃圾清走。而 LDL 則像是在血管裡亂丟垃圾的「破壞者」。如果您的 HDL 清潔車隊數量太少,清不過來,垃圾便會堆積如山,最終導致血管堵塞,甚至引發心臟病或中風。

我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種:高密度脂蛋白(HDL)和低密度脂蛋白(LDL)/ 圖片來源:shutterstock

因此,過去數十年來,醫生建議男性 HDL 數值至少應達到 40 mg/dL,女性則需更高,達到 50 mg/dL( mg/dL 是健檢報告上的標準單位,代表每 100 毫升血液中膽固醇的毫克數)。女性的標準較嚴格,是因為更年期後]pacg心血管保護力會大幅下降,需要更多的「清道夫」來維持血管健康。

相對地,LDL 則建議控制在 130 mg/dL 以下,以減緩垃圾堆積的速度。總膽固醇的理想數值則應控制在 200 mg/dL 以內。這些看似枯燥的數字,實則反映了體內一場血管清潔隊與垃圾山之間的攻防戰。

那麼,為何同為脂蛋白,HDL 被稱為「好」的,而 LDL 卻是「壞」的呢?這並非簡單的貼標籤。我們吃下肚或肝臟製造的脂肪,會透過血液運送到全身,這些在血液中流動的脂肪即為「血脂」,主要成分包含三酸甘油酯和膽固醇。三酸甘油酯是身體儲存能量的重要形式,而膽固醇更是細胞膜、荷爾蒙、維生素D和膽汁不可或缺的原料。

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這些血脂對身體運作至關重要,本身並非有害物質。然而,由於脂質是油溶性的,無法直接在血液裡自由流動。因此,在血管或淋巴管裡,脂質需要跟「載脂蛋白」這種特殊的蛋白質結合,變成可以親近水的「脂蛋白」,才能順利在全身循環運輸。

肝臟是生產這些「運輸用蛋白質」的主要工廠,製造出多種蛋白質來運載脂肪。其中,低密度脂蛋白載運大量膽固醇,將其精準送往各組織器官。這也是為什麼低密度脂蛋白膽固醇的縮寫是 LDL-C (全稱是 Low-Density Lipoprotein Cholesterol )。

當血液中 LDL-C 過高時,部分 LDL 可能會被「氧化」變質。這些變質或過量的 LDL 容易在血管壁上引發一連串發炎反應,最終形成粥狀硬化斑塊,導致血管阻塞。因此,LDL-C 被冠上「壞膽固醇」的稱號,因為它與心腦血管疾病的風險密切相關。

高密度脂蛋白(HDL) 則恰好相反。其組成近半為蛋白質,膽固醇比例較少,因此有許多「空位」可供載運。HDL-C 就像血管裡的「清道夫」,負責清除血管壁上多餘的膽固醇,並將其運回肝臟代謝處理。正因為如此,HDL-C 被視為「好膽固醇」。

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為何同為脂蛋白,HDL 被稱為「好」的,而 LDL 卻是「壞」的呢?這並非簡單的貼標籤。/ 圖片來源:shutterstock

過去數十年來,醫學界主流觀點認為 LDL-C 越低越好。許多降血脂藥物,如史他汀類(Statins)以及近年發展的 PCSK9 抑制劑,其主要目標皆是降低血液中的 LDL-C 濃度。

然而,科學家們在臨床上發現,儘管許多人的 LDL-C 數值控制得很好,甚至很低,卻仍舊發生中風或心肌梗塞!難道我們對膽固醇的認知,一開始就抓錯了重點?

傳統判讀失準?LDL-C 達標仍難逃心血管危機

早在 2009 年,美國心臟協會與加州大學洛杉磯分校(UCLA)進行了一項大型的回溯性研究。研究團隊分析了 2000 年至 2006 年間,全美超過 13 萬名心臟病住院患者的數據,並記錄了他們入院時的血脂數值。

結果發現,在那些沒有心血管疾病或糖尿病史的患者中,竟有高達 72.1% 的人,其入院時的 LDL-C 數值低於當時建議的 130 mg/dL「安全標準」!即使對於已有心臟病史的患者,也有半數人的 LDL-C 數值低於 100 mg/dL。

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這項研究明確指出,依照當時的指引標準,絕大多數首次心臟病發作的患者,其 LDL-C 數值其實都在「可接受範圍」內。這意味著,單純依賴 LDL-C 數值,並無法有效預防心臟病發作。

