狗派的夢幻工作！海關緝毒犬領犬員在做什麼？

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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本文由財政部委託，泛科學企劃執行

• 文/楊貴智、黃俐菁

電影中的主角或被追緝的罪犯想方設法帶著大量貨幣或違禁品通過海關查驗，往往是重要的情節場景。在這些影視作品中，通關程序常被設計成一個可以全身掃描卻容易破解的關卡，再加上容易被虛晃一招的彪形大漢海關，儘管背景音樂充滿緊張氛圍，但觀眾總是知道，這樣的通關程序終究無法攔截這些耍小聰明的角色們。

現實生活中，當然沒有這麼簡單啦，實際上，有許多旅客為了節省稅費及方便而有僥倖心理，設想通關時人多行李雜，以行李或是直接穿戴於身上的夾帶方式，違規或是超量攜帶違禁品及管制物品，因而觸法受罰。

如果心懷僥倖，不遵守海關相關規定，確實在通關時攜帶應稅貨物或管制物品的情況不一定會被發現，也就不一定會受罰，但也必須承擔被發現而觸法受罰的可能。

這邊有三個情境：

1. 僥倖逃過，可以逃避繳稅及裁罰。
2. 被發現違法，物品將被沒入，且須支付高額罰款；若涉及刑事，將優先依刑事法令裁罰。
3. 誠實申報，可以免罰，但須負擔稅款，最多退運處理。

幾方衡量我們會發覺，這裡存在著一個「賽局」。讓我們來做個思想實驗：從最理性的角度評估最有利的做法為何？誠實申報是否真的是最佳方案呢？

海關通關程序是如何進行的？

在開始分析前，我們首先必須先了解通關程序：

海關查驗貨物，是為了執行稅捐稽徵，更是擔負了貨物邊境管制及輸出入管理查核的任務。因此，海關就旅客行李的查驗重點，包括是否違反免稅規定或其他管制出入境規範的情況。

執行上，入境旅客的行李查驗分成兩個階段，第一階段是託運行李必須先經過海關以 X 光機檢查。行李雖多，但是X光機檢查數秒內即可快速完成，無論行李如何厚重或是物品層層堆疊，行李內的物品都無所遁形，海關均可透過 X 光機影像判讀內容物。

第二階段則是，旅客從行李轉盤領取已過 X 光機檢查的行李後，攜帶全數隨身行李準備通關。我國採取的是「紅綠線通關制度」，此制度主要是為了簡化並加速入境旅客行李物品查驗，由旅客依行李物品狀況，自行選擇經由綠線（免申報）檯或是紅線（應申報）檯。

走綠線檯通關的旅客，代表向海關表示未攜帶任何須申報的物品，海關也視其為未攜帶任何須申報物品者。不過海關對於走綠線的旅客，並非完全不查驗，而是實施風險管控機制之抽查。因為旅客拿到的託運行李都已經過 X 光機檢查完畢，因此海關人員早已判讀出該些物品可能有違法或超量情況。除此之外，如果海關掌握相關情資，該名旅客的行李必定會再受到海關的人工查驗。

反之，走紅線檯通關的旅客，表示行李中有不符合免稅規定須補繳關稅，或有須特別申報事項，或是依法律規定本即不得免驗通關者，透過走紅線以完備申報、繳稅或查驗之程序，以順利通關。

實際來算算看誠實與不誠實的代價

在了解海關查驗的相關規定後，我們分析看看下面這個情境吧！台灣的法規規定，攜帶酒超過 1 公升（不限瓶數）、捲菸 200 支或雪茄 25 支或菸絲 1 磅，應走紅線辦理申報並繳納稅捐（包含關稅、營業稅、菸酒稅及菸品健康福利捐）。

假設旅客阿中到法國考察紅酒十大產區，從知名的隆河河谷帶了三大瓶具有黑橄欖及梅子風味的希哈紅酒入境，每瓶 1 公升、酒精濃度 15 度、每瓶價值台幣 1000 元，依法阿中必須辦理申報並繳納相關稅費 530 元（關稅 200 元、營業稅 120 元及酒稅 210 元）。

