瑞德西韋治療 COVID-19 有效嗎？來看看兩個初步研究結果

本文與 高柏科技 合作，泛科學企劃執行。

當我們談論能擊敗輝達（NVIDIA）、Google、微軟，甚至是 Meta 的存在，究竟是什麼？答案或許並非更強大的 AI，也不是更高速的晶片，而是你看不見、卻能瞬間讓伺服器崩潰的「熱」。

 2024 年底至 2025 年初，搭載 Blackwell 晶片的輝達伺服器接連遭遇過熱危機，傳聞 Meta、Google、微軟的訂單也因此受到影響。儘管輝達已經透過調整機櫃設計來解決問題，但這場「科技 vs. 熱」的對決，才剛剛開始。 

不僅僅是輝達，微軟甚至嘗試將伺服器完全埋入海水中，希望藉由洋流降溫；而更激進的做法，則是直接將伺服器浸泡在冷卻液中，來一場「浸沒式冷卻」的實驗。

但這些方法真的有效嗎？安全嗎？從大型數據中心到你手上的手機，散熱已經成為科技業最棘手的難題。本文將帶各位跟著全球散熱專家 高柏科技，一同看看如何用科學破解這場高溫危機！

運算=發熱？為何電腦必然會發熱？

這並非新問題，1961年物理學家蘭道爾在任職於IBM時，就提出了「蘭道爾原理」（Landauer Principle），他根據熱力學提出，當進行計算或訊息處理時，即便是理論上最有效率的電腦，還是會產生某些形式的能量損耗。因為在計算時只要有訊息流失，系統的熵就會上升，而隨著熵的增加，也會產生熱能。

換句話說，當計算是不可逆的時候，就像產品無法回收再利用，而是進到垃圾場燒掉一樣，會產生許多廢熱。

要解決問題，得用科學方法。在一個系統中，我們通常以「熱設計功耗」（TDP，Thermal Design Power）來衡量電子元件在正常運行條件下產生的熱量。一般來說，TDP 指的是一個處理器或晶片運作時可能會產生的最大熱量，通常以瓦特（W）為單位。也就是說，TDP 應該作為這個系統散熱的最低標準。每個廠商都會公布自家產品的 TDP，例如AMD的CPU 9950X，TDP是170W，GeForce RTX 5090則高達575W，伺服器用的晶片，則可能動輒千瓦以上。

散熱不僅是AI伺服器的問題，電動車、儲能設備、甚至低軌衛星，都需要高效散熱技術，這正是高柏科技的專長。

「導熱介面材料（TIM）」：提升散熱效率的關鍵角色

在電腦世界裡，散熱的關鍵就是把熱量「交給」導熱效率高的材料，而這個角色通常是金屬散熱片。但散熱並不是簡單地把金屬片貼在晶片上就能搞定。

現實中，晶片表面和散熱片之間並不會完美貼合，表面多少會有細微間隙，而這些縫隙如果藏了空氣，就會變成「隔熱層」，阻礙熱傳導。

為了解決這個問題，需要一種關鍵材料，導熱介面材料（TIM，Thermal Interface Material）。它的任務就是填補這些縫隙，讓熱可以更加順暢傳遞出去。可以把TIM想像成散熱高速公路的「匝道」，即使主線有再多車道，如果匝道堵住了，車流還是無法順利進入高速公路。同樣地，如果 TIM 的導熱效果不好，熱量就會卡在晶片與散熱片之間，導致散熱效率下降。

那麼，要怎麼提升 TIM 的效能呢？很直覺的做法是增加導熱金屬粉的比例。目前最常見且穩定的選擇是氧化鋅或氧化鋁，若要更高效的散熱材料，則有氮化鋁、六方氮化硼、立方氮化硼等更高級的選項。

典型的 TIM 是由兩個成分組成：高導熱粉末（如金屬或陶瓷粉末）與聚合物基質。大部分散熱膏的特點是流動性好，盡可能地貼合表面、填補縫隙。但也因為太「軟」了，受熱受力後容易向外「溢流」。或是造成基質和熱源過分接觸，高分子在高溫下發生熱裂解。這也是為什麼有些導熱膏使用一段時間後，會出現乾裂或表面變硬。

