雙胞胎看來似乎能從DNA刑事鑑定中脫罪，但毛茸茸的高手，能確保正義得以伸張。在一項新的研究中，科學家找來一群雙胞胎，包括異卵及同卵雙生，擦拭了他們的臉頰內側後，將擦拭樣本放入罐子中。研究團隊測試十隻德國狼犬，要牠們在模擬考中，找出裝有相同氣味的罐子。每隻狼犬測試12次，沒有一次失誤！即使小孩住在一起；吃一樣的食物；有相同的DNA特徵。無庸置疑的，狼犬是犯罪現場調查的好手。
資料來源：ScienceShot: Police Dogs Can Distinguish Identical Twins [16 June 2011]
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？
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。
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：
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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愛犬慘死，兇手逍遙法外。縱然不是每個人都如電影《捍衛任務》的 Johon Wick，身懷絕技，謀求私刑正義；[1]透過科學管道，至少可以討個答案，獲得心靈平靜。義大利某隻母的傑克羅素㹴（Jack Russell Terrier），橫屍寵物旅館的院子，得年 8 歲。犬舍的網子破裂，有向內拉扯的痕跡。寵物旅館老闆養的3隻荷花瓦特犬（Hovawart），嫌疑重大；然而事後到場的獸醫，卻認為野生狐狸或海狸才是罪魁禍首。傑克羅素㹴的主人心有不甘，遂找上波隆那的一所動物疾病預防研究機構（L’Istituto Zooprofilattico Sperimentale della Lombardia e dell’Emilia-Romagna）。[2]
這隻傑克羅素㹴死後，在日均溫 7 °C 的環境，被擱置 18 到 20 個鐘頭。接著於 − 18 °C 的冰庫裡，凍了 1 個月，才被研究機構拖出來驗屍。從外觀看來，牠生前的健康狀況良好。不過，毛皮沾血，且有 14 道 7 至 10 公厘，略呈橢圓，邊緣清楚的咬傷，分佈於頸、肩、胸、肋弓、大腿（照片）和鼠蹊。另外，腰部還有個 10 公分長，2.5 公分寬的大傷口。剝掉狗皮後，可見創傷頗深：左邊頸、胸的肌肉浸潤於血中；胸腔與腹腔內，也有輕微出血；肋間肌、肋膜及腹壁穿孔；並有一根肋骨骨折。綜合以上，牠顯然死於咬傷穿透胸部，[2]使空氣在肋膜腔中累積而壓迫肺臟，[3]所導致的氣胸（pneumothorax）。[2]那麼究竟是什麼動物如此殘暴？
兇手遺留在死者身上的 DNA，是指認身份的好線索。[2]細胞中的細胞核（nucleus）和粒線體（mitochondria）都含有 DNA，[4]分別簡稱為 nDNA 與 mtDNA，兩者並不相同。以人類為例，前者包含從雙親得來的 2 至 3 萬個基因；後者則有 37 個，主要遺傳自母親。[5]分析 nDNA 的短縱列重複序列（short tandem repeat；STR），也就是一些鑑別度高的小片段；[4]或是單核苷酸多型性（single nucleotide polymorphism；SNP），即DNA序列中單一鹼基的變異，[6]便能辨識個體。[2]
以此案來說，最理想的作法，當然是從㹴犬身上的咬傷取樣，分析 nDNA，再比對兇嫌的樣本。可惜屍體於運送的過程中，大概已經受到汙染，驗了也未必準確。再加上寵物旅館的老闆，絕不可能讓3隻荷花瓦特犬配合調查，這個辦案方向根本毫無希望。[2]