站在海關前面，阿中可以選擇當「誠實中」或是「逃稅中」。因為紅酒屬於釀造酒，依據菸酒稅法第 8 條規定，非啤酒的釀造酒，每公升按酒精成分每度徵收新臺幣 7 元，選擇當「誠實中」的代價，已超出免稅額度兩瓶紅酒 210 元的酒稅，另外還有關稅 200 元及營業稅 120 元，共計 530 元。

如果選擇當「逃稅中」，成功則不用繳稅，但如果被海關攔截下來，不僅超過免稅額度的 2 瓶會被沒入，政府還可以依菸酒管理法第 45 條第 4 項及菸酒查緝及檢舉案件處理作業要點第 45 點規定，每公升處新臺幣 2000 元罰鍰，加上被沒入的紅酒 2 瓶，合計損失 6000 元。
因此我們可以將阿中的策略所反應的得失，用下面這個表格來呈現：

從這個表格來看，可以發現在海關未查驗的情況下，阿中選擇當逃稅中是比較合理的策略，但是一旦被海關查驗，阿中的損失會高達 6000 元。因此對於阿中來說，預測海關的查驗機率，就成為關鍵重點了。

我們可以將海關查驗機率設定為 X，並反應在表格內：

以期望值進行計算，如果台灣的海關行政效率散漫，在查驗機率小於 8% 的情況^註，此時逃稅失敗的機會成本就會比誠實申報還低 (-6000*0.08=-480) ，這時候理性的選擇是逃稅。反之查驗機率大於 8% 的情況下，根據期望值理性的選擇則是誠實申報。

依照前面的案例，我們可以發現，在攜帶超額酒品的情況下，只要被逮到申報不實，因為超額部分會被沒入，實際上等於攜帶越多、虧得越多。而現今海關的通關程序已經不單單只是依靠人力查驗，更有專業科學儀器的輔助，在 X 光機的幫助下，各種違禁品可是看得一清二楚，管制措施可以說是相當完備，因此旅客走私或逃漏稅的違法行為，遭到海關攔查的機率實際上接近 100%。

因此對於阿中來說，當然還是選擇紅線檯通關，並依法配合查驗、完成申報和繳稅的程序，乖乖地當個「誠實中」才是最划算囉！

• 註：此處的 X 如小於 0.0883，則「逃稅中」策略期望值高於「誠實中」。行文簡化描述，查驗率如小於 8% 則思想實驗上選擇逃稅較有利。

參考資料

• 菸酒管理法
• 菸酒查緝及檢舉案件處理作業要點
• 菸酒稅法
• 財政部關務署：入境旅客

本文由財政部委託，泛科學企劃執行

• 2019/11/27 編註：文章內的公式僅適用於 1 歲以上的狗，原文沒有明確標明使用限制，特此更正。此外，7 周幼犬的年齡轉換是基於甲基化數據，亦同時修正原文敘述。

你是否曾經聽人跟你說「我們家狗狗現在 14 歲。」聽到這種說法，你會不會覺得好奇：欸？這樣是老還是年輕？

如果參考過去坊間流傳的說法「狗狗的一歲等於人類的七歲」，那我們可以推知這隻狗狗已經是隻百歲「狗」瑞了。這種換算法的道理其實十分簡單粗暴：狗的平均壽命大約為 10 年，人類則可以有 70 年，一歲等於七歲的換算大概就是這麼來的。

不過，現在科學家提出了另外一種更科學的換算方式，就讓我們一起來看看這條公式是怎麼來的吧！

到底有多老？DNA 甲基化告訴你！

這種新的算式背後，主要是參考了「表觀遺傳時鐘」(epigenetic clock) 這個概念，這種方法可以利用人類 DNA 的「甲基化」(methylation) 來判斷人類的生理年齡。有些組織會將人的 DNA 甲基化狀態換算成年齡預估，甚至藉此預測我們所剩的生命。（這些做法也是有些爭議的，部分倫理學家擔心這些資料可能被保險公司等單位濫用QQ）

而除了人類以外，有些其他物種也像我們一樣，會在年齡增長的過程中有 DNA 甲基化的現象，像是：老鼠、黑猩猩、狼，還有本篇的主角──狗，也就是說，牠們似乎也都有這個「表觀遺傳學時鐘」。

為了要知道動物們的時鐘和人類的時鐘有何不同，UCSD 的遺傳學家 Trey Ideker 和他的同事們就嘗試以狗為研究對象，至於選擇狗的原因，主要是因為牠們跟人類時常居住在相同的環境，接收的健康資源也不相上下。

