自由女神像——和平號在紐約的第二天│環球科學札記(33)

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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58 歲的印度裔蓋亞那女子忍無可忍，第 10 次通報騷擾案件。紐約警局也受夠了，把她送去位在布魯克林的互信醫療中心（Interfaith Medical Center）。^{[1][註1, 2]}

騷擾？幻聽？

女子原以看護為業，2014 年返家照顧母親。同時，開始「聽到」某單位的 5 名陌生男女，對她批評與貶低。2019 年她失去居家照護的保險給付，那些「聲音」隨之變得頻繁。無能為力之下，唯有盡量忽略。然而面對他們的高科技監控與溝通，又該如何是好？公寓絕對裝了晶片和監視器。每當她打開冰箱、啟動空調、旋轉水龍頭，錄影的音量就被放大。這些「溝通」又不僅發生在家裡，偶爾竟然也出現於公車、地鐵站及X光檢查室。女子認為母親不堪其擾，逼得她用手機把「聲音」錄下，然後連續狀告警局。^[1]

醫療團隊請她播放音檔。女子拒絕，並表示最好交由司法處理。^[1]

小腦與幻聽

醫師幫她照了頭部核磁共振，發現一個 8 x 6 mm 的鈣化性腦膜瘤（calcified meningioma）。^[1]腦膜瘤有充滿液體的囊腫、緊密成團的血管，以及鈣質累積等類型。通常從腦膜向內生長，壓迫腦部或脊髓；偶有向外的，則會增厚顱骨。^[2]這名女子的腦膜瘤擠到小腦，應該就是幻聽的肇因。^[1]

小腦僅佔成人腦部約一成的重量，卻擁有裏頭大半的神經元。肢體運動、自律神經，包含記憶、語言和情緒的認知功能，以及聽覺、視覺之類的感知能力等，諸多層面都與小腦有關。^{[1, 3]}所以毫不意外地有研究指出，注意力缺失（attention deficit）、泛自閉症障礙（autism spectrum disorders）、思覺失調症（schizophrenia）、雙極性疾患（舊稱「躁鬱症」；bipolar disorder）、創傷壓力症候群（post-traumatic stress disorder）等，都跟小腦病變脫不了關係。^[1]

在感知方面，小腦負責接收並處理訊號，且與大腦透過皮質－橋腦－小腦通路（cortico-ponto-cerebellar pathway）連結。^{[1, 4]}當人類受到聲音刺激，大腦皮質的顳葉和小腦的左半球，這兩處分別與聽覺相關的區域，都會十分活躍。小腦若有病變，像是中風或者受腫瘤壓迫，就可能因此將大腦皮質傳遞的內部訊號，誤判為來自體外，進而導致幻聽等精神病的症狀。^[1]

認知行為治療

精神醫師耐心地向女子介紹下列二者等多種治療：^[1]

1. 藥物治療：原個案報告未詳述考慮的藥物選項，但是大概不外乎第二代抗精神病藥物和鎮靜劑等，以對付幻聽與壓力。
2. 認知行為治療（cognitive behavioural therapy，簡稱CBT）：CBT 是心理治療的一種，透過正視並改變造成問題的想法或行為，提升病患的生活品質。^[5]醫師希望女子除了能學習如何與幻聽共處；還要練習現實檢驗（reality testing），明辨真實與虛幻。^{[1, 6]}

枉費醫師苦口婆心，女子對上述建議缺乏興趣，而且顯然毫無病識感的不只有她──連其母也表示，自己聽過手機裡的騷擾錄音。換句話說，要不是紐約警局和精神科團隊串通誣賴她們，就是兩人都相信脫離現實的事情，有著同樣的妄想（delusion），即罹患共有型精神病（folie à deux；相關故事請見延伸閱讀）。原個案報告沒說團隊拿她母親怎麼辦。不過，在醫師這麼好說歹說後，女子勉為其難地選擇 CBT，且治療成效顯著。^[1]

延伸閱讀

〈精神個案系列：「沾染」孿生姊妹的妄想？！〉

〈精神個案系列：母女共同的被害妄想〉

備註

1. 位於南美洲的蓋亞那，1834 年起引入印度勞工。目前該國有大量使用印度語和信仰印度教的人口。^[7]
2. Interfaith Medical Center 的「interfaith」，直譯應該是「跨宗教」。不過，紐約州政府的繁體中文公文，稱此單位為「互信醫療中心」。^[8]

參考資料

1. Manzoor S, Sangha L, Badh P, et al. (2021) ‘A Case Report of Perceptual Disturbances with Incidental Calcifications in the Cerebellum’. Case Reports in Psychiatry, 2680674.
2. ‘Meningioma’. (2017) American Brain Tumor Association.
3. Amore G, Spoto G, Ieni A, et al. (2021) ‘A Focus on the Cerebellum: From Embryogenesis to an Age-Related Clinical Perspective’. Frontiers in Systems Neuroscience, 15: 646052.
4. Palesi, F., De Rinaldis, A., Castellazzi, G. et al. (2017) ‘Contralateral cortico-ponto-cerebellar pathways reconstruction in humans in vivo: implications for reciprocal cerebro-cerebellar structural connectivity in motor and non-motor areas’. Scientific Reports, 7, 12841.
5. ‘What is Cognitive Behavioral Therapy?’. (JUL 2017) American Psychological Association.
6. American Psychological Association. ‘Reality Testing’. APA Dictionary of Psychology. (Accessed on 09 JAN 2023)
7. ‘Guyana country profile’. (18 OCT 2022) BBC News.
8. Cuomo AK.（05 JUL 2018）「活力布魯克林區（VITAL BROOKLYN）」New York State, U.S.