科學家們為此感到相當棘手。傳統僅檢測 LDL-C 總量的方式,可能就像只計算路上有多少貨車,卻沒有注意到有些貨車的「駕駛行為」其實非常危險一樣,沒辦法完全揪出真正的問題根源!因此,科學家們決定進一步深入檢視這些「駕駛」,找出誰才是真正的麻煩製造者。

LDL 家族的「頭號戰犯」:L5 型低密度脂蛋白

為了精準揪出 LDL 裡,誰才是最危險的分子,科學家們投入大量心力。他們發現,LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質,其成員有大小、密度之分,甚至帶有不同的電荷,如同各式型號的貨車與脾性各異的「駕駛」。

為了精準揪出 LDL 裡,誰才是最危險的分子,科學家們投入大量心力。發現 LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質,其成員有大小、密度之分,甚至帶有不同的電荷。/ 圖片來源:shutterstock

早在 1979 年,已有科學家提出某些帶有較強「負電性」的 LDL 分子可能與動脈粥狀硬化有關。這些帶負電的 LDL 就像特別容易「黏」在血管壁上的頑固污漬。

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台灣留美科學家陳珠璜教授、楊朝諭教授及其團隊在這方面取得突破性的貢獻。他們利用一種叫做「陰離子交換層析法」的精密技術,像是用一個特殊的「電荷篩子」,依照 LDL 粒子所帶負電荷的多寡,成功將 LDL 分離成 L1 到 L5 五個主要的亞群。其中 L1 帶負電荷最少,相對溫和;而 L5 則帶有最多負電荷,電負性最強,最容易在血管中暴衝的「路怒症駕駛」。

2003 年,陳教授團隊首次從心肌梗塞患者血液中,分離並確認了 L5 的存在。他們後續多年的研究進一步證實,在急性心肌梗塞或糖尿病等高風險族群的血液中,L5 的濃度會顯著升高。

L5 的蛋白質結構很不一樣,不僅天生帶有超強負電性,還可能與其他不同的蛋白質結合,或經過「醣基化」修飾,就像在自己外面額外裝上了一些醣類分子。這些特殊的結構和性質,使 L5 成為血管中的「頭號戰犯」。

當 L5 出現時,它並非僅僅路過,而是會直接「搞破壞」:首先,L5 會直接損傷內皮細胞,讓細胞凋亡,甚至讓血管壁的通透性增加,如同在血管壁上鑿洞。接著,L5 會刺激血管壁產生發炎反應。血管壁受傷、發炎後,血液中的免疫細胞便會前來「救災」。

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然而,這些免疫細胞在吞噬過多包括 L5 在內的壞東西後,會堆積在血管壁上,逐漸形成硬化斑塊,使血管日益狹窄,這便是我們常聽到的「動脈粥狀硬化」。若這些不穩定的斑塊破裂,可能引發急性血栓,直接堵死血管!若發生在供應心臟血液的冠狀動脈,就會造成心肌梗塞;若發生在腦部血管,則會導致腦中風。

L5:心血管風險評估新指標

現在,我們已明確指出 L5 才是 LDL 家族中真正的「破壞之王」。因此,是時候調整我們對膽固醇數值的看法了。現在,除了關注 LDL-C 的「總量」,我們更應該留意血液中 L5 佔所有 LDL 的「百分比」,即 L5%。

陳珠璜教授也將這項 L5 檢測觀念,從世界知名的德州心臟中心帶回台灣,並創辦了美商德州博藝社科技(HEART)。HEART 在台灣研發出嶄新科技,並在美國、歐盟、英國、加拿大、台灣取得專利許可,日本也正在申請中,希望能讓更多台灣民眾受惠於這項更精準的檢測服務。

一般來說,如果您的 L5% 數值小於 2%,通常代表心血管風險較低。但若 L5% 大於 5%,您就屬於高風險族群,建議進一步進行影像學檢查。特別是當 L5% 大於 8% 時,務必提高警覺,這可能預示著心血管疾病即將發作,或已在悄悄進展中。

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對於已有心肌梗塞或中風病史的患者,定期監測 L5% 更是評估疾病復發風險的重要指標。此外,糖尿病、高血壓、高血脂、代謝症候群,以及長期吸菸者,L5% 檢測也能提供額外且有價值的風險評估參考。

隨著醫療科技逐步邁向「精準醫療」的時代,無論是癌症還是心血管疾病的防治,都不再只是單純依賴傳統的身高、體重等指標,而是進一步透過更精密的生物標記,例如特定的蛋白質或代謝物,來更準確地捕捉疾病發生前的徵兆。

您是否曾檢測過 L5% 數值,或是對這項新興的健康指標感到好奇呢?

