本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

本文轉載自顯微觀點

每年春夏，馬祖的海面上經常暈著一片神祕夢幻的淡藍色螢光，隨著海浪明暗閃爍。這便是被美國 CNN 列為「世界 15 大自然奇景」的「藍眼淚」自然奇觀。

但藍眼淚可不只是攝影玩家眼中的浪漫美景，更是一種與生態與科學研究緊密關聯的海洋生物現象。這些閃爍的藍色光點其實是一種稱為夜光蟲（Noctiluca scintillans）的甲藻門單細胞生物，受到海浪、自然風甚至人為驚擾而發出淡淡藍光，需要在沒有光害的環境下才能清楚看見。以前在馬祖當地常將藍眼淚稱為「丁香水」或「海耀」，因為清明到立夏前後是馬祖漁民捕撈丁香魚的季節，而當看到微弱藍光在水面閃耀，就會大量出現以夜光蟲為食物的丁香魚群聚集。

夜光蟲是什麼？顯微鏡下的藍色魔法

國立臺灣海洋大學在馬祖北竿設立分部，並推動「馬祖海域海洋生態整體調查計畫」，開啟「藍眼淚」的研究以及培植技術的研發，希望解開「藍眼淚」之謎。

海大研究團隊在「藍眼淚」經常出現的介壽澳口沿岸水域進行採水，利用毛細管在解剖顯微鏡下將發光生物進行單細胞分離培養，證實夜光蟲是造成馬祖「藍眼淚」的主要發光生物。

夜光蟲是一種單細胞渦鞭毛藻，具有一橫向鞭毛和一個觸手。蟲體呈現腎形或球狀，直徑大小僅介於 200 至 2000 μm（微米）。

夜光蟲分為兩個類群，一種是體內有內共生藻（Protoeuglena noctilucae），可不攝食，靠共生藻光合作用提供能量存活的綠夜光蟲；另一種是體內不存在共生藻的紅夜光蟲。而馬祖發現的夜光蟲屬於紅夜光蟲。

每隻夜光蟲大約含有 10⁴ 個發光源，每個發光源大小為 0.5-1.5 µm，大約可放出 10⁵ 個光子。發光時間約可持續 80 毫秒（ms，10^-3 秒），一閃即過，因此我們常看到海面一片藍的景象通常是長期曝光的效果。

不過夜光蟲發光的目的尚不清楚，有研究認為黑暗中發出生物光可對外敵產生威嚇作用，或吸引更大型的生物來攻擊夜光蟲的攝食者。另外一種說法是生物光在黑暗中可作為識別同種生物的標誌以進行交配，或是做為吸引餌料的工具。但可以確定的是，當受到外力刺激夜光蟲便會發光。因此當船前進時，在船隻兩側的便會聚集許多小光點；或當浪拍打時，也會出現閃閃點點的藍色螢光。

藍眼淚大爆發 有性生殖是重要關鍵

除了發光機制，海大研究團隊持續針對藍眼淚進行研究；尤其是為何在特定時節，馬祖藍眼淚會「大爆發」。

通常每年 4 月至 6 月前往馬祖的機票都極為搶手，因為這正是藍眼淚的最佳觀賞季節；但事實上，3 至 9 月都可說是馬祖藍眼淚的觀賞期。

過去認為夜光蟲是因為無性生殖而出現爆發期，但根據海洋大學發表於《Frontiers in Marine Science》的研究指出，有性生殖其實扮演更重要的角色。

當水溫低於攝氏 27 度時，閩江水帶入豐富陸源性無機營養鹽進入馬祖周遭水域，造成矽藻，也就是夜光蟲的餌料大量快速成長，進而引發夜光蟲數目快速增加。

但是當夜光蟲經歷一段爆發性成長、周圍獵物數量突然下降時，它們便會「感受到壓力」，轉變為另一種細胞型態—配子母細胞（gametocyte），並產生 256 到 1024 個原始配子（progametes）。這些配子結合成合子後沉入水底、暫時停止發育，等待來季重新復甦。

