魏立寧：這才是真正的「伏冒」── 動物用藥調劑權之戰

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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• 本文轉載自 LIS情境科學教材

他是龔建嘉，在畜牧業大家叫他阿嘉，自稱「全台最不務正業的獸醫」，巡迴全台 35 個牧場，照顧超過 6000 頭乳牛的健康之外，他也是「鮮乳坊」的創辦人，透過協助農民成立自有品牌，希望能實際支持酪農，改變台灣乳業生態。他相信：「當看見問題，只有行動，才有機會改變」，這樣的特質曾讓他在國中時成了老師的眼中釘，但也從此讓他在學習歷程有了新的看見和選擇！

龔建嘉（阿嘉）的故事和教育觀點，邀請你一起往下閱讀 >>>

成為老師眼中的造反份子

Ｑ：在國小、國中、高中有遇過什麼「特別挫折」的經驗？

阿嘉：我在小學、國中都算是個「會考試的人」，學業成績一直保持的不錯，但從沒有真正體驗到學習的快樂，只有考試的快樂。在當時考試給我很強的正回饋，考試考好，分數出現了，就會獲得老師家長的認同，他們覺得成績重要，你也會覺得同等重要。

「考試」就像是打電動，玩一個「得到分數」的遊戲，過程中有一定程度的成就感，但仔細看遊戲規則其實很空虛，假設你永遠都是考班上的第一名，你也就沒有退步空間，在國中開始追求成績已經讓我感受不到意義，於是我開始挑戰體制！

國三那一年我是班長，因為我認為唸書不是唯一，而成為班上第一個不參加夜自習的人。當時的老師非常升學主義，也因為學校會用「一個班上有多少學生考上北一女和建中」來評斷一位老師優秀與否，進而創造了這樣「把人分類」的文化，我非常不喜歡這種把人分等第的模式。

帶頭不參加夜自習，我成為老師眼中的造反份子，雖然我的成績一直保持在全班第一、二名，但最後老師給我很低的德行分數，因此畢業時沒有拿到市長獎，老實說對當時的我是很大的失落，原來獎項的身殺大權是掌握在別人身上，當對方認知的價值觀跟你不一樣，不服從權威，你就出局了！

重新定義「優秀」

Ｑ：在國小、國中、高中有遇過什麼「有成就感」的經驗？

阿嘉：我運氣很好的考上建中之後，發現身邊有許多極其優秀的人，他們的優秀在於不同領域的長才，比方說會打排球、玩橋牌、彈吉他、唱歌，並不是功課好而已，我也開始漸漸放下成績本位，另一方面，我也發現自己再怎麼努力，永遠都是班上的後十分之一，分數的落差太大，我根本沒有能力再去追求分數。於是我開始去享受學校裡面的其他學習，參加了生物研究社，這也是我後來成為獸醫的一個原因，我知道我對生物這個學科非常喜歡且感興趣，我也在慈幼社學手語，當志工，學熱舞，開始豐富了生活，那段時間是我學業成績最差，卻是我學習生涯非常快樂的一段時光。

我的成就感不再從考試而來，即使最後在建中滿滿前三志願的榜單裡我排在末位，「只」考上中興大學獸醫系，但我知道這是我要的，不再盲目為了追求成績而追求！

一輩子持續成長的關鍵，將日常體驗轉換為人生資產

Ｑ：阿嘉是如何找到自己的學習動機？

阿嘉：我覺得學習這個詞太沉重，一個小孩最重要的事情就是「玩」，一切都要好玩！

高中去慈幼社、去學打撞球，是因為這些東西好玩，除了遊走在法律邊緣之外的事，我們都可以試著體驗看看，如果你是一個具有觀察力、感受力的人，其實你在任何地方都會學到東西。

學習不該有著沉重的包袱，只要我們有著一些基底的核心能力，比方說觀察力、感受力，你就「能把玩的過程變成資產」，有些人的玩就只是玩，虛擲時光，但有些人打手遊，卻從中學到團隊合作、溝通技巧、靈活運用策略思維。只要擁有「把體驗轉成人生資產」的能力，就無關乎我們是不是要在傳統認知的方式進行學習了！

當我們一直問孩子，你有沒有學到東西，使用「學習」這個詞彙，反而是一種壓力，孩子有沒有「將體驗轉換成人生資產」的能力，才能一輩子持續成長。

社會怎麼看一個人的價值，將會體現在教育的制度上

Ｑ：阿嘉可以跟我們分享你對於台灣教育的觀察與想法？

阿嘉：先拉到「社會」的層次來看，我想先問：我們是如何看待一個孩子在社會當中存在的意義？我們常常講「小孩生過少是國安危機」，拆解這個危機背後的擔心，其實是怕未來勞動力不足，到頭來我們還是把人當作勞動力看待，原來孩子的出生，在國家看來是要完成這樣的價值，而整個社會也會用這樣的方式來教育和培養孩子。

台灣是一個代工出口、工業製造國，一直到現在我們最強勢的公司也都是以製造業為主，我們的教育就像是培養「某一個工作領域上的螺絲釘」，教育的邏輯是讓我們學會服從，學會扮演好自己的角色，來做好特定的工作。