好在天無絕人之路，數根 5 到 10 公分不等，顏色有深有淺的毛髮，不僅卡在死者的牙縫裡（照片），還纏於腳掌上。它們出現的位置奇怪，長得又跟梗犬的不同，或許正是來自兇手。儘管鑑識採集的毛髮時常不帶毛囊，[2]而髮幹的 nDNA 含量又極低，不過會有相當充足的 mtDNA，[7]可以辨識物種。於是，鑑識人員挑了最長又最完整的 4 根送驗。[2]
毛髮 mtDNA 分析的結果，顯示其來源非狼即犬，才不是獸醫瞎說的狐狸或海狸。如果進一步由傷口位置，回推攻擊方式，嫌疑範圍又會縮得更小：[2]
狼（Canis lupus）作為掠食者，攻擊講求效率。最好不太耗費能量，便獵得豐美肉食。特別是遇到傑克羅素㹴，這種小型犬的時候，會朝頸部直接咬死，然後狼吞虎嚥。此外，該寵物旅館附近，沒有狼出沒。[2]
相對地，狗（Canis lupus familiaris）打起架來，才會全身從頭到尾胡亂咬。好不容易把對方搞癱了，卻放著全屍一口沒吃。因此，本案的兇手應該是中、大型犬，而且當時有機會與死者接觸的，唯有那 3 隻毛髮長度和顏色，與證物完全吻合的荷花瓦特犬。[2]
鑑識團隊完成狗主人託付的任務後，撰文介紹將 mtDNA 的細胞色素 b 基因（cytochrome b gene），放大並定序，最後確認物種的細節。[2]雖然不曉得他們的努力，是否有助司法公道，但是好歹已為學術研究貢獻心力。天下蒼生多少默默無聞，死後被立碑著傳的又有幾個？一隻備受寵愛的傑克羅素㹴，能榮登學術期刊，也算不枉此生。
本文整理自台灣鑑識權威阿善師（謝松善）與鏡好聽共同製作的有聲課程 《阿善師鑑識科學講堂》 ，更完整內容，請上鏡好聽收聽。
1994 年 11 月 15 日，台北市內湖區新湖國小舉辦園遊會，時任國小老師的吳曉蕙，當天下午至地下停車場洗車後，便一去不返。同校男老師騎車進入地下室時，見到一輛白色汽車停在車道上，引擎發動、車門打開，現場有一些洗車用的器具，還有散置的衣物以及拖行的痕跡，往痕跡尾端一看，竟然看到一具赤裸的女屍——正是不幸遇害的吳曉蕙老師。
然而，當年保護案發現場的觀念尚未普及，在檢警趕到前，已經有許多人來到地下室停車場，甚至設置香案祭拜、用校內值班室使用過的被單覆蓋屍體⋯⋯現場被嚴重破壞，地下室的鞋印新舊雜沓，足跡紊亂，採集到的指紋，一一比對後，皆排除犯案可能，只剩下車內面紙盒上採檢出兩枚較小的指紋與掌紋，實在無從比對，僅研判可能是吳曉蕙曾載過的學生留下。檢警苦尋不著犯罪者，而屍體面部慘遭覆蓋泥土，場面駭人，成為當時震驚社會的一樁懸案。
2002 年，該案沈寂八年後，終於偵破，而破案關鍵正是那無從比對的小指紋！黃姓嫌犯於 2002 年因犯下性侵案而終於指紋建檔，與當年面紙盒上採證到的指紋相符。而黃嫌在警方的偵訊中，也承認了在八年前、年僅 15 歲時犯下了吳曉蕙老師命案，還供出了當年年僅 11 歲的另一位共犯。
所有人都沒想到，當初那起駭人聽聞的命案，竟是小孩所為，但另一方面，從鑑識科學的角度來看，則突顯了「指紋」此關鍵線索的重要性。
「指紋第一個重要的特點就是『人各不同』而且『各指不同』，指紋之所以做人個化的鑑別，就是因為每一個人的指紋不同且十個指頭的指紋也不同，而第二個特點就是，指紋還是『永久不變』的，雖然會隨著人的成長而變大，但卻不會改變其紋型、特徵不變。」人稱阿善師的鑑識專家謝松善在《阿善師鑑識科學講堂》解說指紋的五大特性。
另外，指紋還有「觸物留痕」、「短期不滅」的特點。指紋會代謝汗液，觸摸物品後，會留下紋路，不過留存時間則因環境因素，如濕度、溫度、通風、日曬等等而有不同，但一般多可以留存一週至一個月左右。其中在吸水性物質上的留存時間可能更長，如紙張、布等等，因指紋的汗液可以滲透到纖維中，可保留較久。曾有一案例，某指文學家將圖書館的書做指紋鑑定，結果採集到了三十年前借閱者的指紋。