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奈米定位是種超能力—abberior 共同創辦人班傑明.哈克
顯微觀點_96
・2025/06/30 ・2607字 ・閱讀時間約 5 分鐘

FOM 2025系列報導

頂尖技術雲集的 FOM 2025 會場,層光顯微術、雙光子顯微術等精密成像方法分庭抗禮。但其中一種技術卻堪稱能夠提供最高的空間、時間解析度(spatial temporal resolution):諾貝爾化學獎得主赫爾(Stefan Hell)研發的 MINFLUX。

三合一平台,提供更多選擇

由赫爾指導博士班研究、一同創立 abberior 光學儀器公司的班傑明.哈克博士(Dr. Benjamin Harke)現身本屆 FOM,向與會群眾介紹他們最新的三合一精密成像平台 Mirava。

Mirava 成像平台融合Confocal, STED, MINFLUX 三種顯微技術,分別在 250 奈米,25 奈米,2.5 奈米三個不同層次成像,使赫爾成名的 STED 相當受關注,甚至有台灣學者帶實驗樣本來直接試用。哈克表示,STED 成像速度接近 Confocal,但是可以讓解析度增進 10 倍。

而定位解析度進入 3 奈米以內的 MINFLUX 則仰賴樣本的螢光品質,但哈克強調,此技術可以在幾分鐘內完成 5 微米乘以 5 微米的樣本掃描,不像傳統 Confocal 須以小時計算的漫長等待。

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追隨挑戰者赫爾 信心十足

Harke At Stand
哈克在台大醫學院國際會議廳的 abberior 攤位。攝影:楊雅棠

哈克表示,約 25 年前赫爾開始研發 STED,是第一個實際挑戰繞射極限的光學顯微技術。哈克從 STED 研發初期就已在赫爾團隊,他回憶,「克服繞射極限」的可能性讓人感到興奮期待。

相對於赫爾本人剛開始讀博士班時,認為光學是個陳舊、缺少可能性的領域,哈克說「在我要投入博士班時,赫爾已經提出了 STED 的物理法則,跨越障礙的道路在人們眼前展開,所以我從不懷疑光學顯微技術的前景。」

他補充,「STED 技術最棒的特點,是它直接作用在螢光標記上,不需要反捲積(deconvolution)或任何電腦輔助功能來處理影像。」哈克強調,STED 在原始資料(raw data)中就展現出所有超解析訊號。

所以在研發後期,STED 帶給哈克很大的樂趣,他說,「一旦開啟 STED,影像品質就瞬間提升了。它是一個最直接、有感的技術。」

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哈克指出,STED 之所以能贏得 2014 年的諾貝爾獎,不僅是實現比既有共軛焦技術更清晰十倍的解析度,更是因為在光學概念上,STED 可以無限地提升解析度。

在哈克看來,其他超解析顯微術,如雙光子顯微術利用光學非線性成像,在物理概念上終究會遭遇到光學障礙。而 STED 顯微術若能持續精進抑制光與螢光標記的品質,在光學概念上是沒有解析度極限的。

奈米解析 螢光標記新境界

至於 abberior 最新的技術 MINFLUX,可以將定位範圍縮小到螢光標記的「實際大小」。哈克說,螢光顯微術實際上是在觀察螢光分子,而非目標分子本身,但因為解析度遠遠不及分子的尺寸,因此研究者無法分辨螢光標記與目標分子的位置。

MINFLUX 可達到比 3 奈米更精細的定位解析度,能夠直接指出螢光分子團的位置(例如綠色螢光蛋白約4.2奈米長),與周遭分子作出區別。哈克提醒,在使用 MNIFLUX 定位時,要將思考層次深入到螢光分子的特性,挑選最適合與目標分子結合、失真程度最低的螢光分子。

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哈克指出,MINFLUX 和 STED 顯微術一樣,在光學概念上是沒有解析度極限的,只要在光源和螢光標記的品質上持續推進,成像定位就可以更加精密。而且,傳統單分子定位技術往往需要成千上萬個光子進行一次定位,而 MINFLUX 僅需要幾個光子就可以進行單分子定位。

哈克進一步說明,若要在較高的解析度下進行定位、追蹤,MINFLUX 也只要數百個光子就能完成一次定位,並能跟上蛋白質在活細胞內移動的速度,觀察蛋白質的生理現象,這是非常迷人的新功能。