• 作者 / 張之傑

和平號第一○一回約有乘客一千人，不少已七老八十，年紀最大的一位已九十四歲，一百多天下來，難道沒人有個三長兩短？有倒是有，不過沒人喪亡。我們臨下船時，有位船上的職員說：「你們一○一回真幸運！」

六月四日，風浪很大，整天覺得暈暈的。晚餐到四樓進餐，有四位台灣團員在門口等候，我們一起進去，八人的桌子我們佔了六席。一位團員告訴我，行動不便的C先生，因前列腺問題，尿不出尿來，他們同室的三位年輕人（也六十幾了）把他抬到醫務室，導尿後已躺了一天。

七月二十九日，午餐後在八樓散步，發現有位日本畫家中村洋一用毛筆為人畫像。我們過去了解一下，才知道要領號碼牌。我們拿到十二號，當時他正為二號作畫。請他畫像要自備紙張，到小賣部去買，已賣完了，只好用複印地圖的反面充當畫紙。時間還早，內人要去上日語課，約定下午三時由我帶著號碼牌和畫紙到八樓會合。

我們到達時，早已過了號。中村先生作畫極快，畫一張小畫不過三、四分鐘，我們拿出那張 A3 的銅板紙，他並沒拒絕。狼毫落紙有聲，不到五分鐘就勾勒出兩人的神情，還落上款，寫上日期。有位北京畫家曾對我說，用毛筆作素描最難，沒想到在船上遇到了。中村先生臨下船才為人作畫，而且只畫一天，我們剛好趕上，不是緣分是什麼？

我們剛取到畫作，突然響起廣播：「有人因急症，將在硫磺島海域送醫，八至十樓甲板關閉，以便直升機降落。」這是啟程以來從沒遇到過的事，不免引起大家關注。急症病人應該是日本人，如果是華人，我們應該有所耳聞。事後才知道，果然是位日本老先生，他午餐時心臟病發作，已送往醫務室。

同一天惜別晚宴，船上的所有工作人員，包括我們的管家、常見的餐廳服務生等，和從沒見過的廚物人員，都唱著歌，揮著手，出來和大家告別。是的，一○三天旅程即將結束，已是勞燕分飛的時候了。

晚宴後響起廣播：「因天候不佳，送醫行動延至明晨六時。明日清晨八至十樓甲板關閉，以備救難直升機降落。」翌日（七月三十日），不到清晨六時就響起廣播：「救援行動已結束，和平號將繞行硫磺島一周，然後繼續航行，抵達橫濱時間不變。」

救援行動不許靠近，有位游先生以長鏡頭錄下整個救援過程，秀出錄影給我看。和平號八樓甲板太小，不能降落，國際救援組織的直升機垂吊下一人，病人早已躺在擔架上，直升機將救援者和擔架一起吊到機內，隨即飛往硫磺島急救，再轉往日本。游先生對我說，這趟救援一百萬日元跑不掉。

吃過早餐，約七時四十分，到八樓甲板，發現和平號向南航行，已繞到硫磺島西側，島上的火山口清晰可見。海濱噴氣口噴出的氣體，似乎可以聞到硫磺氣味。有位日本乘客站在船舷窗前，合十對著硫磺島膜拜。二戰時美日曾在此血戰，雙方傷亡慘重，日軍戰死二三七八六人。和平號完成救援工作繞行硫磺島一周的目的已不言可喻。

從海上救援，想起每月一次的逃生演習。四月二十日我們一上船，還沒收拾好行李就響起逃生訓練（演習）的廣播。此後乘客每月演習一次，工作人員每週演習一次。雖屬例行工作，但不怕一萬，就怕萬一，如果發生船難，這樣的演習應可發揮作用。

逃生演習所有乘客必須參加，各人取下房間衣櫃頂層的救生衣，穿綁整齊，到八樓指定地點集合。管家負責將各個房間的人清空。經過刷ID卡，確認所有的乘客皆已到齊，響過幾次逃生警報後結束，整個過程約一小時。環球期間我們作過四次逃生演習，但從沒真正登上過救生艇。

和平號的救生演習，悉依「國際海上人命安全公約」（SOLAS公約）的規定執行。SOLAS公約的訂定，和鐵達尼事件有關，一九一二年鐵達尼號擦撞冰山沉沒，二二二四名人員死難一五一四人，此事引起國際關注。一九一四年，通過SOLAS公約，經過多次修訂和補充，已擴展至郵輪安全的各個方面，要求極為嚴格。

SOLAS公約規定，郵輪配置的救生設備數量，必須為滿載人數的百分之一百二十五；水密艙高度需延伸至最高一層連續水密艙壁甲板；所有的救生艇必須能在發出棄船信號三十分鐘內，載足全部乘客和用具降落水面。鐵達尼號事件死亡眾多的主要原因，是救生艇不足，水密艙高度太低，以及船員和乘客欠缺逃生演練所致。

和平號的救生艇懸掛在九樓船舷外側，每側封閉式二艘，敞開式五艘，都有螺旋槳，這些救生艇是供乘客逃生用的。技術工人每天不停地在救生艇及其懸掛架爬上爬下，作各種檢查和上漆工作。六月十一日我們參觀八樓船頭的駕駛艙時才知道，船上掛著的滾筒狀設備，原來是塑膠救生筏，卸除外殼，落入海中就會自動充氣張開，這是供船員們用的。

如今科技進步，藉著雷達和聲納，只要小心謹慎，就可以防止觸礁、撞船或撞冰山一類的事發生。藉著氣象雲圖和天氣預報，可避開颱風或颶風。唯有意外事故所引發的火災難以避免，這從SOLAS公約有關防止火災的條款特別多、特別細可以看出端倪。