為了解決這個問題，高柏科技推出了凝膠狀的「導熱凝膠」，說是凝膠，但感覺起來更像黏土。保留了可塑性、但更有彈性、更像固體。因此不容易被擠壓成超薄，比較不會熱裂解、壽命也比較長。

OK，到這裡，「匝道」的問題解決了，接下來的問題是：這條散熱高速公路該怎麼設計？你會選擇氣冷、水冷，還是更先進的浸沒式散熱呢？

液冷與 3D VC 散熱技術：未來高效散熱方案解析

傳統的散熱方式是透過風扇帶動空氣經過散熱片來移除熱量，也就是所謂的「氣冷」。但單純的氣冷已經達到散熱效率的極限，因此現在的散熱技術有兩大發展方向。

其中一個方向是液冷，熱量在經過 TIM 後進入水冷頭，水冷頭內的不斷流動的液體能迅速帶走熱量。這種散熱方式效率好，且增加的體積不大。唯一需要注意的是，萬一元件損壞，可能會因為漏液而損害其他元件，且系統的成本較高。如果你對成本有顧慮，可以考慮另一種方案，「3D VC」。

3D VC 的原理很像是氣冷加液冷的結合。3D VC 顧名思義，就是把均溫板層層疊起來，變成3D結構。雖然均溫板長得也像是一塊金屬板，原理其實跟散熱片不太一樣。如果看英文原文的「Vapor Chamber」，直接翻譯是「蒸氣腔室」。

在均溫板中，會放入容易汽化的工作流體，當流體在熱源處吸收熱量後就會汽化，當熱量被帶走，汽化的流體會被冷卻成液體並回流。這種利用液體、氣體兩種不同狀態進行熱交換的方法，最大的特點是：導熱速度甚至比金屬的熱傳導還要更快、熱量的分配也更均勻，不會有熱都聚集在入口（熱源處）的情況，能更有效降溫。

整個 3DVC 的設計，是包含垂直的熱導管和水平均溫板的 3D 結構。熱導管和均溫板都是採用氣、液兩向轉換的方式傳遞熱量。導熱管是電梯，能快速把散熱工作帶到每一層。均溫板再接手將所有熱量消化掉。最後當空氣通過 3DVC，就能用最高的效率帶走熱量。3DVC 跟水冷最大的差異是，工作流體移動的過程經過設計，因此不用插電，成本僅有水冷的十分之一。但相對的，因為是被動式散熱，其散熱模組的體積相對水冷會更大。

從 TIM 到 3D VC，高柏科技一直致力於不斷創新，並多次獲得國際專利。為了進一步提升 3D VC 的散熱效率並縮小模組體積，高柏科技開發了6項專利技術，涵蓋系統設計、材料改良及結構技術等方面。經過設計強化後，均溫板不僅保有高導熱性，還增強了結構強度，顯著提升均溫速度及耐用性。

隨著散熱技術不斷進步，有人提出將整個晶片組或伺服器浸泡在冷卻液中的「浸沒式冷卻」技術，將主機板和零件完全泡在不導電的特殊液體中，許多冷卻液會選擇沸點較低的物質，因此就像均溫板一樣，可以透過汽化來吸收掉大量的熱，形成泡泡向上浮，達到快速散熱的效果。

然而，因為水會導電，因此替代方案之一是氟化物。雖然效率差了一些，但至少可以用。然而氟化物的生產或廢棄時，很容易產生全氟/多氟烷基物質 PFAS，這是一種永久污染物，會對環境產生長時間影響。目前各家廠商都還在試驗新的冷卻液，例如礦物油、其他油品，又或是在既有的液體中添加奈米碳管等特殊材質。

另外，把整個主機都泡在液體裡面的散熱邏輯也與原本的方式大相逕庭。如何重新設計液體對流的路線、如何讓氣泡可以順利上浮、甚至是研究氣泡的出現會不會影響元件壽命等等，都還需要時間來驗證。

