面對令人聞風喪命的神經毒素，可預服的解毒劑終於要誕生了嗎？

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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如果鄭捷用的不是刀。捷運攻擊的可能利器 – 沙林毒氣與氰化物的殺人機制。

文／ 陳奕均（台灣大學生化科技學系所）

最近的捷運砍人事件，造成社會恐慌，兇嫌鄭捷持刀攻擊多位無辜民眾，造成大量死傷。在地鐵的攻擊事件，全球皆有，除了直接以刀砍殺外，早在 1995 年，鄰近的日本即發生東京地鐵沙林毒氣事件，造成13人死亡及約6,300人受傷。而在 2002 年與 2006 年，都有人企圖以氰化物攻擊英國與美國地鐵。究竟沙林毒氣與氰化物為何物？他們是怎麼造成人類死亡？

氰化物

氰化物有三種常見種類，氰化氫（HCN）、氰化鈉（NaCN）及氰化鉀（KCN），氰化鈉及氰化鉀都是固態離子化合物。氰化物在體內解離產生的氰根離子 CN^－，會結合粒線體內膜上的細胞色素氧化酶，抑制細胞的呼吸作用，甚至造成死亡。

要深入了解氰化物的毒性原理，就必須了解呼吸作用。呼吸作用並非我們平時用鼻子吸氣吐氣，而是細胞把物質氧化分解並產生能量的過程，又稱為細胞呼吸（Cell respiration）。呼吸作用能產生許多的 ATP（三磷酸腺苷， Adenosine triphosphate, ATP），為人體中的能量代幣，儲存和傳遞能量。

呼吸作用分為三大部分，糖解作用（Glycolysis），檸檬酸循環（citric acid cycle, TCA cycle）以及電子傳遞鏈。葡萄糖在細胞質中藉由糖解作用轉換成丙酮酸（pyruvate），丙酮酸進入到粒線體以後變成乙醯輔酶A（acetyl Co A），進入檸檬酸循環。在糖解作用與檸檬酸循環的過程，除了會產生少量 ATP 外，亦會產生其他兩種能量代幣，NADH（菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸）與 FADH₂（黃素腺嘌呤二核苷酸），但是NADH 和 FADH₂ 這兩種代幣人體內無法使用。必須藉由電子傳遞鏈將NADH 和 FADH₂ 轉換成 ATP 才可供人體使用。而細胞色素氧化酶就是在電子傳遞鏈中扮演產生 ATP 的重要角色，當氰根離子進入體內和細胞色素氧化酶結合，會抑制提功能，細胞就不能將 NADH 與 FADH₂ 轉換成ATP 供人體使用，導致人體化學窒息，因而死亡。

打個比方，我們在糖解作用檸檬酸循環兩間工廠工作了一天，得到了 4 元新台幣、 10 元美金和 2 元人民幣，當我們拿著美金和人民幣電子傳遞鏈銀行要換新台幣時，卻發現負責換幣的細胞色素氧化酶被氰根離子打暈了。我們就只能拿 4 元新台幣去買便當，很快就會餓死。

在大氣濃度中要是含有 100 ppm的氰化物，則 30 分鐘內即會造成死亡，若是超過 270 ppm，則馬上會出現昏迷。若是直接口服，50 毫克就有可能致死。

在很紅的電視劇後宮甄嬛傳中，鸝妃安陵容最後吞食大量苦杏仁，不出半天的時間就死於宮內，就是因為苦杏仁會產生氰化物導致死亡。而看到苦杏仁有覺得很熟？名偵探柯南常在死者嘴巴聞到淡淡苦杏仁味，就會馬上推論出死者是因為氰化物而死，即是因為氰化物有苦杏仁的氣味。

沙林

沙林（sarin）最早是在1938年被德國納粹的科學家發現，1988年伊拉克以化學武器大量屠殺庫德族人，其中包含沙林毒氣。沙林之化學式為C₄H₁₀FO₂P，為有機磷化合物，是一種乙醯膽鹼酯酶（acetylcholine esterase）的不可逆抑制劑，攻擊人體神經系統，造成肌肉癱瘓，受害者窒息死亡。

乙醯膽鹼（acetylcholine），分佈在中樞及周邊神經系統，是神經傳導物質。體內神經之所以能傳遞訊息，乙醯膽鹼佔了舉足輕重的地位。神經傳遞時，乙醯膽鹼從軸突末梢經突觸裂隙與突觸後細胞膜上的受體結合，形成神經衝動，造成肌肉收縮。乙醯膽鹼和結合後，會被乙醯膽鹼酯酶水解為乙酸（acetic acid）和膽鹼（choline），終止神經衝動，肌肉就不再收縮。