Minflux Image Peroxisomes
以 Confocal 概覽樣本(A)後,再以 MINFLUX 進行超解析定位,可以快速得到奈米等級的蛋白質分布影像。Source:Wikimedia

穩定與多元應用 商業化的龐大挑戰

提到他與赫爾在 abberior 將 MINFLUX 商業化的歷程,哈克坦承,「技術研發與商業化之間有巨大的鴻溝要跨越。科學家在實驗室裡或許可以接受成果時好時壞,但商業要求的是日復一日的穩定表現。」他強調,「我們必須把整個平台調整到穩如泰山。」

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另外,哈克也提出「涵蓋多元應用」這項尖端技術商業化的重要條件。他說,「在實驗室,技術和軟體通常只需專注在一、二種研究方法。到市場上,必須涵蓋龐大的應用範圍。我們必須為使用者設想所有可能的應用方法,並且設計通用的軟體。」

生物學家使用顯微鏡的目標包羅萬象,哈克舉例,掃描大腦切片、觀察單一細胞、監測活體生物都是研究人員可能採納的應用方式,abberior 不僅要確保產品的成像能力可以完成這些任務,在設計操作軟體時更必須將這些應用方式都包含其中。

除了穩定和多元的應用,哈克指出「容易操作」也是商業化的關鍵。透過軟體簡化使用過程,讓買家不必成為儀器專家也能順利操作精密儀器,省下摸索技術的時間。

哈克說,在運用 STED 和 MINFLUX 的超高解析成像之前,使用者需要先在複雜背景中找到他感興趣的結構。因此,abberior 也得在操作軟體中為使用者納入這些功能。

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以超解析技術為核心 周邊應用蓬勃的未來

哈克分析,定位精確度可達到 3 奈米以下的 MINFLUX 還相當年輕,技術完成僅二、三年,各種可能的相關應用正待發展。

而 STED 已發展完備 20 年,從最初僅能觀察玻片上的單一細胞,到現在可以觀察活體生物運作中的大腦,許多應用技術都隨著核心的超解析技術出現。最初僅呈現單色螢光的 STED,現在已經能抑制、接收多種波長的光線;更能搭配調適光學配件(adaptive optics)增進成像焦點的深度。

哈克說明,MINFLUX 的定位精準度在數奈米之間,因此發展任何應用都會面對穩定性的挑戰。他說,「機械上的『穩定』是奈米成像必須面對,並會隨時間解決的挑戰。」

隨 MINFLUX 等超高時間-空間解析度的顯微定位技術逐漸成熟,哈克認為未來的光學顯微技術發展將朝向高階應用,直接解決生命科學、醫藥領域的問題。相關的多元應用將會以精密技術為核心快速發展。

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在此趨勢下,科學家需要深思染色方法、生物標記結構、超解析資訊的解讀;以及如何將這些超解析技術應用到活體生物上,尤其是在大腦中。哈克說,「MINFLUX 帶來的超精密定位,可以說是一種超能力。我們得要回答的是,這種超能力可以為人類在哪些領域帶來好處?」

延伸閱讀:MINFLUX 分子追蹤術 (1):思想實驗發起技術革命

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別讓 X-ray 檢測成為元件早衰的隱形殺手!寄生輻射風險一次破解
宜特科技_96
・2025/06/29 ・3926字 ・閱讀時間約 8 分鐘

為了精確找出 IC 內部缺陷,非破壞性的 3D X-ray 驗證已成為半導體業界的關鍵手段。然而,經過高劑量輻射處理的 IC,在後續可靠度測試中卻可能提前失效!隨著半導體逐漸應用於 AI、車用、航太與醫療設備等需要超高可靠度的領域,如何有效量測並控制這些寄生輻射對 IC 的影響,已是工程師不得不面對的重大挑戰。

本文轉載自宜特小學堂〈別讓 X-ray 檢測成為元件早衰的隱形殺手!寄生輻射風險一次破解〉,如果您對半導體產業新知有興趣,歡迎按下右邊的追蹤,就不會錯過宜特科技的最新文章!

