從鋼板到負壓系統：骨折治療的新時代讓復原更輕鬆！

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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輕微的擦傷，其實不用消毒？

以前如果有擦傷或是割傷，第一步一定是消毒。不論家裡或學校的保健室，必備外傷用的消毒液，諸如酒精製劑、碘酒、白藥水、俗稱「紅藥水」的紅溴汞等，商品種類繁多。

但是近年來已經發現消毒液不利於傷口痊癒。因此除了特殊的狀況，基本上傷口不用消毒，用自來水仔細把砂土、泥巴之類的異物洗乾淨就夠了，不用拚命忍受消毒液碰到傷口的疼痛。

在醫院也是一樣。一般而言，較深、需要縫合的傷口會事前消毒，如果不是就不用消毒。因為長久以來的習慣，很多人都認為「傷口需要消毒」，所以或許會有人不滿「都特別去醫院了，竟然不幫我消毒」，不過輕傷「不消毒」才是正確的做法。

可能會有人懷疑「不消毒的話傷口不會化膿嗎？」的確，如果細菌從傷口處侵入並繁殖，就會引起感染（化膿），但就像前面提到的，皮膚本來就常態性會有細菌和我們共生，消毒的瞬間會把這些細菌都殺死，之後就無法防止旁邊的細菌進入傷口，倒不如定期把傷口清洗乾淨還比較重要。

傷口保持「濕潤」有助於傷口癒合？

一般而言，輕傷不使用抗菌藥物，是因為在預防感染上沒有作用。

傷口在剛開始被感染時，以「治療」為目的使用抗菌藥物是合理的，但是以「預防」為目的是無效的。在還沒感染之前就趕盡殺絕，就像還沒發生犯罪之前就把人逮捕一樣。

但是汙染嚴重的傷口例外。例如被貓狗等動物咬傷，相較於普通的傷口來說感染風險很高，因此會以預防為目的使用抗菌藥物。此外如前所述，在確認傷口汙染程度和疫苗接種時間後，也有可能需要注射破傷風疫苗。

傷口管理上的想法已經大為改變。以前是認為要「乾乾的」，讓傷口保持乾燥比較好；但近年來卻發現讓傷口維持濕潤比較快痊癒，所以通常會在傷口抹上軟膏，以維持濕潤的環境。

外用藥的軟膏和乳膏常常會被搞混，其實完全不同。軟膏類是由藥物成分及基劑所構成，並不是將藥物成分塗抹在皮膚上，而是將藥物成分溶於基劑中再抹上去。

此外，軟膏的基劑是油性成分（凡士林等），乳膏在油性成分之外還含有水分。因此軟膏黏性較強、保濕力較高，對皮膚刺激也比較少；而乳膏水潤滑順、黏性較差、對皮膚刺激性較強，不能使用在傷口部位。所以要塗在傷口上的話，要選用軟膏。

漱口可以沖掉喉嚨的病毒嗎？效果有限！

在醫學的世界裡，有些過去以為是正確、大家都深信不疑的事，在之後的研究中才發現是錯誤……這樣的例子不少，傷口處置正是最典型的例子之一。

其他還有類似的案例，例如漱口藥。

以前像碘酒之類的漱口藥，被認為有預防感冒的效果，但近年發現用自來水就綽綽有餘。

現在用自來水就能有效預防感冒已經成為「理所當然」，實際上，醫院除非有特殊理由，否則不會以預防感冒或治療為目的地開立漱口藥。

漱口藥本身的效果也被認為是有限的。在新冠肺炎對策中，也不斷宣導「勤洗手、戴口罩、避免密集密切接觸」，但並沒有「漱口」這項。

漱口或許可以將附著在喉嚨上的病原體沖刷掉，但是在下一個瞬間吸入飛到眼前的飛沫，那漱口的效果就前功盡棄了。這就是為什麼在傳染對策上，漱口的優先順位不高的理由。

雖說如此，像這種「感覺原因很合理的說明」，在之後的研究被翻盤，醫學史上也經常發生。即使現在手邊的材料看起來很合理的說明，那也不過是「暫時的正確答案」而已。

——本文摘自《了不起的人體：如此精妙，如此有趣，說不定還能救你一命》，2022 年 7 月，如何出版，未經同意請勿轉載。

1865 年 8 月，英國格拉斯哥 (Glasgow) 皇家醫院的李斯特醫生檢查了一位 11 歲小男孩的傷勢後陷入沉思。小男孩左腿的複合性骨折恐怕只能截肢了，然而截肢的死亡率高達五成，面對小孩母親驚惶中充滿祈求的眼神，他下定決心：那就放手一搏吧！

其實不只截肢，當時手術後的病患有四成以上都會因為感染而死亡，但大家都不清楚為什麼會感染，只能歸咎於污氣、瘴氣，認為是無可奈何之事。但李斯特意識到傷口化膿是個重要指標，他發現沒有傷口的閉合性骨折，都沒發生感染；相對地，即使傷勢輕微，只要有傷口就很容易化膿感染，因此一定是空氣中有什麼東西從傷口處引發感染。但推論至此他就束手無策了，直到年初他讀到法國化學家巴斯德的論文，一切終於豁然開朗！

巴斯德證明發酵作用與食物腐敗都與微生物有關，他建議三種殺死微生物的方式：過濾、高溫、或是化學溶液。前兩者顯然不適用於人體，因此李斯特只能從化學溶液著手。他先用小動物做實驗，但試了幾種化學物質都不理想，後來聽說石碳酸可以防止污水發臭，一試之下果然有用，如今或許該試試看能不能救這小男孩了。

李斯特用石碳酸溶液擦拭手術器具，並噴灑於手術室四周與空氣中。開完刀後再用浸泡過石碳酸溶液的紗布一層一層的敷在傷口上，與空氣隔絕。結果男孩的傷口果然完全沒有化膿感染，健康出院。李斯特自此手術都用這樣的消毒措施，在三年之內所做的 40 例截肢手術之中，只有 6 例感染死亡，死亡率從將近五成降到一成五，已足以證明消毒的成效。

然而儘管李斯特大力鼓吹同事在開刀之前洗手、換上乾淨的手術袍，但大多數人對於細菌說仍嗤之以鼻，因此依然故我，不願改變習慣，遑論還要麻煩地進行消毒。他於 1867 年在《柳葉刀》(The Lancet) 期刊上先後發表了六篇論文，但是自己英國同胞卻冷淡以對，反而是德國醫界大力推廣，並積極改善消毒方法。隨著各地引進消毒措施的醫院因手術感染的死亡率明顯下降後，李斯特終於在十幾年後獲得各國一致的讚揚，並獲頒男爵的爵位。

李斯特沒忘記飲水思源。他於 1874 年寫信給巴斯德感謝他的研究與創見，而巴斯德也積極將李斯特的臨床實驗介紹給法國醫界。兩人成為一生至交，共同推廣微生物學的觀念。因為李斯特，醫護人員才懂得消毒的重要，而讓手術變得更加安全，拯救了無數人的生命，李斯特也因此享有「現代手術之父」的美譽。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。