高柏科技目前已將自家產品提供給各大廠商進行相容性驗證，相信很快就能推出更強大的散熱模組。

俄羅斯西伯利亞的科學家，於 2023 年 1 月的《科學報告》（Scientific Reports）期刊上，發表了一些看似能防止烤雞的外皮過焦，同時確保內部肉質鮮美多汁的技巧。比方說，一般作法「由外部加溫很危險，不是每次都能得到正向的結果…」。若改用微波，則「所需的溫度相對不高」，但要力求整體均衡，「不能只有外層受熱」。遺憾他們說了半天，卻跟食物無關，其實是在介紹如何安全又有效地，用特製的微波裝置，治療凍傷患者的四肢。^[1]

微波的對象與裝置

就像料理烤雞，得先弄來雞隻和烘烤的設備；進行這項研究前，需要滿足兩個條件：

1. 招募凍傷的人：在氣候冷冽的西伯利亞，要造成凍傷，難度並不高。不過，根據《赫爾辛基宣言》（Declaration of Helsinki），人體試驗應該符合倫理，將志願者可能受到的傷害降至最低。^[2]不能隨便把人往雪地扔的研究團隊，在當地 Tomsk 市的 2 家醫院守株待兔，期望意外凍傷的人自己找上門。2018 至 2021 年間，每年的冬季他們都耐心等候，總共蒐集到 14 名超過 20 歲的男性，簽署受試同意書。^[1]
2. 製作微波裝置：研究團隊精心打造的裝置（下圖），簡單來說，就是一台方便手腳伸進去加熱的微波爐。前面的圓形入口，包覆著具隔絕效果的金屬材質，以保護傷患與研究人員，免於非必要的輻射暴露。此裝置的微波頻率為 2.45 吉赫（GHz）；而功率可達 200 瓦特（watts；簡寫 W），即每秒產生200 焦耳（joule；縮寫 J）的熱能。^[1]換句話說，頻率與家用微波爐無異，功率卻低了數倍。^[3]

由於研究團隊只想幫傷患加溫，沒有要煮熟他們的意圖，便設定開到 60 瓦特。再加上操作時，會喪失些許熱能，最後傷患實際接收到的，大約僅有 30 至 40 瓦特。每個患部加熱 1 至 3 次，每次 30 分鐘。雖然感覺微溫，但不至於難受。9 名傷患接受上述治療；另外 4 個嘗試了不同的功率；還有 1 人則是時間長度減半。^[1]

加溫的原理

平均而言，當人體組織的溫度低於攝氏 15 度左右，血液和淋巴循環會停止。身體各部位略有差異，手指的下限是 19 度；而腳趾為 15 度。為凍傷患者回溫時，目標溫度大約是 20 到 25 度上下，要觸及整個患部，而非僅有表層。讓身體恢復運作，才能透過循環，順利輸送藥物。以往從外部加溫的作法，會舒張表層血管，卻容易在深層血管收縮的情況下，導致壞死和截肢等問題。相對地，低功率的微波可以穿透到組織深層，逐漸舒張血管，促進血液與淋巴的循環，不會有上述副作用。^[1]

凍傷的等級

凍傷依照程度，可以分為 4 個等級：^[4]

1. 第一級：麻木、脫屑、感覺異常、中央蒼白，以及周圍水腫或紅腫。^[4]
2. 第二級：起水泡，周圍紅腫或水腫。^[4]
3. 第三級：失去整層皮膚組織，還長了出血性水泡。^[4]
4. 第四級：不僅皮膚，連深層組織都喪失了。^[4]

微波的療效

此研究受試者的凍傷程度涵蓋上述四級，治療時除了微波，也採用標準療程的消毒與藥物，並視情況選擇是否手術。整體來說，科學家對微波相當滿意，覺得能降低截肢的機率。此外，雖然第一、二級的傷勢輕微，效果比較不明顯；但是他們認為無論初步評估的凍傷程度，每個傷患最好都要接受微波。因為診斷難免失準，若因此錯過治療時機，實在得不償失。^[1]

