在琥珀中發現的化石，不只是蚊子血

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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來自悅知文化的編按：
城市中突然出現了一扇門， 門內是一條通往下方的樓梯！啊！原來這是一個「地球的階梯」。每下一層階梯，都將迎來不同時期的生物與環境，透過松岡老師精美的繪圖，孩子們得以加深每一層的印象。另外，書中還有位地球博士，適時地補充該時期的生物與環境等知識內容，你將發現原來鳥曾經是恐龍！生命的起源，竟是在有毒的水中誕生！
當你以為已經走向地球深處時，沒想到仍只來到 7000 萬年前……別停下來，旅程還很長，地球階梯繼續延伸，和我們一起洞悉地球生命歷史吧！

【本書特別邀請國立臺灣大學生命科學系．蔡政修副教授協助審定】

6600 萬年前

大約在 6600 萬年前，宇宙中有一顆小行星撞擊到地球，導致地球被大量的灰塵覆蓋著。灰塵遮蔽了太陽光，包含恐龍在內的緒多生物，都因此而滅亡。

7000 萬年前｜白堊紀

在「白堊紀」末期，地球變得越來越寒冷。因此，有些科學家認為，暴龍的部分身體，可能覆蓋著跟鳥一樣的羽毛。

3 億 7000 萬年前｜泥盆紀

從這裡開始，我們必須潛到海底，所以請穿上潛水服。請不要懷疑，狗狗也要穿。遠古時代的海洋，真是相當精彩呢！

魚石螈的體長大約 1 公尺，是一種兩棲類動物。牠類似現代的山椒魚（Salamander），卻有 7 根指頭。

——本文摘自《地球的階梯》，2024 年 9 月，悅知文化，未經同意請勿轉載。

• 作者／瑞秋・金（Rachel King）
• 譯者／林潔盈

仿製琥珀

雷斆文中的琥珀指血紅色的琥珀。後來的作家用「蜜蠟」描述混濁的黃色琥珀。¹ 大約在一一〇〇年，宋代醫者寇宗奭寫道，中國西部使用的琥珀從「不均勻的蒼白」到「明亮清澈」皆有，而中國南方使用的則是「顏色深而混濁」。² 寇宗奭顯然很熟悉波羅的海琥珀與緬甸琥珀的不同外觀。緬甸琥珀與呈明亮藏紅花黃色或白色的琥珀色鈣鋁榴石不同，顏色可以從深棕色到非常淡的雪莉酒色，有時甚至像亮紅色，或是有鮮奶油倒入咖啡的漩渦紋路。更後來的文獻繼續將琥珀與水進行比較。其中一本寫於十八世紀關於葡萄牙人定居澳門的編年史，曾論及作為葡萄牙商品的水與金琥珀，讓紅色類型琥珀可能源於歐洲的觀點更具說服力。³

歐洲人仿製琥珀的配方側重於黃色與淨度——這是波羅的海琥珀的特點，也是他們最熟悉的類型。他們鮮少提到再現斑紋或漩渦，對於模仿形狀說得更少。法國天文學家暨醫生安東．米索（Antoine Mizauld）提出的配方特別有名，也許是因為他提出了一種可供調整以仿造任何寶石的基本混合物。米索以琥珀為例：

各位可以如此偽造琥珀。先把白水晶（石英）打成非常細的粉末備用，取蛋白……，不停攪打並將泡沫弄掉，打到蛋白變成水狀；加入前述的粉末混和均勻，如果想做黃色的琥珀，則再加入少許藏紅花細粉，然後把混和物放入中空的蘆葦稈裡，……準備一些小玻璃瓶，把混和物放在滾燙的熱水中，直到他們變硬成形，再把它們拿出來，放在大理石上磨成你喜歡的形狀。⁴

米索也概述了過濾混合物以確保透明度的方法，以及如何形塑與乾燥以做成珠子和刀柄。這裡用了藏紅花，但其他配方則用了薑黃。一篇中國古代文獻建議加入魚卵。⁵ 二〇二〇年春天，赫爾辛基（Helsinki）的研究人員按照近世的仿造琥珀配方進行實驗，結果令人著迷。⁶ 製成的一些物質，儘管可能有點黏，卻是非常令人信服的琥珀替代物；部分在幾天內發了黴，不得不丟棄。相形之下，早期歐洲幾乎沒有模仿白色琥珀（圖 46）的配方，白色琥珀通常為普魯士統治者的御用品，也是藥用首選，不過確實也有一些方法能將黃色琥珀變白，例如放在鹽水中煮沸。

人們也會將琥珀放進油裡煮，讓外觀更加清澈，如果琥珀因為年久而裂開或發紅，也可以藉著這種方法復原外觀。十七世紀末，工匠克里斯蒂安．波爾希寧（ChristianPorschinen）運用這種方法製作出琥珀鏡片與琥珀菱鏡，其工藝的知識基礎在於，將已切割和拋光的琥珀放入油中烹煮能夠漂淺琥珀的顏色。⁷ 油煮琥珀也可以替琥珀著色。此法已為羅馬人所知，後來於十八世紀重新發現，這讓琥珀可以染成「紅色、藍色、綠色等」，也能做成類似其他石材的模樣。⁸