最後，指紋還有「損而復生」的特性，假使有病變、脫皮，只要痊癒就會恢復原本的狀態，不會改變紋線特徵，但若用外力破壞，如用刀具、磨砂等等，癒合過後則是生成新的指紋特徵。
談完指紋的特性後，阿善師接著介紹案發現場常見的指紋型態，這對於鑑識人員來說，是判斷現場如何踩中的重要依據：
而根據指紋類型的不同，包括指紋本身條件、所在環境、接觸材質及儀器設備等等，鑑識人員會選擇適當的採驗方法，常透過以下三種方式採證指紋——固體法、液體法、氣體法。
首先，犯罪影集常見到鑑識人員帶戴著口罩、手套，拿著一把刷子，在物體表面上刷呀刷，那就是所謂的粉末法，也就是固體法的其中一種代表作法。
因為手指分泌汗液是指紋能沾附即被顯現的重要原理，汗液的成分中有 98.5％ 的水分及油脂等代謝物，這些物質都具有黏性，因此粉末法即用毛刷，沾附極細的粉末，刷上物體表面，指紋的黏性把粉末黏住，就會把指紋紋型顯現出來。
另一種固體法為磁粉法，原理與粉末法類似，只不過不適用粉末跟毛刷，而是以帶有碳粒子的鐵粉，運用磁鐵棒（即磁性檢出器，磁筆）吸取磁性粉（鐵粉），輕輕在檢體上掠過，再吸除多餘的磁性粉即可顯現。
而第二種液體法，代表性的作法即寧海德林法（Ninhydrin），也是普遍使用在吸水性物體的一種指紋顯現方法。。指紋有很多代謝物，其中物質可以跟某些化學藥劑產生反應，而寧海德林法即是用一種氨基酸反應成色試劑（寧海德林試劑），以噴霧、浸潤或灑覆法潤濕，讓原先看不到的潛伏紋，透過代謝物與有機溶劑產生化學反應，呈現深紫色生成物。
最後，氣體法的代表作法是氰丙烯酸酯法（Cyanoacrylate Adhesive，又稱瞬間接著劑法、 三秒膠法），也是普遍使用在不吸水性物體的一種指紋顯現方法。指紋汗液代謝物成份中存在水份及其他含陰離子之分子，氰丙烯酸酯會與這些分子產生聚合反應而使指紋顯出。
所以，將檢體置於密閉容器或空間內，再將氰丙烯酸酯（也就是三秒膠）置於加熱盤上加熱，使氰丙烯酸酯蒸發，若可調節溼度時，理想之溼度為百分之六十至八十之間，直到白色指紋顯現為止。當煙燻一段時間後，取出檢體並檢視其上之潛伏指紋，若紋線不足時，可視情形重複煙燻多次，直到反應完全為止。
而採集到指紋後，鑑識人員怎麼判斷兩枚指紋是否出自同一人？阿善師提到，除了紋型、紋線流向相符外，還要找到超過12個特徵點相符，是鑑識上判斷為同一枚指紋的標準。過去是透過人工，一張一張去比對、找出特徵點，執行上非常困難，後來數位化，透過電腦比對，效率相對提高，但因為現場找到的指紋通常有很多模糊或破損的部分，因此仍需靠人工去確認、判斷。
儘管指紋鑑定並非完美無缺，但從吳曉蕙老師命案的例子來看，卻是破案的關鍵線索，也是鑑識領域不可獲缺的技術。除了指紋之外，阿善師還在《阿善師鑑識科學講堂》有聲課程中，講解了其他的鑑識關鍵技術，如血液、彈道、測謊、DNA 等等，每一項技術，搭配一件重大命案，透過阿善師的解說，聲歷其境，彷彿跟著鑑識人員重返犯罪現場，在刑案實務中，學習鑑識領域的基礎知識！
現在就上鏡好聽收聽《阿善師鑑識科學講堂》！
雙胞胎看來似乎能從DNA刑事鑑定中脫罪，但毛茸茸的高手，能確保正義得以伸張。在一項新的研究中，科學家找來一群雙胞胎，包括異卵及同卵雙生，擦拭了他們的臉頰內側後，將擦拭樣本放入罐子中。研究團隊測試十隻德國狼犬，要牠們在模擬考中，找出裝有相同氣味的罐子。每隻狼犬測試12次，沒有一次失誤！即使小孩住在一起；吃一樣的食物；有相同的DNA特徵。無庸置疑的，狼犬是犯罪現場調查的好手。
資料來源：ScienceShot: Police Dogs Can Distinguish Identical Twins [16 June 2011]