海大研究團隊使用解剖顯微鏡和立體顯微鏡針對夜光蟲、配子母細胞、綠藻（夜光蟲的餌料），每 24 小時進行計數，以計算實驗期間有性生殖率的變化。

研究結果發現，有性生殖率或配子體母細胞濃度的上升僅發生在獵物濃度發生大幅變化時，通常發生在夜光蟲族群成長的指數期之後。當餌料濃度降至 400 個細胞/毫升以下時，配子體母細胞數量會顯著增加，從夜光蟲總族群的 1%（或更少）增加到近 10%。也就是說，獵物濃度的突然下降會誘導更多的夜光蟲轉變為配子體母細胞。

馬祖的藍眼淚不僅是自然界奇觀，更是探究海洋生態系中夜光蟲與環境互動的科學視窗。下次前往馬祖「追淚」時，不妨想像一下藍光的真實身影。

參考資料：

• Lee, J. L., Chiang, K., & Tsai, S. (2021). Sexual Reproduction in Dinoflagellates—The Case of Noctiluca Scintillans and Its Ecological Implications. Frontiers in Marine Science, 8, 1–17.
• 蔡昇芳、吳律瑩、蔣國平。夜光蟲（Noctiluca scintillans）數量變化與環境的關係。國立臺灣海洋大學海洋環境與生態研究所與海洋中心。
• 解開馬祖藍眼淚之謎──夜光蟲
• 維基百科

延伸閱讀：

• 諾貝爾得獎「助攻王」 ：秀麗隱桿線蟲
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美國研究人員利用奈米感知器陣列製作出第一個可撓穿戴式溫度計。根據該研究團隊，此具高靈敏度的貼片狀裝置可測得體表皮膚溫度僅數mK的變化，未來可望使用於醫療院所或居家環境。

伊利諾大學厄巴納香檳分校(UIUC) John Rogers研究團隊製作出兩種類型的測溫元件。第一種感應器陣列包含長20 µm寬20 nm的金箔片，藉由其電阻值變化觀察溫度，製作上採用了標準微影製程技術。第二種裝置則由複用(multiplexed)感應器陣列所構成，感應器基於圖案化摻雜的矽奈米薄膜二極體，並利用二極體開啟電壓(turn-on voltage)的變化來量測溫度的改變。相同的是，兩種元件都沉積於具彈性的聚酰亞胺(polyimide)塑膠薄膜上。此積體感應器的柔軟度、厚度以及密度等物理性質接近人體皮膚，因此，病患幾乎感受不到穿戴於身上的溫度計。除此之外，此附著於皮膚上的貼片溫度計可承受捏擰或扭轉並且不至造成損傷。裝置由感應器節點陣列構成，每一陣列皆能量測局部溫度達mK的準確度。

如此高靈敏度可用來觀察血流內熱量如何流動以及舒張與收縮時血管中溫度的改變。這些測量能提供大量關於心血管健康狀況的資訊。尤有甚者，通入電流流經這些感應器能產生焦耳熱(Joule heating)，並能將此熱量施加於皮膚上。同步監控溫度可使研究人員測量出皮膚的熱導率，接著藉此推算皮膚含水量。此外加熱能也可能用來在某些情形下幫助傷口復原。

由於元件被包覆於聚酰亞胺塑膠微米級厚的夾層中，感應器陣列能抵抗濕氣並為電性絕緣。這代表著即使病人發燒或大量出汗時，仍不影響體溫量測。就靈敏度和繪製皮膚溫度分佈的能力而言，此裝置效能可比擬今日常見於醫療院所的熱感應相機，並且具有價格低廉與體積輕薄的優勢。對於穿戴此測溫貼片的病患，不僅其行為活動不受影響，而且在進行溫度測量時也無須維持靜止。

Rogers表示，目前此裝置須仰賴外部電源供應動力，倘若未來能把電源直接整合入感應器陣列中，譬如使用可伸縮電池、超級電容以及其他儲能元件等，將非常適合許多不同的應用，可供醫療場所或一般住家使用。該團隊目前正著手測試病人實際配戴該測溫貼片時的效果及情形，同一時間並積極開發完全無須使用線路的元件。詳見Nature Materials｜doi:10.1038/nmat3755。

