小兒麻痺疫苗的誕生–沙克誕辰｜科學史上的今天：10/28

本文與 威力暘電子 合作，泛科學企劃執行。

想像一下，當你每天啟動汽車時，啟動的不再只是一台車，而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機，後果會有多嚴重？方向盤可能瞬間失靈，安全氣囊無法啟動，整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情，而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天，我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟，汽車的「大腦」—電子控制單元（ECU），是如何從單一功能，暴增至上百個獨立系統？而全球頂尖的工程師們，又為何正傾盡全力，試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化？

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代，當時的汽車工程師們面臨一項重要任務：如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力？「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現，關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間：火星塞的點火時機，也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內，這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一！引擎效率就能提升整整一成！這不僅意味著車子開起來更順暢，還能直接省下一成的油耗。那麼，要如何跨過這道門檻？答案就是：「電腦」的加入！

工程師們引入了「微控制器」（Microcontroller），你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法，在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內，精準計算出最佳的點火角度，並立刻執行。

從此，引擎的性能表現大躍進，油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元（ECU）的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」（Engine Control Unit）。

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功，在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像：「這 ECU 這麼好用，其他地方是不是也能用？」於是，ECU 的應用範圍不再僅限於點火，燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車，甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而，問題來了：這麼多「小電腦」，它們之間該如何有效溝通？

為了解決這個問題，1986 年，德國的博世（Bosch）公司推出了一項劃時代的發明：控制器區域網路（CAN Bus）。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上，就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是，CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如，煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息，絕對能搶先通過，避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題，但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線，並連接各種感測器和致動器。結果就是，一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里，總重量更高達 50 到 60 公斤，等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面，大量的 ECU 與錯綜複雜的線路，也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束，簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障，無疑讓人一個頭兩個大。

汽車電子革命：從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代，汽車電子架構迎來一場大改革，「分區架構（Zonal Architecture）」搭配「中央高效能運算（HPC）」逐漸成為主流。簡單來說，這就像在車內建立「地方政府＋中央政府」的管理系統。

可以想像，整輛車被劃分為幾個大型區域，像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙，就像數個「大都會」。每個區域控制單元（ZCU）就像「市政府」，負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合，並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理，就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台（HPC）擔任，統籌負責更複雜的運算任務，例如先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的環境感知、物體辨識，或是車載娛樂系統、導航功能，甚至是未來自動駕駛的決策，通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中， 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子，便精準地切入了這個趨勢，致力於開發整合 ECU 與區域控制器（Domain Controller）功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢，威力暘提供的解決方案，就像是將好幾個「分區管理員」的職責，甚至一部分「超級大腦」的功能，都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力，可同時支援 ADAS 與車載娛樂，還能兼容多種通訊協定，大幅簡化車內網路架構。如此一來，車廠在追求輕量化和高效率的同時，也能顧及穩定性與安全性。

萬無一失的「汽車大腦」：威力暘的四大策略

然而，「做出來」與「做好」之間，還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯？具體來說，威力暘電子憑藉以下四大策略，築起其產品的可靠性與安全性：

1. AUTOSAR ： 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層（RTE）和基礎軟體層（BSW）。就像在玩「樂高積木」，ECU 開發者能靈活組合模組，專注在核心功能開發，從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
   
2. V-Model 開發流程：這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般，左側從上而下逐步執行，右側則由下而上層層檢驗，確保每個階段的安全要求都確實落實。
   
3. 基於模型的設計 MBD（Model-Based Design）： 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具，把整個 ECU 要控制的系統(如煞車)，用數學模型搭建起來，然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前，就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷，，並驗證安全機制是否有效。
   
4. Automotive SPICE (ASPICE) ： ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」，它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性，而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」，也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化，並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作，其能否正常運作，自然被視為最優先項目。為此，威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準：ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統（特別是 ECU）的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」，從概念、設計、測試到生產和報廢，都詳細規範了每個安全要求和驗證方法，唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略，威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準，才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而，ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡，「大腦」變得更集中、更強大後，汽車產業又迎來了新一波革命：「軟體定義汽車」（Software-Defined Vehicle, SDV）。