沙林會解離出氟離子，剩餘離子中的磷酸官能基和乙醯膽鹼酯酶的絲胺酸（serine）形成共價鍵，導致乙醯膽鹼酯酶失去活性，此時乙醯膽鹼無法被分解，逐漸開始堆積，使神經衝動不斷地傳遞，造成肌肉與器官無法正常運作。因此，當人體由吸入高劑量的沙林毒氣後，肌肉系統與神經系通都被癱瘓，造成受害者窒息死亡。

打個比方，乙醯膽鹼就像令牌一樣，當受體拿到這個令牌，他就會指揮人類運動。本來只要跑100公尺，乙醯膽鹼酯酶就會把令牌搶走丟掉，受體就會叫人類不要跑了。但是沙林把乙醯膽鹼酯酶打暈，乙醯膽鹼酯酶無法搶走受體拿著的令牌，只能叫人類一直跑一直跑，跑到最後人就死了。

沙林在極小濃度就可以發揮極大毒性，成年人只要吸入0.6毫克即可致命。非致死劑量的沙林侵入人體，也會造成瞳孔縮小、胸部緊塞等症狀。可怕的是，沙林的毒性具有累積性，累積至最後就會導致人體死亡。

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看了這兩種恐怖的有毒物質過後，我都覺得搭捷運好危險了！好在這兩種有毒物質政府都有在管制，一般人不易取得。但是如果有心的話，氰化物其實是蠻容易取得的。2005 年台中市發生的毒蠻牛事件，犯人就是在飲料裡面下了氰化物，造成人員死亡。而 2012 年則有男大學生在網路上輕而易舉購得氰化物自殺，說明氰化物管理的鬆散。希望我們政府能加強對這些可能的殺人利器進行管制，避免更嚴重的捷運攻擊事件發生。

處理方法

但是如果不幸真的中毒怎麼辦呢？針對氰化物中毒，已經有解毒包可以處理。解毒包主要原理為提供另一個物質來和氰化物結合，使細胞色素氧化酶恢復功能，電子傳遞鏈持續運作產生 ATP；解毒包裡面含有亞硝酸異戊酯（C₅H₁₁ONO）、亞硝酸鈉（NaNO₂）、硫代硫酸鈉（Na₂S₂O₃）。亞硝酸異戊酯與亞硝酸鈉會和血紅素反應，使其變為變性血紅素。變性血紅素會和氰化物結合，形成毒性較低的物質。硫代硫酸鈉則可以透過體內酵素的催化和氰化物反應，使其變成毒性較低的物質。雙管齊下，降低氰化物濃度，也降低對人體的傷害。

至於沙林毒氣，目前已經多半以阿托品（atropine）與解磷定（pralidoxime, PAM）併用進行治療。阿托品可以阻斷乙醯膽鹼受體和乙醯膽鹼結合，使囤積於突觸內的乙醯膽鹼無法作用。而解磷定可以再活化被磷酸物（沙林）結合而失去活性的乙醯膽鹼酯酶，恢復其水解能力，將乙醯膽鹼水解。兩種藥品藉由不同的路徑，前者不讓乙醯膽鹼和其受器結合，後者將乙醯膽鹼水解，共同降低沙林對人體的傷害。

參考資料

氰化物：

1. 氰化物的致命之吻。郭朝禎。科學發展。2012年3月，471期，42-49。
2. 氰化物中毒怎麼辦。黃欣怡。
3. Lehninger Principles of Biochemistry,Fifth Edition . David L. Nelson and Michael M. Cox. 2008. 527-543
4. Lehninger Principles of Biochemistry,Fifth Edition . David L. Nelson and Michael M. Cox. 2008. 616-634.
5. Lehninger Principles of Biochemistry,Fifth Edition . David L. Nelson and Michael M. Cox. 2008. 708-721.

沙林：

1. Neuroscience, Fourth Edition. Dale purves. Dale Purves, George J. Augustine , David Fitzpatrick , William C. Hall , Anthony-Samuel LaMantia , James O. McNamara , Leonard E. White. 2007.119-126.
2. 國立陽明大學生命科學系暨基因體研究所－小小神經科學：神經毒氣

處理方法：

1. 化學毒劑緊急救護及治療──以日本沙林為例。蕭開平。疫情報導。106-110。

相關新聞

1. 1995年沙林毒氣襲東京地鐵。蘋果日報。2014年3月20日。
2. 英國破獲驚天大案倫敦地鐵險遭毒氣襲擊。張莉。人民日報。2002年11月18日。
3. 蓋達擬毒氣攻擊紐約地鐵。大紀元。2006年6月20日。
4. 劇毒氰化鉀竟可網購　男大生服用「比死更難受」。ETtoday地方新聞。2012年 5月21日。
5. 毒蠻牛奪命千面人改囚終身。劉昌松、鄧玉瑩。蘋果日報。2010年03月19日。