轉載自 奈米科學網 

本文轉載自顯微觀點

DNA-PAINT：易脫落的奈米「漆」

DNA-PAINT 屬於單分子定位顯微術（SMLM）大家族一員，它突破繞射極限的途徑類似 PALM 與 STORM：以閃爍（blinking）的螢光讓多個目標分子的位置輪番呈現，最後將多次定位影像以電腦疊合重建成完整的超解析分子地圖。結合電腦運算輔助和光學成像的統計原理，DNA-PAINT 可以達成極端細緻的 RESI 定位術，清楚區別兩個距離不到 1 奈米的螢光來源。

單看字面，DNA-PAINT 給人「以 DNA 作為油漆」的印象。事實稍有不同，這種技術以 DNA 作為「點累積奈米成像術」（PAINT , Point Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography）的探針。接上螢光染劑的短小 DNA 片段，可以靈敏標記蛋白質、染色體以及許多細胞內構造。

DNA-PAINT 的特別之處，在於利用「不牢固」的螢光標記製造閃爍效果。不同於 PALM, STORM 以光調控「固著在目標上」的螢光來源，DNA-PAINT 使用與目標連結力量薄弱的螢光探針，結合目標之後會快速分離。只有在探針與目標結合的瞬間，同時被激發光照射，探針上的螢光團才能發出螢光。目標分子與螢光探針分離後，依然保有和下一個探針結合的能力，因此不必擔心螢光團的放光能力衰退。

DNA-PAINT 使用的 DNA 探針片段長度不超過 10 個鹼基，又稱寡核苷酸（oligonucleotides 或oligomers）。這些短小 DNA 片段可以附加上螢光染劑的螢光團分子，成為螢光探針。

DNA 探針的結合對象是另一段互補的 DNA 片段，此互補序列會預先透過抗體與定位目標連結，等待 DNA 探針前來結合。DNA 探針因為具有螢光團，被稱為「成像片段（imager strand）」，而牢固於目標的互補序列則稱為「嵌合片段（docking strand）」。對生物細胞進行 DNA-PAINT 時，嵌合片段與目標分子之間常有抗體或配體做為銜接，需要類似免疫螢光染色的前置作業，目標表面的抗原也可以因應實驗需求進行設計。

因為兩個短小 DNA 片段之間的結合力有限，成像片段與嵌合片段結合後會快速分離。而螢光團只有在結合目標時才容易放光，因此可以形成閃爍的螢光定位標記。經由電腦疊合閃爍的定位影像，DNA-PAINT 可以達成 10 奈米左右的超解析定位，若沒有序列成像的幫助，依然無法突破奈米以下解析度的光學障礙。

核孔複合體（Nuclear Pore Complex）上的 Nup96 蛋白是科學家經常探索的重要目標，即使是超解析顯微術也未能在自然狀態下呈現其構造。隆曼團隊以 RESI 對 Nup96 進行定位，不但清楚定位出符合電子顯微鏡拍攝的 8 對 Nup96 蛋白沿著核孔形成環狀結構，還能清楚呈現每對蛋白之間的 11 奈米的間距。

結合序列成像（Sequential Imaging）與 DNA-PAINT 兩種技術，RESI 讓科學家得以運用一般門檻的顯微儀器、耗材，就能達到超乎以往想像的定位解析度。而 DNA-PAINT 這種巧妙的定位方法並非一蹴而就，而是數種有趣的技術累積而成。

PAINT 起源：不穩定又不專一的尼羅紅

PAINT（Point Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography, 點累積奈米成像術）系列定位法的螢光探針由一個螢光染劑分子與一個分子探針（probe）構成。親和性抗體、寡核苷酸（短小 DNA 片段）都可作為分子探針的材料，再由此探針結合目標分子或其上的抗體。除了 DNA-PAINT, PAINT 家譜上還有 FRET-PAINT, Exchange-PAINT, u-PAINT 等不同特質的成員。

在 2006 年由沙羅諾夫（A. Sharonov）和霍克崔瑟（R. M. Hochstraser）發表的第一代 PAINT 中，僅僅使用螢光染料尼羅紅（Nile Red）為標記。這種染劑在含水溶劑中無法發光，必須進入磷脂層等非極性環境才能展現其螢光活性。

因此尼羅紅無須結合探針，只要以低濃度加入樣本溶液中，就能觀察到其進入細胞膜脂雙層、大型磷脂囊泡（large unilamella vesicles）表層等疏水性環境中，受到激發放出螢光。尼羅紅與磷脂層的親和性不強，很快就會再次脫離，也容易遭到光漂白（photobleaching）而失去螢光，因此可作為一種閃爍的螢光定位標記。

