我的大腦打結了！ 從《布魯克林孤兒》看妥瑞氏症

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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本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位

• 採訪編輯｜歐宇甜、美術編輯｜林洵安

近年來，台灣的過動兒越來越多。中研院生醫所潘文涵特聘研究員，兒子從小有過動問題，累積多年照護經驗與調查研究，發現過動症與過敏、貧血和血清素偏低等因素密切相關。

過動症，全名為「注意力不集中過動症」（attention deficit hyperactivity disorder，縮寫為 ADHD），主要症狀是注意力不集中、過動和情緒控制（衝動）問題。

目前醫學界認為促成過動症的危險因子包括遺傳、難產及多種原因造成的腦傷等，主要機制為神經傳導物質（多巴胺、腎上腺素）分泌異常，影響前額葉對於衝動的抑制能力。

但，過動兒的致病因子真的只有這些嗎？是否有其他可控制的病因，也可能會引發或加重過動的症狀？中研院生醫所潘文涵特聘研究員提出假設：許多過動症狀可能與過敏、貧血和營養不良有關，若是，則可能從飲食和生活型態改變得到修正。

過動症可修正因子：過敏、貧血、血清素過低？

為了確認自己的假設，潘文涵和台大、長庚、北醫等研究團隊，前往台北市 31 間小學進行調查。

研究員由各班老師幫助，尋找有意願協助調查的過動症學童和父母簽同意書，經小兒精神科醫生確診後，一方面抽血，取得孩子血液中的各種營養素以及與過敏相關的數據，另一方面請家長填寫家庭狀況、小孩過敏狀況和飲食習慣問卷。

實驗也建立了對照組，找出與上述過動孩童相同身高、體重、性別、年齡，但沒有過動的同學，進行相同的檢查和問卷調查，以排除上述因素干擾，最後招募到 216 名的過動孩童和相對應的 216 名一般孩童對照組進行比較。

結果顯示：過敏疾病、貧血、血清素較低、嗜酸性粒細胞和免疫球蛋白較高（後面兩種與過敏有關），這四個因素都與過動症有關。當學童具有兩種以上過敏症狀（鼻炎、濕疹、氣喘），罹患過動症的風險是沒有過敏小孩的 2～3 倍，四種因素都有的孩子，罹患過動症的機率更高達 6～7 倍！

由此推測，過動症應該涉及了多重原因，也可能四項因素與過動症具有共同的前端成因。

NG食物=>營養不良=>過動?

調查結果顯示：過動症兒童血液中的維生素 B 群、礦物質鐵／磷比偏低，飲食上則明顯較少攝取蔬菜、水果、蛋白質類營養食物，比較喜歡吃高糖及高油類的 NG 食物。食物不當是否可能是過動的源頭呢?

因此下一步，就是找出這些因子與過動症的關聯！但這麼多變數誰與誰相關，誰影響了誰，誰是因、誰是果，關係非常複雜。研究團隊於是使用路徑分析法 （Path analysis），可以估計所有變數的相互關係。方法是：先假設一個因果性的模型「吃的食物會影響到血液和血液中的營養素，進而引發ADHD」，然後使用調查資料，驗證上述模型。

路徑分析結果支持：不良的營養生化狀況以及過動症導因於不健康的飲食型態。換句話說，不健康的飲食很可能是不良的營養生化狀況的前因；而不良的營養生化狀況則是過敏過動之前因。

以「快樂荷爾蒙」血清素為例，人體要合成血清素，需要維生素 B 群和鐵為輔媒，如果這類營養素攝取不夠，體內血清素濃度偏低，可能會增加過動風險。反之，如果過動症孩童能夠建立良好的飲食習慣，維持良好的營養生化狀態，就可能維持正常血清素濃度改善過動症狀。

「孩童嚴重偏食，喜歡吃油炸物、甜飲料、洋芋片和零食等加工食品，容易導致過敏、發炎和過動。」潘文涵建議所有父母：「平時孩子應該多食用蔬菜、水果、堅果、全榖類、優質蛋白質等食物。」

潘文涵原本是心血管疾病與營養流行病學家，怎麼會想到過動症與過敏、貧血、飲食等有關？原來，她也曾是一位心力交瘁的過動兒母親……

過動症抗戰二十年

潘文涵大兒子在兩歲大，即確診為過動症，之後一路服用利他能 （Ritalin），原本控制尚可，但在十歲左右，症狀卻急轉直下，轉變成會抽搐、點頭、擠眼睛或罵三字經的妥瑞氏症。

醫生懷疑是利他能的副作用，換了一次藥後，抽搐卻更加嚴重，再換一次藥，症狀變成脖子左右轉動、 喉嚨發出怪聲等症狀。

潘文涵看著孩子每況愈下，心疼不已，雖然還有其他治療用藥可以一一嘗試，但她不想讓孩子再試藥了，改由改善體質著手。

兒子國一時發現貧血，可是家裡吃的很好，不可能是飲食問題。於是她懷疑兒子從小就有的扁桃腺慢性發炎，導致假性貧血；於是諮詢醫生後拿掉扁桃腺，貧血在短期內痊癒。這讓她思考：兒子的過動難道也跟發炎或貧血有關？

