被揮之不去的負面想法困住了嗎？把它們「丟掉」就沒事了！

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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• 作者 / 梅林．謝德瑞克
• 譯者 / 周沛郁

研究關係的學問可能令人困惑，幾乎一概含糊不明。是切葉蟻馴養了牠們所依賴的真菌，還是真菌馴養了切葉蟻？是植物栽培了共同生活的菌根菌，還是菌根菌栽培了植物？箭頭究竟指向哪一方？這種不確定性其實很合理。

我有位教授叫奧利佛．拉克姆（Oliver Rackham），是生態學家兼歷史學家，研究數千年來生態系如何受到人類文化塑造、如何塑造人類文化。他帶我們到附近的森林，解讀老櫟樹分枝的扭曲與裂縫、觀察蕁麻在哪裡特別茂密、注意樹籬裡有哪些植物、沒有哪些植物，由此告訴我們這些地方和人類居民的歷史。在拉克姆的影響下，我想像中區分「自然」與「文化」的明確界線開始模糊了。

之後，在巴拿馬做田野調查時，我見識了許多田野生物學家和他們研究對象之間的複雜關係。我跟蝙蝠學者開玩笑說，他們整夜醒著、白天睡覺，是在學蝙蝠的習性。他們問我，真菌怎麼把自己銘印在我身上。我至今還不知道。但我仍然納悶，我們這麼依賴真菌（真菌是我們的再生者、回收者、鏈接者，把這世界拼湊在一起），受真菌擺布的頻繁程度如何超出我們的想像。

即使有，也很容易忘記。我常常出神，把土壤看作抽象的地方，是概略化互動的模糊場域。我和同事會說這類的話：「某某某報告了一個乾季到下一個溼季之間，土壤碳大約增加了百分之二十五。」這也是情有可原吧？我們無從體驗土壤裡的荒野，以及其中生氣勃勃的無數生物。

我利用僅有的工具嘗試過了。我的數千個樣本通過昂貴的儀器，攪拌、用放射線照射、轟炸，把試管的內容物變成一串串數字。我花了整整好幾個月盯著一具顯微鏡，沉浸在充滿蜿蜒菌絲的根景；這些菌絲被凍結在它們和植物細胞交流的曖昧行為中。但我能看到的真菌仍然沒有生命，經過防腐處理，染上不真實的顏色。我覺得自己像笨手笨腳的偵探。在我蹲了幾星期，把泥巴刮進小試管的當兒，巨嘴鳥呱呱叫，吼猴咆哮，藤本植物糾纏，食蟻獸舔來舔去。微生物（尤其是埋在土裡的）不像活潑又迷人的地表大型世界那麼容易接近。要讓我的發現變得生動，讓這些發現加強、貢獻整體的了解，其實需要想像力。沒別的辦法。

在科學界，想像力通常稱作臆測，令人半信半疑；出版時，通常會強制附加健康警語。詳細記錄研究的一個要點，是徹底去除奔放的想像、過場劇情，以及上千遍促成一丁點發現的失敗嘗試。不是所有閱讀研究報告的人，都想辛苦嚼完這些小題大作的內容。何況科學家必須顯得可靠。溜到後臺，可能發現大家不大那麼像樣。即使在後臺，我和同事分享最深夜的沉思時，也很少深談我們如何想像（偶然或刻意的想像）我們研究的生物，不論是魚、鳳梨科植物、藤本植物、真菌或是細菌。承認我們一團混亂的想像、隱喻和沒根據的臆測，可能幫忙塑造了我們的研究，其實有點難為情。儘管如此，想像仍然是日常探究的一部分。科學並不是無情理性的活動。科學是（而且一向是）有情感、有創意、直覺式的，關乎全人類，而且對一個世界提出問題，這世界從來不是存在來給人編目、系統化的。每次我問這些真菌在做什麼，設計研究來試圖了解真菌的行為時，我不可避免要想像真菌。

LSD，迫使我凝視科學想像的更深處

有個實驗迫使我凝視科學想像的更深處。我報名參與一個臨床研究，調查 LSD 對科學家、工程師、數學家解決問題的能力有什麼影響。迷幻藥的潛能尚未開發，科學和醫學對這些潛能的興趣正在廣泛地復甦，而這研究正是其中之一。研究者想知道 LSD 能不能讓科學家進入專業的無意識中，幫助他們從不同的角度處理熟悉的問題。我們的想像力通常受到忽略，但應當成為臺上的主角、受到觀察的現象，甚至可能需要測量。全國各地科學系所的海報招募了一群兼容並蓄的年輕研究者（「你有個有意義的問題需要解決嗎？」）。這是很大膽的研究。有創意的突破不論在哪都很難促成，更不用說在醫院的臨床藥物實驗部門了。

進行實驗的研究者在牆上掛上迷幻的掛畫，設置音響系統播放音樂，讓房間亮著「月光」色的光。他們試圖去除場景的診所特質，卻讓那裡顯得更人工──承認了他們（科學家）可能對他們的主題內容造成的影響。這樣的布置凸顯了許多研究者天天要面對合理的不安全感。要是所有生物學實驗的受試者都能得到適合的情境光線和放鬆音樂，他們的行為會有多大的不同。

護士確保我早上九點準時喝下 LSD。他們仔細看著我，直到我吞下所有液體；液體兑入了一小酒杯的水。我躺在醫院房間的床上，護士從我前臂的留置針抽了一管血液樣本。三小時後，我達到「巡航高度」時，我的實驗助理溫和地鼓勵我開始思考「和工作有關的問題」。開始前，有一系列的心理測量測驗和人格評估，要求我們盡可能詳盡地描述我們的問題──我們探索過程中可能辛苦拆解的打結難題。把那些結浸在 LSD 裡，或許能讓結鬆脫。我所有的研究問題都和真菌有關，想到 LSD 最初是從糧食作物中的真菌裡萃取出來，我就覺得欣慰；那是我真菌問題的一個真菌答案。會發生什麼事呢？

——本文摘自《真菌微宇宙：看生態煉金師如何驅動世界、推展生命，連結地球萬物》，2021 年 8 月，果力文化。