軟體定義汽車 SDV：你的愛車也能「升級」！

未來的汽車，會越來越像你手中的智慧型手機。過去，車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」，想升級？多半只能換車。但在軟體定義汽車（SDV）時代，汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」，能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA（Over-the-Air）技術，車廠能像推送 App 更新一樣，遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過，這種美好願景也將帶來全新的挑戰：資安風險。當汽車連上網路，就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭，輕則個資外洩，重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV，業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略，確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程，到安全認證，這些努力，讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新，也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力，威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota，以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈，更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴，以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈，並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產，驗證其流程與品質。

毫無疑問，未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷，交由電腦判斷，比交由人類駕駛還要安全的那一天，離我們不遠了。而人類的角色，將從操作者轉為監督者，負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全，人類甘願當一個「最弱兵器」，其實也不錯！

科學終會勝利。Science will win. 

佐劑的發現，要從一個故意把麵包屑打進馬體內、故意讓傷口化膿的科學家說起。佐劑是疫苗科學的第三個里程碑，直至今日，它仍然在許多疫苗中扮演重要的角色。

這一章，我們不只談科學的進展，也談談歷史上的悲劇。近代史上，科學知識飛速發展，政府監管如未同時進步，將導致救命的疫苗變為致命的凶器，引發重大悲劇。

偶然發現的佐劑，為老人小孩帶來大大的便利

有些人的體質，疫苗無法在他們的身體裡產生足夠的免疫力。如：

• 老年人、服用抑制免疫力藥物（如：器官移植者、自體免疫疾病者）、特殊疾病患者（如：HIV感染者/愛滋病患者），他們的T細胞老化，或受到抑制，或受到感染
• 嬰兒，他們的免疫系統尚未成熟

相較於一般人，疫苗在上述族群體內，更難激發出足夠的免疫力。因此需要一種可幫助疫苗效力的物質，也就是佐劑（adjuvant。該詞源於拉丁語 adjuvare，意為「助人為樂」）。

1924 年，法國巴斯德研究所的獸醫－加斯頓·拉蒙 (Gaston Ramon) 正將白喉、破傷風毒素注入馬匹，讓動物產生中和毒素的抗體，再收集抗體，準備治療被白喉或破傷風感染的病人。然而，某日發現，若注射的傷口化膿，馬匹反而會產生更大量的抗體。因此他開始嘗試同時注入麵包屑、木薯粉等，結果發現，能引起局部發炎的物質，也能刺激身體生成更強的抗體 ^{[1, 2]}。

純化白喉毒素，找到最有效的佐劑

而在對岸的倫敦，免疫學家亞歷山大·格蘭尼 (Alexander Glenny) 也正在做白喉毒素刺激動物產生抗體的實驗。他在純化白喉毒素時，利用硫酸鋁鹽讓毒素沉澱（因為蛋白質多帶負電，而鋁鹽帶正電且難溶於水。加入鋁鹽後，正負電吸附毒素蛋白質後，即可在底部收集乳狀沉澱物），收集後再打進天竺鼠體內 ^[3]。格蘭尼驚訝的發現，相較於純粹的毒素，毒素/鋁鹽乳狀物能引起更強的抗體。1932 年，鋁鹽正式成為人類疫苗的佐劑，並且沿用至今；現行二價 HPV 疫苗（保蓓 Cervarix，荷蘭葛蘭素史克）、COVID-19 疫苗（CoronaVac，中國科興。MVC-COV1901，高端疫苗）也用鋁鹽作為佐劑。

佐劑的種類、原理，以及重要性

佐劑在疫苗領域上有高度重要的地位 ^[3]：

• 疫苗裡增加佐劑，可協助老年人、幼兒等特定體質的族群，在接種後產生和足夠的保護力
• 搭配佐劑，可減少抗原的使用。在緊急、須快速生產疫苗的情況，降低藥廠生產抗原的產線壓力
• 部分疫苗的抗原難以刺激免疫細胞（如：蛋白質類型的疫苗），佐劑的使用可讓抗原發揮效力