圖 / 宜特科技

X-ray 屬於物理性非破壞檢測,是一項即時且便利的分析實驗,可在故障分析(FA)或產品製程改善過程中快速找出問題;僅在極少數特定製程或產品條件下,才可能影響元件的電氣特性。

如同人體若長期暴露在輻射環境中,可能導致細胞突變、DNA 受損,甚至增加癌症風險。對於 IC 而言,情況其實類似——當元件在 X-ray 等非破壞性驗證分析中持續累積過高的輻射劑量(TID, Total Ionizing Dose),其內部電晶體特性可能發生變化,造成閘極漏電流上升、閘極氧化層劣化,最終導致IC提前失效。 

隨著 AI 人工智慧、車規與航太電子標準趨嚴,IC 的長期可靠性要求日益提升,這項過往經常被忽略的潛在風險,如今已不得不正視。因此,JEDEC 於 2023 年 11 月發布 JESD22-B121 標準,明確定義如何評估 IC 在製造、驗證和表面黏著技術 (Surface Mount Technology,簡稱SMT) 等製程中,暴露於輻射照射後的電性變化,並確立其 TID 限制值 (可稱為故障極限值或供應商極限值),以降低潛在失效風險。

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本篇宜特小學堂文章將探討X-ray對電子元件造成的電氣故障模式、關鍵測試變數,以及X-ray輻射總電離劑量(TID)測試最終報告內容,跟各位分享如何透過宜特的「寄生輻射劑量沉積驗證平台」,有效預防潛在故障風險。

輻射劑量對 IC 的電氣影響與故障模式

為了評估關鍵參數的變化,必須充分理解電子元件在電離輻射環境下,因介電電荷積聚(Trapped Charge)所產生的故障機制。當元件暴露於累積效應明顯的 X-ray 時,其內部的關鍵電性參數可能發生變化,導致潛在的失效風險。因此,輻射評估是確保半導體元件可靠性的重要環節,能幫助工程師判斷其抗輻射能力與安全範圍。

不同材料的輻射吸收速率不同,因此對電子元件的影響程度也會有所差異。當 IC 暴露在 X-ray 環境下,吸收的能量會沉積形成寄生輻射劑量(TID),而這種累積效應可能會導致不可逆的電氣故障(表1)。

表一:主要 IC 元器件/單元類型其大部分預期的故障模式。圖表來源 / JESD22-B121

X-ray 系統設定和變數

X-ray 成像技術廣泛應用於 IC 和元件的封裝驗證,特別適用於內部結構缺陷的發現,與可觀察表面缺陷的光學驗證技術相輔相成。X-ray 成像技術可在 IC 運輸過程的影像掃描、焊點檢測、材料分析等應用中發揮關鍵作用。然而,這些驗測過程亦會讓 IC 曝露於 X-ray 輻射,累積一定的總電離劑量 (TID),可能影響其電性特性。圖 1 顯示了 X-ray 系統的基本架構。

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圖一:X-ray 系統簡化示意圖。圖 / JESD22-B121

當高速電子束或離子束撞擊金屬靶材 (如鎢) 時,會產生 X-ray 光子。這些光子來自於:

  1. 軔致輻射 (Bremsstrahlung Radiation):入射電子因受原子核電場影響而減速,發射出連續光譜的 X-ray。
  2. 特徵輻射 (Characteristic Radiation):入射電子與靶材內層電子(殼)層發生碰撞,產生離散特徵能量的X- ray。

當 X-ray 穿透並圍繞樣品時,偵測器會接收來自不同材料的吸收與散射訊號,形成陰影影像 (Radiographic Image)。影像的明暗對比取決於材料的 X-ray 吸收率,吸收率低的區域顯示較亮,吸收率高的區域則較暗。不同的 X-ray系統參數亦會影響影像品質與 IC 所承受的輻射劑量,以 2D X-ray3D X-ray 兩種分析為例,前者為單一角度成像,劑量較低,但可能受多層結構遮蔽影響;後者透過多角度掃描重建 3D 影像,可減少結構遮蔽效應,提高驗證準確性,但也因此增加輻射劑量。

針對功能性 IC 的輻射影響分析,表 2 定義了不同設定下的臨界最大劑量 (Critical Maximum Dose)。為確保 IC 在 X-ray 檢測過程中不會超過 TID 極限值,透過適當調整 X-ray 系統參數 (如降低電壓、縮短曝光時間、選擇合適的掃描方式),皆可有效降低輻射劑量,並減少 IC 因驗證而導致的電性劣化風險。

表二:X-ray 的關鍵參數與其對輻射劑量的影響 。圖表來源 / JESD22-B121

X-ray 輻射劑量的測量

X-ray 劑量儀這麼多種,我們該如何選擇呢?為達成精準測量 X-ray 劑量的目的,需要 X-ray 檢測系統來產生穩定的輻射,以及X-ray劑量儀來精確測量劑量率。應選擇符合關鍵參數的 X-ray 系統來模擬典型的 X-ray 檢測條件。表 3 顯示劑量儀的類型。

