不需開心、心臟免停機：一根導管如何完成「換心門」的高科技任務？

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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「那是位年輕男性，身材又瘦又高，就是常見的先天性疾病馬凡氏症候群。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授表示，「有一天，患者因為急性劇烈胸痛被送到急診室，檢查發現是A型主動脈剝離，且合併嚴重的主動脈瓣逆流。」

A型主動脈剝離的進展快速，且死亡率很高。陳紹緯教授指出，確定診斷後，便替患者安排緊急手術，進行高複雜度主動脈根部重建手術，又叫「班氏手術」。術中會切除病變的主動脈瓣與升主動脈根部，然後植入一段帶有人工瓣膜的人工血管，再將冠狀動脈重新縫合至人工血管側壁。術後患者順利恢復，目前仍在門診追蹤治療。

主動脈瓣位於左心室與主動脈之間，能夠幫助維持血流的方向。當左心室收縮時，主動脈瓣開啟，當左心室舒張時，主動脈瓣關閉。倘若主動脈瓣無法完全關閉，便會出現主動脈瓣逆流。

主動脈瓣逆流的症狀與心臟衰竭類似，常見表現包括心悸、胸悶、頭暈、疲累、活動易喘、下肢水腫等。

造成主動脈瓣逆流的原因包括感染性心內膜炎、瓣膜退化性變化等。陳紹緯教授指出，在台灣，主動脈瓣逆流常與主動脈瘤或主動脈剝離有關。主動脈瘤會使主動脈根部擴大，讓主動脈瓣無法完全閉合。

心臟超音波可以評估主動脈瓣逆流的嚴重程度，包括逆流束面積、左心室擴大程度與收縮功能。通常在主動脈瓣逆流達到重度且合併症狀或左心室功能受損時，會考慮進行主動脈瓣置換手術或其他介入性治療。

主動脈瓣人工瓣膜有何差異？

若主動脈瓣逆流的原因為單純瓣膜病變（如瓣葉鈣化、退化或感染），治療方式是採用主動脈瓣置換術，人工瓣膜的選擇包括機械瓣膜與生物瓣膜。

機械瓣膜的耐久性高，大部分可終身使用，不過患者需終身服用抗凝血劑。陳紹緯教授說，生物瓣膜（例如牛心組織瓣膜、豬心組織瓣膜）不需因為瓣膜因素終身服用抗凝血劑，可避免藥物帶來的風險，並維持良好的生活品質，但是使用年限較機械瓣膜短，未來可能需要再次更換人工瓣膜。

臨床上，一般會建議年紀較輕的患者使用機械瓣膜，而50歲以上的患者可考慮使用生物瓣膜。陳紹緯教授說，請患者和家屬在術前與醫師詳細討論，共同選擇合適的人工瓣膜。

高複雜度主動脈根部重建-「班氏手術」步驟解析

假使主動脈瓣逆流合併主動脈根部擴張、主動脈瘤或主動脈剝離，則需進行主動脈根部重建–班氏手術（Bentall Procedure）。

主動脈根部的解剖構造較複雜，且有負責供應心肌血流的冠狀動脈。陳紹緯教授解釋，班氏手術是一種複合式主動脈根部重建手術，醫師會先切除病變的主動脈瓣與升主動脈根部，植入一段帶有人工瓣膜的人工血管，再將冠狀動脈重新縫合至人工血管側壁，屬於高複雜度心臟外科手術。

如果主動脈瓣本身沒有嚴重的病變，單純是因為主動脈擴大而造成主動脈瓣逆流，在主動脈手術經驗豐富的團隊可考慮保留瓣膜作大衛氏手術 （David Procedure），病患可進一步和心臟外科醫師討論。

隨著導管治療技術的進步，目前台灣也有針對主動脈瓣逆流的經導管主動脈瓣置換術正在進行臨床試驗。陳紹緯教授說，由於主動脈瓣逆流患者可能缺乏鈣化結構，導管瓣膜較難固定，是需要克服的挑戰，希望未來能夠造福更多的患者！

筆記重點整理

● 主動脈瓣逆流的症狀與心臟衰竭類似，常見表現包括心悸、胸悶、頭暈、疲累、活動易喘、下肢水腫等。

● 造成主動脈瓣逆流的原因包括感染性心內膜炎、瓣膜退化性變化等。在台灣，主動脈瓣逆流常與主動脈瘤或主動脈剝離有關。主動脈瘤會使主動脈根部擴大，讓主動脈瓣無法完全閉合。

● 若主動脈瓣逆流的原因為單純瓣膜病變（如瓣葉鈣化、退化或感染），治療方式是採用主動脈瓣置換術，人工瓣膜的選擇包括機械瓣膜與生物瓣膜。機械瓣膜的耐久性高，大部分可終身使用，不過患者需終身服用抗凝血劑。生物瓣膜不需因為瓣膜因素終身服用抗凝血劑，可避免藥物帶來的風險，並維持良好的生活品質，但是使用年限較機械瓣膜短，未來可能需要再次更換人工瓣膜。

● 假使主動脈瓣逆流合併主動脈根部擴張、主動脈瘤或主動脈剝離，則需進行主動脈根部重建–「班氏手術」班氏手術是一種複合式主動脈根部重建手術，醫師會先切除病變的主動脈瓣與升主動脈根部，植入一段帶有人工瓣膜的人工血管，再將冠狀動脈重新縫合至人工血管側壁，屬於高複雜度心臟外科手術。