而且單一佐劑系統可以搭配多種疫苗，如：美國 Novavax 公司開發的 Matrix-M™ 佐劑系統，同時應用在流感、伊波拉出血熱、新冠肺炎／COVID-19 等疫苗。而最古老的鋁鹽系統，被應用在 HPV 疫苗（預防子宮頸癌，葛蘭素史克二價「保蓓 (Cervarix)」）、新冠肺炎／COVID-19 疫苗（中國科興「CoronaVac」、台灣高端疫苗）等不同藥廠、不同疾病上。

僅管佐劑在上世紀初已被發現，但原理直到近代才比較清晰。人體的免疫系統可分為：

• 先天免疫 (innate immunity)：不針對特定病原，只要疑似入侵者就吞噬、清除。反應快速，如：巨噬細胞、嗜中性白血球。
• 後天免疫 (adaptive immunity)：只有特定病原體才會啟動。反應較慢，如：產生抗體的 B 細胞、活化其他免疫細胞的 T 細胞。產生的記憶型免疫細胞可維持多年。

雖然疫苗的目標是活化 B 和 T 細胞，但近期研究認為，先天免疫對活化 B 和 T 細胞至關重要。局部發炎吸引巨噬細胞和樹突細胞 (DC, dendritic cell) 等到達現場並活化它們，而吞噬抗原後的樹突細胞，再將抗原傳遞給 B 和 T 細胞並活化後天免疫系統 ^[3]。因此，鋁鹽等佐劑能引起局部發炎，吸引樹突細胞、巨噬細胞聚集，進而活化後天免疫系統，以達到疫苗產生抗體、記憶型免疫細胞的目的。

而現今的佐劑多樣，可分為三類 ^[2]：

• 讓局部組織發炎／受損 (Damage-associated molecular patterns-type adjuvants)，如：鋁鹽
• 模仿病原體入侵訊號 (Pathogen-associated molecular patterns-type adjuvants)，如：未甲基化的 CpG 序列 DNA
• 讓白血球更有效地捕獲疫苗 (Particulate adjuvants)：製備成奈米等級的顆粒，以利淋巴系統捕捉

儘管科學對佐劑的原理尚未完全理解，但佐劑已在 B 型肝炎、HPV（子宮頸癌相關病毒）等疫苗中，用實戰證明了它的價值。未來面對無法培養的病原體（如：C 型肝炎病毒）、無法誘導免疫力的抗原，相信都會因佐劑的加入而逐步看見曙光。無論是現在或未來，佐劑的出現，都為疫苗科學帶來無窮的潛力。

疫苗科學在研究者的努力下，進步神速，彷彿疫苗即將幫助人民遠離所有惡疾。然而，政府監管卻沒能與時並進，一昧求快的壓力下，一宗慘案在上世紀 50 年代的美國發生了…

小兒麻痺肆虐的美國，急需疫苗來控制疫情

小兒麻痺在 20 世紀中期，仍是嚴重、兇殘的傳染病。病毒 (poliovirus) 透過糞口傳染，在腸道繁殖，藉由排泄物汙染食物和水，尋找新的宿主。少數病毒會侵入神經系統、破壞運動神經元，導致永久殘疾、癱瘓，甚至死亡。光是 1952 年，美國就有近 6 萬人感染，2 萬多人殘廢、數千人死亡。

1951 年，美國科學家喬納斯·沙克 (Jonas Salk) 開始研究小兒麻痺疫苗。他採取死病毒策略，用福馬林／甲醛殺死病毒，試圖在最安全的形式下誘發免疫力。初步結果發現，沙克疫苗 (salk vaccine) 活化了抗體，且安全無虞。不幸的是，暴發的疫情、劇增的死亡人數，讓監管疫苗的政府機關，壓力越來越大 ^[4]。

