鑑識故事系列：從下呼吸道取出的矽膠

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」。

進一步了解商品：https://shop.amway.com.tw/products/2071?navigationType=brand&

男子與公車上認識的同好，打算共赴西洋棋賽。途中兩人開始喝酒，醉到無法下棋，男子便受邀至對方家續攤。他們來到德國某小鎮一棟半獨立式的房子，不知何故卻起了爭執。這名新朋友遂攻擊男子，然後致電警方自首。^[1]

勘查現場

警察與鑑識病理學家進入客廳，看見男子四肢蜷曲，橫屍沙發前的血泊中。朝天的後腦勺，有數道深層砍傷。遍佈周遭物品、地板與牆壁的飛濺血斑，方向不一。可以推測男子在跌倒後，以此姿勢繼續受害。他的身邊有兩只刀鞘。相應的武士刀 A 在廚房裡；B 則於屋外的人行道上，一旁還有開山刀。^[1]

武士刀

開山刀上沒有血漬，可能不是兇器；兩把沾滿鮮血的武士刀，成了辦案的焦點：^[1]

• 武士刀 A：由長 720 公厘，寬 31 公厘，厚 7 公厘的刀刃；橢圓形護手；以及藍布包裹的刀柄組成，總長 1020 公厘。^[1]
• 武士刀 B：刀刃長 725 公厘，寬 32 公厘，厚 7.5 公厘；加上橢圓護手；還有纏著黑布的刀柄，全長也是 1020 公厘。^[1]

兩把武士刀的外型，無疑非常相似。不過，製作刀器時的打磨等動作，以及使用造成的磨損，如果留下足夠的紋路，就可能在死者身上產生不同的痕跡。換句話說，驗屍的時候，要挑選刀痕明確，且含有相當細節的砍傷，來進行比對。^[1]

驗屍

男子的頭、頸後方，與右肩、右臂，有 2、30 處銳器損傷；雙手因自我防衛而受傷；嘴唇、手臂、左乳頭，以及左肩胛附近，則有血腫等鈍器損傷。他的內臟輕微貧血，帶少量屍斑，散發著強烈酒味。血液酒精濃度高達 0.378%，^[1]衝突發生的當下，抵禦能力大概有限。

翻模

鑑識團隊取下顱骨（cranium）最上方顱頂（calvaria）的一部份，用冷水洗淨，吸除水份，放在顯微鏡下檢查：8 淺 7 深，共 15 道器物造成的傷痕。其中 3 道特別深，而且保有充足細節，適合比對兇器，被編號為 I、II 與 III。^[1]

接著，他們拿出 AccuTrans® 鑄造材料（AccuTrans® Casting Material），往這 3 道刀痕上抹。^[1]根據 AccuTrans® 的官網，這是一種鑑識專用的印模矽膠，連鈔票墨紋都能精準捕捉，而且適用於平滑、粗糙，垂直或水平等各種表面。^[4]得到第一個模型後，鑑識人員將這塊顱頂扔進不超過 75 °C，摻有洗衣粉的水中浸泡，直到上面的軟組織能被輕輕刷除。然後以丙酮（acetone）除油待乾，再次用 AccuTrans® 翻模。兩塊矽膠模型被放在 Leica FS-C 光學顯微鏡下比較，確認稍早浸泡的程序，沒有不小心破壞了刀痕。^[1]

顱頂刀痕的模型完成之後，2 把武士刀也要準備一下。先以冷水洗去血漬，並用衛生紙擦乾。拿牙科翻齒模的 Cavex Set Up Wax 硬蠟片，在刀刃的紋路上翻模，再灌入 AccuTrans®，做出模型。^[1]

比對

鑑識團隊除了將顱頂刀痕和武士刀紋路的模型，放在 Leica FS-C 光學顯微鏡下，打斜光比對；也使用辦案專用的 ToolScan 3D 掃描器與 Lucia Forensic 3D 比較軟體加以分析。他們又拿一般硬度的 Cavex Set Up Modelling 蠟片與褐色的 AccuTrans® AB 鑄造材料，再次製作模型，掃描並分析，以驗證結論。^[1]

判決

3 道刀痕都與武士刀 A 吻合，儘管這個結果不能排除 B，但至少證明 A 絕對是兇器。鑑識團隊 3D 電腦斷層掃描顱頂，並將結果匯入電腦輔助設計軟體 Autodesk Inventor，再繪製武士刀 A 配合呈現。然後於法庭上以此系列圖像，展現揮刀的方向與砍傷的時序。最後，兇手因過失殺人被判 9 年徒刑，並強制勒戒。^[1]

參考資料

1. Weber M, Banaschak S, Rothschild MA. (2021) ‘Sharp force trauma with two katana swords: identifying the murder weapon by comparing tool marks on the skull bone’. International Journal of Legal Medicine, 135, 313–322.
2. ‘What are the effects of alcohol?’. (02 AUG 2022) Department of Health and Aged Care, Australian Government.
3. U.S. National Library of Medicine. (28 SEP 2022) ‘Blood Alcohol Level’. MedlinePlus.
4. ‘AccuTrans®’. AccuTrans. (Accessed on 07 AUG 2023)