我們有沒有機會能將「人的價值」和「工作的價值」分開？這兩者是非常不同的，我們教育應該是培養孩子能夠成為一個成熟的社會公民，有獨立思辨、判斷資訊、基本的公民素養和法律知識，讓每個人都能在社會中行使自身完整的公民權，這些訓練在學校教育中很薄弱，反而是訓練固定技能的學科，讓我們在未來特定工作上面可以使用，而不是為了你這個人的全然發展，這樣的脈絡取決於一開始「社會看待一個人的價值」！

在我看來，台灣已有了一定程度的經濟發展和技術水平，或許在我們爸媽的那個時代，找到一個穩定的好工作，你的人生目標就結束了，但明顯和現在的世代有所差異，我們這個世代該怎麼看待一個人，重新省思屬於現在國家發展的核心價值，看見目前走在哪個階段，而我們的教育是不是跟這些價值相匹配，這是我覺得重要的事。

如果不是現在的自己覺得自己會在哪裡

Ｑ：如果不是現在的阿嘉，覺得自己會做哪一行？

阿嘉：我不會預設沒發生的事情，但我可能想像未來我可能可以做其他別的事情！未來我還會有很多時間，我可以嘗試去做很多事情，並沒有覺得一輩子都要做鮮乳坊，我有想過也許自己可以是一個思想體系的作家，去闡述一些社會現況，可能是一個潛水教練，我都覺得很好！

響應本次「LIS 第二季大科學計劃」， 阿嘉分享給我們的大科學人宣言：
❛❛ 問題本身的界定，比解決方法更重要❜❜ ——愛因斯坦

阿嘉選擇的宣言，恰巧呼應著他對教育制度的看法，當我們確立了核心價值，作法將會應運而生。

工業化時代，人們的價值展現在勞動上，而教育成為勞力生產的輸送帶，當時的背景下，規格化教育也許是屬於那個時代的答案。然而，當今社會的核心價值是什麼？什麼又是屬於下一個世代的答案？阿嘉想邀請我們一起思考！

邀請您一同成為各行各業中的大科學人，您的捐款將支持「科學公益教材」的穩定開發，一起支持台灣科學教育，讓孩子從小開始像「科學家一樣思考」，帶著自信長大成為各行各業中「永保好奇」、「邏輯思辨」的大科學人！

【LIS 大科學計畫 ✦ 第二季】｜
❛ 教育不只是老師的事，這是我們的任務，下一個世代的科學史，現在就得開始寫起！ ❜
每月小額捐款，就能支持全台十萬名孩子都期待的科學教材：http://bit.ly/3yvD3Mf

• 作者／陳建仁、胡妙芬
• 繪者／Hui

不只人傳人，動物也會傳給人

通常，親緣關係比較遙遠的動物，不會互相傳染疾病，例如魚和人，魚的傳染病通常不會傳染給人。但是，親緣關係較接近的動物，就有可能傳染共通的疾病，像是豬和人同屬哺乳類，豬的流感就會傳染給人，這一類的傳染病就叫做「人畜共通傳染病」。

自古以來，動物會傳染給人的疾病就不少，常見的像是從狗傳染給人的「狂犬病」、從牛羊而來的「炭疽病」，或由豬、馬、家禽而來的「日本腦炎」。但隨著人類生活與活動方式的改變，像是大量的畜養家禽、家畜，或是常常入侵野生動物的棲息環境，使得近幾年來人畜共通傳染病有越來越多的趨勢。

很多造成大流行的傳染病，像是 SARS、H5N1 禽流感、A 型 H1N1 新型流感和 COVID-19，都是二十一世紀後才冒出來的新興人畜共通傳染病。

我們都是狂犬病受害者

親緣關係相近的動物，不但身體構造比較類似，目標細胞外的化學物質也比較相近，所以容易被同一種病原體入侵，而得到共通的傳染病。例如狂犬病是一種由病毒引起的急性腦膜炎，被感染後一旦發病，致死率幾乎 100%。但是會傳染狂犬病的不只是狗，許多哺乳動物像是浣熊、果子貍、蝙蝠、狐狸、貓，也都可能傳染。所以如果不小心被這些動物咬傷或抓傷，應該緊急到醫院施打狂犬病疫苗。家裡的寵物貓、狗也應該每年接種狂犬病的疫苗。

A 型流感也是人畜共通傳染病

在常見的流行性感冒中，B 型流感只能人傳人，而 A 型流感卻是人畜共通傳染病。

有時候 A 型流感確實比 B 型流感容易傳染，因為除了人類之外，還可以傳染給家禽或鳥類等動物，所以病毒很容易因為在不同的動物之間傳來傳去，並出現基因突變、重組而形成不同的新型病毒株。

下圖標明的病種，皆為 A 型流感突變而成的新型病毒株，並在不同的動物之間傳來傳去。

——本文摘自《小大人的公衛素養課：流行病學×預防醫學》，2021 年 9 月，親子天下，未經同意請勿轉載。