政府釀成的悲劇——殺人疫苗，卡特事件 (Cutter incident)

1955 年 4 月 12 日，數十萬人的臨床試驗結果公佈，沙克疫苗可以阻止小兒麻痺，媒體一片歡欣鼓舞。當天下午，美國政府僅花了 2 個半小時，就許可了五家藥廠生產沙克疫苗，其中就包含出事的卡特藥廠 (Cutter Laboratories) ^[5]。

4 月 26 日，疫苗大規模施打後僅兩週，兒童接種後癱瘓的消息開始湧入。追查發現，癱瘓患者都曾接種卡特藥廠生產的疫苗。政府緊急召回該廠的疫苗，但此時已有 38 萬劑注入孩童的體內。

調查後發現，原本只能有死病毒的疫苗裡，在卡特藥廠的製造下，竟高達 12 萬劑的疫苗裡有活病毒。出問題的疫苗不僅讓孩童染病、更引爆社區大流行，4 萬人發病、近兩百人癱瘓、10 人死亡。原可阻止疫情的疫苗卻導致人民死亡，成了科學史上的大悲劇。事後調查認為，此事件的最大責任為政府監管單位。政府未依照科學組織的建議，嚴格要求藥廠遵守嚴謹的生產規範 ^{[6, 7]}。儘管該事件提升了後續保護和監管，但人類應深刻的記住，若科學屈服在政治和輿論的壓力時，悲劇就可能會引爆，人命和公信力將危在旦夕。

系列文章

• 從那天起，人類開始擁有對抗病毒的武器：疫苗的發明——疫苗科學的里程碑（一）
• B 肝疫苗及台灣的肝炎聖戰——疫苗科學的里程碑（三）
• 拯救世界的 mRNA 疫苗——疫苗科學的里程碑（四）

1. Alberta Di Pasquale, Scott Preiss, Fernanda Tavares Da Silva and Nathalie Garçon (2015) Vaccine Adjuvants: from 1920 to 2015 and Beyond. Vaccine.
2. Ian R. Tizard (2021) Adjuvants and adjuvanticity. Vaccines for Veterinarians. DOI: 10.1016/B978-0-323-68299-2.00016-2
3. Amos Matsiko (2020) Alum adjuvant discovery and potency. Nature
4. The tainted polio vaccine that sickened and fatally paralyzed children in 1955. The Washington Post. 2020/04/14
5. Paul A Offit (2005) The Cutter Incident, 50 Years Later. The New England Journal of Medicine. DOI: 10.1056/NEJMp048180.
6. Paul-Henri Lambert (2006) A successful vaccine that missed its target. Nature Medicine. DOI: https://doi.org/10.1038/nm0806-879
7. 美國歷史系列147：卡特疫苗事件。美國在台協會

那是一個充滿信心的時代；二次大戰後的美國，以戰勝國的領導者身分，挾著經濟上的繁榮成長，樂觀地面對未來。但那也是一個惶惶不安的時代；每個家庭莫不擔心家中的小孩是否被蔓延越來越廣的脊髓灰質炎病毒襲擊，而造成小兒麻痺。

小兒麻痺其實存在已久，美國也早在二十世紀初就試圖追蹤隔離病患，但仍無法遏止小兒麻痺症的流行；到了 1952 年，一年就增加了五萬八千起病例，造成三千多人死亡、兩萬人以上不良於行。所幸過沒多久，終於出現發明疫苗，將整個社會從恐慌氣氛中解放出來的超級英雄──沙克博士。