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「醫師，心臟超音波檢查發現我的主動脈瓣只有兩瓣，但是我沒有症狀，這樣有關係嗎？」30 歲的李先生問。

「你的心臟超音波顯示已有重度主動脈瓣狹窄，且心臟功能已有退化現象」醫師翻開病歷說，「應該要及早開刀治療會比較好。」

「沒有症狀也要開刀嗎？」李先生問。

「是的。」醫師肯定地點點頭，「重度主動脈瓣狹窄有猝死風險，拖延只會更危險！」

正常的主動脈瓣是三片，但是約有 1% 至 2% 的人天生只有兩片，所以被稱做雙瓣式、兩瓣式或雙葉式主動脈瓣（bicuspid aortic valve）。林口長庚心臟外科教授陳紹緯醫師指出，由於瓣膜結構異常，容易形成主動脈瓣狹窄。

正常的瓣膜可以用到七、八十歲以上，所以大部分主動脈瓣狹窄的患者，都是老年人。陳紹緯醫師說，「兩瓣式主動脈瓣的患者會在較年輕時出現主動脈瓣狹窄，可能五、六十歲就需要治療。甚至曾經有遇過大約三十歲的患者便需要動手術更換主動脈瓣。」

使用超音波能夠確定診斷兩瓣式主動脈瓣，部分患者在小時候，醫師就會發現有這個狀況，陳紹緯醫師說，不過很多患者直到出現主動脈狹窄的狀況後，才確定診斷。

發現有兩瓣式主動脈瓣後，即使沒有明顯症狀，患者也要定期接受超音波檢查。陳紹緯醫師說，因為病情可能進展較快，而且不只有主動脈瓣，患者的主動脈可能會擴大，有較高的風險出現主動脈瘤或主動脈剝離。根據統計，大約 50% 的兩瓣式主動脈瓣患者會需要接受手術治療，而 20～30% 的病人會在 10～20 年間發展成主動脈瘤。

兩瓣式主動脈瓣患者在初期通常沒有症狀，直到主動脈瓣狹窄惡化才會出現胸悶、胸痛、心悸、呼吸困難等狀況。陳紹緯醫師說，患者在平躺時會比較喘，所以需要端坐呼吸；有時會昏厥、中風，甚至猝死。

針對主動脈瓣狹窄，現在的建議是不要等到症狀出現，因為是不可逆心臟結構性問題，一旦疾病進展到重度就得盡快進行手術治療。陳紹緯醫師說，最主要的檢查是心臟超音波，如果心臟超音波顯示為重度主動脈瓣狹窄，就建議接受治療。

「即使沒有任何症狀，也不可輕忽。因為主動脈瓣已經嚴重狹窄，便會有猝死的風險！」陳紹緯醫師說，「尤其是這些病人可能很年輕，拖延並沒有任何好處，只會愈來愈危險。」

根據目前的國際治療指引，兩瓣式主動脈瓣建議採用外科手術治療。陳紹緯醫師解釋，因為兩瓣式主動脈瓣的型態是橢圓形，而且鈣化會很厲害，所以用導管瓣膜治療的效果會比較差，中風比例也會比較高。除非患者拒絕手術，或是手術風險太高，才會使用導管瓣膜治療。

心臟血管外科醫師會把鈣化的主動脈瓣清除乾淨，然後換上一個人工瓣膜，未來若有問題可再使用導管瓣膜治療。如果有主動脈瘤問題，也建議於手術一併處理進行人工血管置換。陳紹緯醫師說，對於較年輕的患者，一般不太會建議在第一次就做導管瓣膜治療。

目前的手術方式可採用標準開胸手術，也可以選擇小傷口微創手術。陳紹緯醫師說，微創手術的傷口較小，術後疼痛較少，不過如果患者的主動脈或其它心血管疾病需一併處理，就會建議標準開胸手術，同時處理主動脈瓣及其它心血管問題。

人工主動脈瓣膜有機械瓣膜與生物瓣膜，陳紹緯醫師說，一般建議 50 歲以下使用機械瓣膜，65 歲以上使用生物瓣膜，介於 50 到 65 歲之間兩者皆可。生物瓣膜持續進步，耐用性也愈來愈好。術前可與和醫師詳細討論，選擇合適的人工瓣膜。

「此外，過去由於生物瓣膜退化後只能再次開胸手術，但由於經導管瓣膜置換術的進步，第一次使用的外科生物瓣膜若退化，在於未來有很大的機會使用導管瓣膜治療。」陳紹緯醫師說，「因為使用一、二十年後，生物瓣膜可能逐漸退化，而出現狹窄或閉鎖不全，屆時可以使用導管放入新的人工（生物）瓣膜，風險比較低，患者也會比較輕鬆。」

貼心小提醒

兩瓣式主動脈瓣是先天性疾病，主動脈瓣的退化速度較快，而在年輕的時候便出現主動脈瓣狹窄。因為主動脈瓣打不開，患者可能昏厥、中風、甚至猝死。

如果知道自己是兩瓣式主動脈瓣，請務必定期追蹤。陳紹緯醫師說，如果心臟超音波已發現重度主動脈瓣狹窄，即使沒有症狀，也要接受手術治療！

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