重量與可溶性

琥珀非常輕，會浮在鹽水上，有人甚至說會浮在啤酒上；一個成功的仿製品不僅要模仿顏色與淨度，也得模仿這個特質。有些配方給出了讓人可以計算後續體積的量。某個配方建議用三十公克櫻桃樹脂、六十公克阿拉伯膠與十六個蛋黃做成黏稠的混合物。⁹ 如此一來大約可得到四百公克的濕混合物，乾燥後可能比琥珀的重量稍重。在赫爾辛基的實驗中，正是這種類型的配方會做成導致發黴的團塊。在其他情況下，特別是使用石英粉的配方，重量會是露餡之處。可溶性也會出賣最終產物。

眾所周知，仿製琥珀在水裡會有不同的表現，而正是出於這個原因，十六世紀作家休．普拉特（Hugh Plat）警告他的讀者，仿製琥珀一定要在室內使用。¹⁰ 從當代歐洲現存仿製琥珀數量並不多的情形來看，耐久性顯然也是個問題。¹¹

氣味

除了外觀與重量以外，假琥珀的氣味是另一個挑戰。一份原始資料說明了複製真琥珀氣味的高難度，強調這個特徵可能特別有助於辨識假琥珀。¹² 真琥珀因其香氣而珍貴，古羅馬作家馬提亞爾（Martial）曾經把琥珀的香氣比作情人的吻。¹³ 後來的歐洲史料將其描述為甜美的，並以松樹的氣味比擬。還有說琥珀聞起來有苦味，並將它比作瀝青。也有人說琥珀的氣味隨著顏色而變。在德國的薩克森，蓋歐克．鮑爾發現白琥珀最令人愉悅，但表示所有的琥珀都具備沒藥的味道。¹⁴ 部分中國文獻討論到芳香琥珀。有人認為芳香琥珀是非化石樹脂，如同沒藥。十七世紀法國學者塞繆爾．恰普佐（Samuel Chappuzeau）雖然未曾造訪中國，但他評論了將琥珀扔進香罐以釋放其氣味並點燃火焰的做法，認為這種操作解釋了中國商人在巴達維亞（Batavia，今雅加達）從荷蘭人手中大量購買琥珀的情形。¹⁵

——本文摘自《琥珀之書：傳承萬物記憶、透視歷史風貌的永恆傳奇》，2023 年 9 月，積木文化出版，未經同意請勿轉載。

註解

1. 許曉東，《中國古代琥珀藝術》 (Zhongguo gu dai hu po yi shu/Chinese Ancient Amber Art) (Beijing, 2011), p. 6.
2. Laufer, Historical Jottings, p. 219.
3. 同上，p. 242.
4. 這個英文譯本來自約翰．雅各布．韋克（Johann Jacob Wecker），Eighteen Books of the Secrets of Art and Nature (London, 1660), p. 233.
5. Laufer, Historical Jottings, p. 218.
6. ‘Refashioning the Renaissance Team, Imittion Amber and Imitation Leopard Fur’, www.aalto.fi, accessed 19 September 2021; Sophie Pitman, ‘Una corona di ambra falsa: Imitating Amber Using Early Modern Recipes’, www.refashioningrenaissance.eu, 30 April 2020.
7. Johann Heinrich Zedler, Grosses vollständiges Universal Lexicon aller Wissenschafften und Künste (Halle and Leipzig, 1733), vol. III, col. 1401.
8. Johann Christian Kundmann, Rariora naturae (Wrocław and Leipzig, 1726), pp. 219–26.
9. John Houghton, A Collection for the Improvement of Husbandry and Trade (London, 1727), vol. II, p. 64.
10. Hugh Plat, The Jewell House of Art and Nature (London, 1594), pp. 67–8.
11. 關於這些資料來源的進一步細節， 參考 Rachel King, ‘To Counterfeit Such Precious Stones as You Desire: Amber and Amber Imitations in Early Modern Europe’, in Fälschung, Plagiat, Kopie: künstlerische Praktiken in der Vormoderne, ed. Birgit Ulrike Münch (Petersburg, 2014), pp. 87–97.
12. Stanislaus Reinhard Acxtelmeier, Hokus-pokeria, oder, Die Verfälschungen der Waaren im Handel und Wandel (Ulm, 1703), p. 24.
13. D.R.S. Shackleton Bailey, trans., Martial: Epigrams, 3rd edn (Cambridge and London 1993), vol. I, bk III, epi. 65.
14. M. C. Bandy and J. A. Bandy, trans., Georgius Agricola: De natura fossilium (Textbook of Mineralogy) (New York, 1955), p. 77.
15. Adrian Christ, ‘The Baltic Amber Trade, c. 1500–1800: The Effects and Ramifications of a Global Counterflow Commodity’, MA thesis, University of Alberta, 2018, p. 112.