22 歲的義大利男性學生跟人講好時間，卻不知何故爽約。對方找上家長，但後者試圖電話聯絡，都無人接聽。該學生住所的公寓管理員，於是受家長請託，帶著備用鑰匙，前去查訪。當她推開門，潺潺水聲從浴室的方向，傾瀉而來。^[1]

命案現場

急救人員接獲管理員的通報，抵達現場。看見一名膚色淺，體毛黑，近乎全裸的男性，躺在浴缸裡。蓮蓬頭的水，朝男子頭上罩著的帆布袋直沖。他們把水關了，剪斷頸部的白色尼龍繩，掀開帆布袋，宣告男子死亡。（請慎入命案現場無碼照片。）^[1]

警察與鑑識專家稍後趕到蒐證：男子的手臂和手腕都被捆著，還有一只小鎖緊扣左右兩邊的尼龍繩。小鎖的鑰匙跟一把剪刀，落在浴缸底部，算是雙手可即之處。屍斑（post-mortem lividity）明顯，只是部份因背部擠壓而消失。脖子、四肢與開闔嘴巴的顳顎關節，都呈現屍僵（rigor mortis），已經硬化。^[1]（請慎入屍體照片。）

公寓內乾淨整潔；門窗沒有強行進入的跡象；廚房桌上，有咖啡及水各一杯；用剩的尼龍繩，則散落於臥室地板。家屬向警方表示，男子既沒有精神病史或社經困難，亦未曾顯露自殺傾向。^[1]

死亡時間

由於男子似乎剛過世不久，從死後身體降溫的屍冷（algor mortis）現象，判斷死亡時間，會是最精準的方法。^[2]此時室溫 24.0 °C，而男子的肛溫 32.5 °C，^[1]再配合體重和衣著覆蓋程度等資訊，^[3]根據 Henssge 列線圖（Henssge nomogram），可推估死亡時間為 5 至 12 小時前。^[1]

司法驗屍

36 小時後，檢方要求米蘭鑑識機構（Milan Institute of Legal Medicine）進行司法解剖：男子高 180 公分，重 70 公斤。身上沒有鈍器損傷，或自我防禦的痕跡。照理來講，死前若曾掙扎，上肢通常會留下不少的傷。他頭顱兩側，位於耳朵附近的顳骨岩狀部出血。胃裡僅有 50 毫升的褐色液體，無食物殘渣。呼吸道方面，肺臟外表蒼白，內部進水，體積過度膨大，且部份區域出血；肋膜下有瘀點；氣管、主支氣管裡，則有帶血色的泡沫。死後理應崩塌的肺部，受支氣管裡的積水影響，於水性肺氣腫（emphysema aquosum）的情況下，維持著吸氣時鼓脹的形狀。 ^[1]

另外，由送驗的毛髮、血液、尿液、膽汁、鼻腔拭子、腦部切片和胃部殘留物等，排除男子在酒精或藥物抑制中樞神經的狀態下，被人殺害。而公寓內採集到的 DNA，都屬於他本人。警方調閱監視錄影，也證實在估計的死亡時間內，周邊沒有可疑活動。^[1]

水刑

最後，法醫判定男子死於水刑（waterboarding）溺斃，一種向口鼻灌水，極其嚴酷的軍事逼供手段。然而，文獻統計 215 起浴缸陳屍案件中，僅 11 起為謀殺，而且遭人強迫溺水窒息的那 2 起，有諸多鈍器損傷，明顯與此案不同。上述的其他證據和檢驗結果，也指出案發當時，應該沒有別人在場。那麼尼龍繩與帆布袋，大概得由男子自己捆上身。警方根據男子於命案現場的樣貌，反推綁縛的步驟，認為雖然困難，但是確實可行。法醫則解釋死者之所以這麼做，通常是為了避免因痛苦而反悔。不過，公寓內尋無遺書。直到 2021 年鑑識期刊登載此案，男子自殺的動機，依然不明。^[1]

自殺防治專線：
 衛生福利部安心專線 1925
 生命線協談專線 1995
 張老師輔導專線 1980

參考資料

1. Galante N, Terzi M, Gentile G, et al. (2021) ‘An unusual suicide by self-waterboarding: forensic pathological issues’. International Journal of Legal Medicine, 135, 2351–2356.
2. Shrestha R, Kanchan T, Krishan K. (30 MAY 2023) ‘Methods of Estimation of Time Since Death’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls.
3. Wilk LS, Hoveling RJM, Edelman GJ, et al. (2020) ‘Reconstructing the time since death using noninvasive thermometry and numerical analysis’. Science Advances, 6, 22.