你的老不是我的老？來對比一下吧！

無論是什麼品種的狗狗，基本上發展的軌跡都大同小異：在 10 個月左右進入青春期，在 20 歲前過世。不過，為了要更明確地找到跟老化有關的基因因素，Ideker 的團隊主要將研究對象鎖定在拉不拉多犬上。

研究人員掃描了 104 隻拉不拉多的 DNA 甲基化模式，這些狗的年齡跨距從 4 周到 16 歲都有。而後，研究者將數據與過去已經公開的 320 位人類（1 到 103 歲）和 133 隻老鼠的甲基化資料進行比對。

這項分析發現了狗（至少拉布拉犬是如此）和人類的確在特定基因組有著類似的年齡相關甲基化現象。當研究員對比年輕人與年輕狗狗、老年人與老年狗狗的時候，這些相似之處則更加明顯。

更重要的是，他們發現到，在人與狗衰老的過程中，與發育有關的基因會有類似的甲基化，這代表什麼呢？這表示「衰老」有某些方面其實是發育的延續，而不是另一個獨特的過程，而這些轉變，至少在部分哺乳類變化並不大。

人們原本就知道，當狗狗變老的時候，牠們會患上與人類相似的慢性疾病，生理功能也會因此退化。而這項研究則讓我們更加確定，在老化的過程中，類似的分子變化也會隨之產生。未參與研究的生物老年學家 (biogerontologist) Matt Kaeberlein 則表示：「實驗美好地展現出人類和狗共享了表觀遺傳時鐘的保守特徵」。

新算式出爐啦！快來算算看！

實驗團隊對比了狗兒甲基化變化的比率與人類的表觀遺傳時鐘，而後得出了一個比坊間版本來得複雜一些的公式。如果你想知道如何換算，公式長這樣：

狗狗的人類年齡=16 （狗實際歲數的自然對數）+31^註

根據甲基化的數據，人類的生命階段和狗狗的年齡似乎就可以搭得上線了。舉例來說，一個 7 周大的幼犬跟 9 個月大的人類寶寶差不多大（沒錯就是那個流著口水準備長牙齒的階段）。再對比一下拉不拉多的平均壽命（12 歲）和全球人類的平均壽命（70 歲），有沒有發現也對得上呢！

總體而言，犬類的表觀遺傳時鐘轉得比人類來得快多了，如果依照公式來看，一隻兩歲的拉不拉多雖然看上去還像隻小狗狗，但牠其實已經中年了，而後，時鐘的變化會逐漸趨緩。

另一位演化生物學家和老化專家 Steve Austad 則對於實驗的結果其實並不感到意外，另一方面，他認為這種技術如果應用於不同品種的生命週期等相關研究的話，說不定會有更多更加有趣的發現。

相關的新研究現在也正不斷進行，像是 Kaeberlein 所帶領的「狗狗年齡計畫」，就準備為不同品種的狗狗們的表觀遺傳資料建檔。他們希望透過這種方式，可以找出為什麼有些狗會在年紀比較小的時候得病或較早死亡，而其他的狗狗卻能活得健康長久。

不過，在更多新研究出現之前，相信現在的公式已經很能夠滿足你的好奇心了，所以，你家的狗狗到底是人類年齡的幾歲呢？

註解：

直接套公式（此公式僅適用一歲以上的狗）：狗狗的人類年齡=16* ln（狗實際歲數）+31

ln為自然對數，就是以 e 為底的對數，至於常數 e 到底是什麼，這就說來話長了……（延伸閱讀：史上最多產的數學家，歐拉忌日｜科學史上的今天：9/18）

套用這個公式的計算方式，基本上也可以理解成從人類的角度來說，狗狗長大的速度很快：第一個半年就等於人們的 19.9 歲，第一年等於 31 歲，第二年等於 42 歲；但之後的老化速度相較來說就比較慢：活了十五年的狗狗等同人類 74.3 歲，活了二十年則等同 78.9歲。

參考資料：

1. Here’s a better way to convert dog years to human years, scientists say Science
2. What’s The Real Human Equivalent of Your Dog’s Age? Here’s a New Formula sciencealert
3. DNA時鐘：從DNA甲基化來觀察老化現象 investigator
4. 表觀遺傳學 維基百科
5. 甲基化 維基百科