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表三:劑量儀的類型。圖表來源 / JESD22-B121

游離腔和基於半導體的劑量儀為主動設備,可測量輻射引起的電流,因此能即時讀取劑量。而基於發光的劑量儀則是被動設備,會將劑量儲存於設備中,需要經過溫度或光的後處理才能測量劑量,且照射後無法立即讀取資料。因此,使用以發光為基礎的劑量儀時,建議在常溫和正常自然條件下儲存,保護其免受高溫和紫外線影響,並減少儲存與運輸時間,因為這些因素皆會影響劑量的準確度。若已知環境條件會影響劑量儀反應,則應對測量結果進行校正。額外的參考劑量計可用來監測由於不必要或雜散效應所產生的劑量,並將其從 X-ray 校準所用劑量計的讀數中扣除。同時,應考慮能量範圍內的讀取器校準。ISO/ASTM 51956 標準,例如:《練習輻射加工使用熱釋光劑量測定系統 (TLD系統)》,可作為指導方針。

總電離劑量 (TID) 特徵測試程序

圖 4 為 X-ray 總電離劑量 (TID) 測試流程示意圖。可以執行兩種特徵分析模式,並記錄在摘要報告中。第一個是超出供應商極限值的特徵,第二個是故障極限值的特徵。

  1. 供應商極限值:

這是供應商設立的一個輻射劑量的最大限度,指的是元件在接受 X-ray 輻射的過程中能夠承受的最大劑量。在這一過程中,測試會根據預期的最嚴重輻射情況來設定測試參數。如果在測試中需要返工或進行進一步檢查,這段時間的曝露時間也必須計算在內,不能超過設定的供應商極限。

  1. 故障極限值:

這是指在經受輻射後,元件可能會出現故障的最大輻射劑量。透過對元件的測試,根據「第一個故障參數」來判定,這有助於確定元件在最大輻射劑量下是否仍能正常運作。

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圖二:總電離劑量特徵流程圖 圖 / JESD22-B121

X-ray 輻射總電離劑量 (TID) 測試最終報告有哪些內容呢?

X-ray 輻射總電離劑量 (TID) 測試的最終報告必須從典型批次的樣品中隨機選擇若干樣品,並包含未遭受輻射的對照樣品。最終報告應包含以下內容:

  1. X-ray 系統描述,包括:
    • 設備、供應商、型號、X-ray靶材類型
    • X-ray的設定和劑量率
    • 如果使用濾光片,濾光片的材料與厚度
    • X-ray燈管與測試元器件之間的距離
    • 相對於X-ray源的方向
  2. X-ray劑量儀的描述:包括供應商、型號、劑量率測量範圍,以及精度範圍的對應公差。
  3. 元器件的描述:包括製程節點 (電子元器件之特徵)、產品名稱、批號、日期代碼等。
  4. 封裝類型和熱界面材料類型 (如果有):如果為非封裝單元(裸晶片或晶圓級)或無蓋/封裝已開蓋(解封裝),則應註明。
  5. 已測試的元器件總數:包括對照 (未遭受輻射) 的元器件數量。
  6. 電氣測試所使用的環境溫度。
  7. 在描述時間效應的影響的情況下,曝露與讀出之間的時間間隔與退火條件。
  8. 每個測試元器件遭受輻射的X-ray總劑量:
    • 空氣中的劑量。
    • 材料中的劑量 (如適用)。
    • 從空氣到材料的劑量轉換因子 (如適用)。
    • 特徵模式:故障極限值或供應商極限值。
  9. 電氣測試的結果。

小結

針對金屬氧化物半導體(MOS)、雙極性元件(Bipolar)、非揮發性記憶體(NVM)、快閃記憶體(Flash Memory)/電子抹除式可複寫唯讀記憶體(EEPROM),以及動態隨機存取記憶體(DRAM)等元件,若您擔心在進行 2D/3D X-ray 檢測時可能因寄生輻射導致提早失效,可透過「寄生輻射劑量沉積驗證平台」進行事前驗證。宜特作為 JESD22-B121 標準的 JC 14.1 技術委員會成員,採用高靈敏度 TID 劑量量測技術,依據標準流程精確量化 X-ray 特定條件下的輻射影響,並協助工程師判斷是否超出 IC 設計容許範圍,作為是否進行後續檢測與分析的重要參考。

本文出自 www.istgroup.com

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宜特科技_96
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