她從兒子慢性發炎的扁桃腺起，首先根治發炎引起之貧血，也開始帶著兒子看中醫、吃松樹皮之類黃酮萃取物，各種方法對症狀確實有不小的改善作用，於是她開始思考是否減緩過動可以從改善體質、服用抗氧化、抗發炎食物下手。

後來又發現，兒子每次感冒吃了藥就會安靜乖巧，她懷疑可能是治療過敏的抗組織胺（antihistamine）的作用。經與醫生商量，有一段時間，她讓兒子每天出門前都吃一顆抗組織胺。果然，孩子一吃藥就能好好上課達數小時，藥效過了再開始過動。她又想：難道過動跟過敏有關？

潘文涵翻閱相關文獻（30年前），在台灣醫學會誌找到一篇文章，以病童數據和一般過敏盛行率比較之無對照研究論文，結論是「妥瑞氏症的小孩過敏比例較高」。還有研究指出：過敏的小孩碰到過敏原刺激時，血清素與組織胺一起會大量分泌，但基線的血清素在過敏期是偏低的，於是過敏造成血清素波動大，是否和過動相關，也可能是一值得探究的問題。

在她試了許多改變體質的生活型態方法後，確實能減經兒子過動症狀，但無法百分之百治癒。兒子也因為過動症，求學之路異常坎坷。但峰迴路轉，兒子大學畢業後就業，因為鼻腔發炎嚴重，自己求醫開刀清除發炎部位，竟意外治癒過動症！

過動症觀念大突破

回想與過動症搏鬥的漫漫長路，潘文涵百感交集。兒子小學時有時不想上學、沒去學校，老師不聞不問；六年級時曾長達半年沒上學，老師還是不聞不問。一直到六年級快結束，老師才打電話來說哪天要舉行畢業典禮，要記得來拿畢業證書。

更別提當父母上班回家，還要面對隨時會情緒爆炸的小孩，經常心理壓力大到瀕臨崩潰！但對於過動兒使用行為管理方法極為困難，感覺事倍功半，傳統研究的過動症危險因子，像遺傳、家族病史或腦傷等，父母也無法改變。

潘文涵從自身經驗提出過動症可能修正因子之探討，發現：貧血、過敏、血清素低確實相關，都是可能用飲食來改善並減緩症狀的，不啻為過動症父母的一大福音。

如果我們把過動症當成單一原因導致的疾病，就容易忽略其他因素。很多孩子可能是擬表型 （phenocopy），根本的病因不同，卻都表現出類似的症狀。

她指出，有些小孩可能是容易過敏、也容易過動的體質，如果能一一找出並排除可能致病的可修正危險因子，就有可能改善過動、減少藥物使用、降低副作用。

「現在常常有人介紹一些過動症小孩的爸媽來找我，我都問孩子有沒有過敏？是否飲食失衡？結果幾乎都有此現象！我會提供這個新方向給他們思考。」潘文涵強烈建議家長除了尋求兒童精神科的幫助，也能注重治療過敏、貧血，注重營養，少吃一些增加致風險食物，多攝取一些有保護作用的食物。

話鋒一轉，潘文涵最後吐露一抹遺憾：「如果當年的我知道這些，早點處理兒子的鼻子發炎問題，他就能少受很多苦，也許可以多讀一點書、變成一個完全不同的人。」她從過來人的經驗得到啟發，執行卓越研究獲得能應用之成果，希望幫助更多過動症家庭走過生命的幽谷。

延伸閱讀

• 血壓飆高、心情憂鬱、注意力不集中……你吃對食物了嗎？
• 在「乾」的實驗室，找出飲食如何讓人生病
• 潘文涵個人網頁
• Attention deficit-hyperactivity disorder is associated with allergic symptoms and low levels of hemoglobin and serotonin
• Dietary Profiles, Nutritional Biochemistry Status, and Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder: Path Analysis for a Case-Control Study
• Lee SC, Yang YH, Chuang SY, Liu SC, Yang HC, Pan WH. Risk of asthma associated with energy-dense but nutrient-poor dietary pattern in Taiwanese children. Asia Pac J Clin Nutr. 2012; 21(1):73-81.
• Lee SC, Yang YH, Chuang SY, Huang SY, Pan WH. Reduced medication use and improved pulmonary function with supplements containing vegetable and fruit concentrate, fish oil and probiotics in asthmatic school children: a randomised controlled trial. Brit J Nutr. 2013; 110(1):145-55.
• Huang SL, Pan WH. Dietary fats and asthma in teenagers: analyses of the first Nutrition and Health Survey in Taiwan (NAHSIT). Clinical and Experimental Allergy. 2001; 31(12):1875-80.
• Huang SL, Lin KC, Pan WH. Dietary factors associated with physician-diagnosed asthma and allergic rhinitis in teenagers: analyses of the first Nutrition and Health Survey in Taiwan. Clinical and Experimental Allergy. 2001; 31(2):259-164.

本文轉載自中央研究院研之有物，原文為〈過動兒爸媽不哭！治療過敏、吃對食物，可能改善病情〉泛科學為宣傳推廣執行單位