既然如此，未來遇到凍傷患者，是不是都該抓來微波一下？儘管研究證明了科學家的假設似乎可行，目前的受試者就區區幾名男性，不足以建立一套完善的操作指南。臨床上不同體型、年紀或性別的傷患，或許適合不同功率或時間長度的微波治療。這些都有待將來進一步試驗，才能推廣運用。^[1]

1. Dunaevskiy G, Gavrilin E, Pomytkin A, et al. (2023) ‘Reduction of amputations of frostbitten limbs by treatment using microwave rewarming’. Scientific Reports, 13, 1362.
2. ‘WMA Declaration of Helsinki – Ethical Principles for Medical Research Involving Human Subjects’. (06 SEP 2022) World Medical Association.
3. ‘Radiation: Microwave ovens’. (01 JUN 2005) World Health Organization.
4. Basit H, Wallen TJ, Dudley C. (27 JUN 2022) ‘Frostbite’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.

• 作者／米勒（Joe Miller）、吳沙忻（Ugur Sahin）、圖雷西（Özlem Türeci）
• 譯者／陸維濃

跌跌撞撞

2020 年 1 月 11 日，多虧了任職於上海公共衛生臨床中心且思緒敏捷的張永振教授，他將新型冠狀病毒基因編碼的定序結果上傳至 virological.org 這個開源網站，跟其他所有的疫苗製造商一樣，BioNTech 也從中受惠。

在 1 月底那個重要的週末，吳沙忻研究了這份分子藍圖，並藉此草擬了幾種候選疫苗，但這些都只是紙上（或者該說螢幕上更為恰當）談兵而已。

要製造實際的疫苗材料，第一步就是為候選疫苗打造出 DNA 的原版複本，再以此為模板製造出 RNA。海茵（Stephanie Hein），也就是負責管理 BioNTech「RNA 倉庫」（一個用來為公司的疫苗及療法儲存抗原或疫苗目標的實際倉庫）的分子生物學家，很快制定了這些模板的基因序列。它們共含有多達四千個核苷酸，由五十到八十個核苷酸構成的小區塊組合而成，是一段完美無瑕的基因編碼。完成這個步驟之後，接著便進入選殖程序，並檢查序列的準確度。

這就是所謂的基因合成（gene synthesis），BioNTech 在多年前就針對這個方法建立了實驗室的作業程序，到了此時，這已是他們的常規作業。然而，某些候選疫苗的 DNA 模板選殖作業，其過程卻是出乎意料地曲折。海茵和她的團隊已經竭盡所能，卻仍無法讓個別核苷酸或序列片段以正確的方式接合起來。他們試過各種可能的方法，但每次分析選殖模板時，序列總是有問題。

另一個團隊早已急切地等著接收這些 DNA，好讓他們準備生產實際的候選疫苗，DNA 作業的遲滯有可能導致吳沙忻雄心勃勃的計畫有所拖延。雖然前面還有更大的挑戰等著他們，但是在 2 月中，光速團隊身處險境，他們被一項本該是最小的障礙給拖慢進度。

回想起這個意料之外的挑戰，吳沙忻非常冷靜。「有時候，」他若有所思地說：「實驗室就像是遭逢厄運。突然之間，久經試驗的日常程序不再有效，開始出現錯誤。這時你得排除問題，你會開始懷疑一切。你更換試劑，重複每個步驟，結果還是失敗。你覺得整個團隊就像一支連簡單傳球都做不好的足球隊，這顆球一直到處彈跳，啃蝕著你的自信心。在這種情況下，不能給團隊施加壓力。你不能批評他們，你必須鼓勵他們，建立他們的自信心。接著，突然間，球又滾動起來，每個人都像世界冠軍一樣地踢球。」