尼羅紅可以結合所有疏水性（hydrophobic）的構造，無法真的標記特定分子，缺乏分子生物學重視的專一性。但它開啟了 PAINT 以「不牢固螢光染劑」增進解析度的先河。與多數螢光顯微術追求螢光團穩定性與強度的定位技巧背道而馳。

4 年後，吉安諾內（G. Giannone）和荷西（E. Hosy）以具目標專一性的配體，例如抗體蛋白，連接螢光團形成螢光探針，達成具有專一性的 PAINT 超解析定位。透過進步的生化技術製作配體，這種技術幾乎可以定位所有類型的目標，因此被命名 universal-PAINT, 簡稱 uPAINT。

uPAINT 可以提升多種目標的定位解析度，但其螢光探針即使游離在溶液中，也能接受激發、放出螢光，形成背景雜訊。且結合螢光染劑的抗體無法穿透細胞膜，因此只能定位細胞膜上的目標。

因此 uPAINT 必須限縮激發光照射的範圍，對準目標、減少雜訊，例如微調全內反射顯微鏡（TIRF）的角度，形成「高傾斜層光照明」（Highly Inclined and Laminated Optical sheet, HILO）以限定激發範圍。

同在 2010 年，隆曼與史坦豪爾（C. Steinhauer）嘗試以寡核苷酸為探針，定位 DNA 摺紙構造（DNA origami structure）上的目標，達到了奈米等級的解析度。DNA-based Point Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography 正式誕生，善用「不牢固的螢光探針」與電腦運算的輔助，以一般螢光顯微鏡就能突破繞射極限。

無限調色的虛擬油漆：Exchange-PAINT

2014 年，隆曼與同事阿凡達尼歐（M. S. Avendaño）、沃爾斯坦（J. B. Woehrstein）發表 DNA-PAINT 的巧妙變化，除了同時以不同探針標記不同構造，達成精準的多重定位（multiplexed localization），更實現以一種螢光超解析定位多種目標，讓多重標記的潛力加速實現。

這種多重標記被隆曼與同事稱為 Exchange-PAINT，同樣使用 DNA 片段作為探針。在同一個樣本的 10 種不同目標上，連結了 10 種不同的嵌合片段（docking strands），隆曼等人再以 10 種互不干涉的短小 DNA 序列（orthogonal sequences）作為成像片段（imager strands）。

他們每次只加入一種成像片段，針對一種目標進行閃爍（blinking）定位，並由電腦套上特定顏色，接著洗去既有成像片段，再加入下一種成像片段。最後將所有目標的獨立定位圖疊合起來，便能得到完整的奈米級定位。

只需要一種螢光染劑接上多種成像片段，Exchange-PAINT 便能以基本的實驗設備達到多重目標的超解析定位，不像多重標記的 DNA-PAINT 受限於染劑顏色數目，Exchange-PAINT 的門檻在於互不相干寡核甘酸片段的數目，在實驗中幾乎不可能窮盡。而可以使用一般螢光顯微鏡與螢光染劑達到埃（ångström）解析度的 RESI 技術，就是將 Exchange-PAINT 的多種目標定位應用於單種目標定位，透過不同探針標記同種目標製造發光順序落差，大幅提升解析度。

在「眼見為真」的生物學影像趨勢中，「增加偵測光子數量」是螢光顯微技術提升解析度的基礎光學原理，也是最主流的技術改良方向。而 DNA-PAINT 系列技術跳脫了對光子數量的追求，不受螢光染劑的光漂白及螢光壽命限制，以快速脫落的探針另闢蹊徑，使低成本的超解析影像得以實現，更展現生物物理學蘊藏的廣泛技術可能性。

參考資料：

• DNA-PAINT 的最新應用：RESI序列成像解析度增強術
• Jungmann, Ralf, et al.  Nature methods 11.3 (2014): 313-318.
• Agasti, Sarit S., et al.  Chemical science 8.4 (2017): 3080-3091.
• Nieves, Daniel J., Katharina Gaus, and Matthew AB Baker. Genes 9.12 (2018): 621.
• Schlichthaerle, Thomas, et al.  Angewandte Chemie 131.37 (2019): 13138-13142.