其實早在沙克之前就有人試圖研發小兒麻痺疫苗，但無論是用以甲醛去活性的死病毒或是用減低毒性的活病毒，都沒產生免疫力，有些兒童還在接種後死亡。沙克決定還是用去活性的病毒才能確保安全性；經過五年的研發，他終於在 1953 年率先製造出能對抗三種不同病毒株的小兒麻痺疫苗，並獲得美國國家小兒麻痺基金會的支持，在次年進行有史以來最大規模的雙盲人體實驗（近百萬名兒童）。當 1955 年正式宣布實驗結果證明沙克疫苗安全又有效後，舉國歡騰，沙克一夕成名，被民眾稱頌為當代巴斯德。

然而，他的同儕很多卻不這麼想。最大的批評聲浪來自沙賓（Albert B. Sabin），他毫不留情面的說道：「你也可以走進廚房去做他所做的事。」、「他一生中從來沒有任何創見。」沙賓敢如此嗆聲，乃因他隔了幾年也發明了口服的小兒麻痺疫苗，不但較須用注射的沙克疫苗方便、便宜，而且因為是用減毒的活病毒製成，免疫效果更好，又有機會藉由接種者的糞便間接感染他人而散布疫苗，因此很快就取代了沙克疫苗。

不過，鑑於近年來多起沙賓疫苗引發變種的小兒麻痺病毒案例，已經出現檢討聲浪，認為在小兒麻痺已近絕跡的已開發國家或許應該再改回施打沙克疫苗，以避免產生變種的新病毒。沙克vs.沙賓似乎又是自古以來科學家之間爭鬥相嫉的一個例子，不過看來勝敗輸贏有時不見得蓋棺就能論定，而且往往也無所謂輸贏，而是兩者相輔相成才有意義。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

日本的千圓紙鈔上印著一位身著西裝、頭髮燙捲、留著小鬍子的男士，他就是日本人心目中的國民英雄，野口英世醫生。

在美國紐約的洛克斐勒大學，圖書館二樓的角落裏，也有一座泛黑的野口英世半身銅像。這麼說，他在美國也備受肯定囉？不，學校師生沒有人知道他是誰；在西方，他早已成為歷史的灰燼。究竟為何會如此今非昔比，評價兩極？

野口英世出生於貧農家庭，一歲多時左手被火燒傷以致手指都黏在一起，但他並未因此自卑，反而積極向學，成績優異。後來小學的師生為他募款集資，才得以動手術，使左手恢復七成功能，野口因而立下懸壺濟世的志向。

野口於1896年自齒科醫學院畢業，但兩年後轉到北里傳染病研究所服務。1899年，美國醫學權威佛萊斯納（Simon Flexner）來日本訪問，負責引導的野口想必留給佛萊斯納深刻的印象，才會在第二年收到野口的主動徵詢後，答應他來美國擔任其實驗助手。

佛萊斯納於1901年協助創建洛克斐勒醫學研究所，並擔任第一任所長；野口也於1904年跟著過來。1913年，野口成功培養出梅毒螺旋體而轟動醫學界，然而他被指控在兩年前為了實驗梅毒的檢測方法，對醫院一百多名與梅毒無關的病人注射梅毒螺旋體的萃取物，卻未事先告知他們。

隨後十幾年野口又陸續發現了小兒麻痺、狂犬病、黃熱病等傳染病的病原體，並發表近二百篇令人驚嘆的論文，被視為繼細菌學家巴斯德與柯霍之後的超級明星；如此輝煌的成就讓他在1913年至1927年間獲得諾貝爾醫學獎提名達七次之多。可惜他於1928年前往非洲研究黃熱病時，自己卻感染了黃熱病而客死異鄉。痛失愛徒的佛萊斯納親自主持野口的葬禮，並為他立了銅像。日本政府更是追贈他日本國民的最高獎章。

然而在他死後，他的研究開始受到西方科學家的質疑。許多人多方嘗試都無法重現他發表的實驗結果，他宣稱發現的各種病原體後來也都被確認是錯誤的。究竟這些錯誤是因為實驗過程不夠嚴謹或受到汙染，還是野口故意捏造資料，如今已不得而知。只是至今他在祖國日本與西方學界所得到的評價竟然有如此巨大的差異，實在頗耐人尋味。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。