一開始，這種突然的轉折似乎難以捉摸。事實上，發現一位同事懷孕時，海茵又遭遇了進一步的挫折。因為選殖過程中會用到的康黴素（Kanamycin）對胎兒有毒，所以這位同事立刻被請出實驗室。海茵這麼說：「我們從三人團隊變成兩人團隊，其中一個還是兼職員工。」兩年來，這是她第一次不得不穿上實驗衣，親自動手做實驗。

接著， 在 2 月的某一天， 兩位生物化學家， 齊根哈斯（Thomas Ziegenhals）和德格慕勒（Johanna Drögemüller），想出了一個巧妙的解決方法。與其期待接合成功，他們建議製造團隊不如使用 BioNTech「RNA 倉庫」中現有的 DNA 模板來規畫流程，這些模板的特徵及長度，都和冠狀病毒疫苗所需要的模板很相似。這麼一來就減輕了海茵基因合成團隊的壓力，讓他們在知道自己沒有拖延整體計畫進度的前提下，可以專心地矯正錯誤。就跟選殖過程中遇到的其他問題一樣，這件事情來得突然，去得也快。

結果證實，新製造出來的序列是正確的。海茵的團隊開始製造出一個又一個完美的殖株。2 月底，他們完成了第一個疫苗建構體。

疫苗選拔賽

3 月 2 日，以齊根哈斯和德格慕勒的「倉庫」解決方案進行準備的疫苗製造專家，用海茵成功製造的 DNA 模板生產出第一批產出 RNA。他們將材料倒入一個五十毫升的袋子裡，並立即在攝氏零下七十度進行超低溫冷凍，以確保分子的穩定性。

BioNTech 梅因茲總部外，有輛車子正等著運送這批 RNA 前往位在維也納的保立馬，這趟運送過程所費不貲。家族企業保立馬已與 BioNTech 建立合作關係，並擁有專業技術能將 mRNA 與阿奎塔斯脂質做結合。幾天後，裝滿疫苗的冷凍小玻璃瓶會被放在保麗龍盒裡，越過邊境運回 BioNTech。

BioNTech 的二十個疫苗建構體，每一個都會重複這樣的運送過程。電子郵件持續往返，以一種特勤工作人員護送總統的方式不斷更新狀況，像是「RNA 已經離開建築物」，或是簡單的一句「移動中」。

這顆球又開始滾動了，BioNTech 的團隊像冠軍球隊般地進行著這場比賽。

第一批裝著疫苗的小玻璃瓶很快就回到了梅因茲，由芙格領導的團隊開始設計一場疫苗選拔賽。

二十個候選疫苗互別苗頭，目標是找出能以極低的劑量引發免疫反應的疫苗，光速團隊會以這個方法選出後續用來進行臨床試驗的疫苗建構體。在未來幾個月，這些選拔標準也會影響 BioNTech 決定以哪一個疫苗建構體來進行第三期臨床試驗，以及最終會向全世界提供哪一個疫苗建構體。

一開始，BioNTech 團隊計畫進行最簡單的「體外」試驗，其實就是在玻璃培養皿上進行。由兩位技術人員對細胞進行 mRNA 轉染，觀察細胞是否產生新型冠狀病毒棘蛋白的完美複製品。從科學的角度而言，這是很普通的試驗，但說到對後續供臨床試驗或商業用途而批量生產的疫苗進行品質檢查時，這些試驗就顯得非常重要。

動物試驗

接下來要在另外的地點進行動物試驗。以八隻小鼠為一組，將候選疫苗以低、中、高三種不同的劑量分別注入小鼠體內。注射完成後即開始監測有無副作用的跡象，六週的試驗期間內，研究人員每隔一段時間就會抽取小鼠的血液，進行數百次非成即敗的試驗。

由克蘭茲（Lena Kranz）和沃梅（Mathias Vormehr）率領的團隊則是在血液樣本中尋找兩種 T 細胞：CD4 T 細胞，又稱為輔助型 T 細胞，也就是扮演免疫反應發起者和指揮者角色。以及在外巡邏，天生具備「X 光視覺」，可以辨識並殺死施展偽裝術敵人的 CD8 T 細胞。

經常讓對方無法接話的克蘭茲和沃梅，就像是 BioNTech 的「穆德和史考利」（譯注：影集《X 檔案》的主角），他們在研究生期間就對 BioNTech 的癌症疫苗開發有所貢獻，此後也成為領先全球的 T 細胞偵探。

他們能夠判斷候選疫苗中所表現的新型冠狀病毒棘蛋白是否引發 T 細胞做出反應、免疫系統是否執行了它們所需的免疫反應，或是產生讓新冠肺炎患者病情惡化的反應。不過，克蘭茲和沃梅負責的試驗相當複雜，需要一段時間才能完成。

與此同時，芙格的團隊將利用技術已經相當成熟的酵素免疫吸附法（enzyme-linked immunosorbent assay，在生技界常以如人名般親切的字首縮寫 ELISA 表示）來判斷疫苗建構體是否能在小鼠體內誘發足夠的抗體。

ELISA 跟新冠肺炎疫情大流行後常用來檢測無症狀傳播，以及用來確定康復患者體內是否有抗體的檢驗方式很相似，但做法相對簡單。不過，ELISA 無法區別抗體是單純地與病毒結合，或者是以一種能夠中和威脅、阻止病毒進入健康細胞的方式與病毒結合。為了查明抗體是否發揮功效，芙格的團隊必須設計出具有「金標準」的實驗，也就是病毒中和檢測（virus neutralization test，VNT）。

BioNTech 已經具備檢測中和抗體的技術能力，他們在與輝瑞合作開發流感疫苗的早期階段就做過這類試驗：將培養出來的病毒，以及含有具備中和潛力的抗體血清一起注入健康細胞中，五天後進行檢查，觀察細胞是否死亡，或者抗體是否發揮了預防感染的效用。

這些過程都是在 BioNTech 的實驗室裡完成的，操作流感病毒的法規限制並不多。但面對具有高度傳染性的新型病毒，監管機構得採取更多保護措施，截至 2020 年 2 月底，全球已有三千人因新型冠狀病毒而喪命。

自 1970 年代開始，操作危險微生物時就要遵循分級制度，並採取相應安全措施。致死率約為 90% 的伊波拉病毒，被歸類為最危險的病原體，相關實驗必須在「生物安全等級第四級」（biosafety level four，BSL-4）的專門實驗室裡進行，操作人員必須穿著在災難電影場景裡會看到的全身防護衣，並使用獨立的呼吸裝備。

至於存在已有幾個世紀的流感病毒，如今大多數人體內已具備一些對抗流感病毒的自然防禦機制，則被歸類為「生物安全等級第二級」的病原體。操作這類病毒時，人員必須採取標準的防護措施，如穿戴手套和口罩，但幾乎不需要其他專業設備。

新冠肺炎的活體病毒樣本則歸類在生物安全等級第三級，也就是只能在「生物安全櫃」（biosafety cabinet）（譯注：或稱無菌操作台）中進行相關操作，生物安全櫃是一個由玻璃隔屏保護的工作空間，操作人員透過一個小縫隙將手臂伸入其中。

生物安全等級第三級實驗室的牆面、天花板和地板需要使用不透氣的建材，並設置附有密封門的前室，以及抗震的結構設計。實驗室的氣流必須嚴格受控，所有固定裝置都要能夠承受使用工業強度的化學物質進行定期清潔。

BioNTech 沒有生物安全等級第三級的實驗室，中和抗體檢測必須在外部承包商提供的空間進行。這麼做的花費相當昂貴，因為得將數千個樣本放在超低溫冷凍容器中來回運送，計畫進行的速度也會因此慢下來。不用懷疑的是，承包公司只會在正常工作時間內上班，對疫苗建構體進行依序地而非同時的檢測。待數據蒐集、配方調整和再次檢查錯誤等工作都完成後，光速團隊才會初次看到相關數據，那會是三至四週後的事，疫苗評估作業的速度將大幅減緩。