美味的牛排其實是殺人兇手？

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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本文由 安麗紐崔萊 委託，泛科學企劃執行。

• 作者／陳亭瑋

在農業大規模革命、跨國貿易興起之前，夏秋季豐收的農產品經常為人們帶來另一種煩惱：該怎麼將新鮮的蔬菜水果保存到天寒地凍的冬天享用呢？

利用各種方式將食物中的水份減少，防止微生物或酵素所造成的腐敗變質，是人類很早期就會使用的食物保存方法。時至今日，乾燥技術除了用於保存食物，也用於減小體積、減輕重量方便食品包裝與運輸，而由此也發展出許多便利的食品，如咖啡粉、泡麵等，攜帶方便、沖泡熱水就能夠食用。

而乾燥的方式有分許多種，可被分為兩大類：自然乾燥與人工乾燥。

自然乾燥法：利用環境的陽光與風

自然乾燥法利用環境中的陽光、風來替食物乾燥，主要包括日曬、風乾、陰乾。常見柿餅、蘿蔔乾、香菇、筍乾、葡萄乾等就是以日曬來製成；傳統新竹米粉則是以風乾來乾燥。

既然是利用環境能量，優點就是不耗能、最為經濟、操作簡單，也不需什麼技術或設備就可以進行。但主要的缺點就是「天有不測風雲」，需要依賴環境氣候，有太陽或大風才方便進行。由於自然環境不易控制，難以掌握乾燥速率、衛生條件、場地需求大、需要人工輔助整理等，因此不利於大量生產。

人工乾燥法：人工提供熱源，利用空氣加熱乾燥

自然乾燥需要依賴自然環境的條件，而人工乾燥當然就是人工以各種技術，提供想要加工的食品適合的乾燥環境囉，一般會有不同的壓力環境，以傳導、對流、輻射，或以電磁波加熱的方式乾燥食品。這裡的技術種類非常多，受限於篇幅，本篇主要介紹在常壓下，以空氣為媒介的乾燥技術，其他如加壓乾燥、減壓乾燥、電磁波乾燥就暫不介紹了。

最古老的人工乾燥法被稱為「窯式乾燥法」。簡單來說，就是設置一個密閉空間，分成上下兩層，上層是待乾燥的食物，下面擺放爐火熱源，經由熱空氣將食品慢慢地烘烤至全乾。這個乾燥法常見於乾燥水果等食品。現在也有用同樣原理推出的小家電「食物乾燥機」，讓你在家裡就可以自製果乾或是肉乾等。

新興乾燥技術：噴霧乾燥與折射窗乾燥

前面介紹的乾燥法，主要處理的成品是屬於顆粒體積較大者，大如蔬菜乾、水果乾，小如肉丁、砂糖等。如果要處理相對液態或糊狀等產品又該怎麼辦呢？以下要介紹兩種常應用於液狀食品的乾燥技術。

噴霧乾燥法（Spray Drying）

「噴霧乾燥法」（spray drying）的特性就是由噴霧器擔當了重要角色。機器內的噴霧器會將液狀或糊狀的原料噴出為小液滴，藉由熱空氣作用，在幾秒鐘的時間內將小液滴乾燥為細粉狀。噴霧乾燥機主要分為空氣加熱與循環系統、噴霧裝置、乾燥倉本體以及產品回收裝置。

因為液滴表面積大、乾燥速度很快，實際上食品本身的溫度不會升到很高，對於保存食品原有的營養有很大的幫助，常用於食品、飲料、保健食品和藥品的製作。這個方法製作的常見產品有奶粉、咖啡粉、豆漿粉、蛋白粉等，只要加水就可以飲用的粉末。

折射窗乾燥法（Refractance Window Drying）

另外一種更嶄新的食品乾燥方法則是「折射窗乾燥法」（Refractance window drying），將想乾燥的材料放在透明聚脂膜的「折射窗」上，折射窗下有使用 95-97℃ 的熱水作為熱源，同時會抽風去除多餘水分，最後把薄膜和材料分離就完成乾燥啦！

雖然步驟有點多，但實際上因為同時有傳導、對流、輻射三種導熱模式介入，所以進行乾燥的速度相當快；又以熱水做為熱源，產品溫度也不會升到太高，因此適合使用於對溫度敏感、需要保存更多營養成分的產品。有研究指出，可藉由「折射窗乾燥法」保留植物蔬果類產品容易流失的天然色素分子，也能保留植物蔬果中較多的營養價值。此乾燥技術不止應用於食品工業，亦可見於保健食品、製藥、化妝品等各方面的應用。

食品科學中的乾燥方法非常多種多樣，不同的乾燥方式亦有不同的適用對象、與成本考量。如何選擇適合的乾燥方法，應用於加工品，其中也牽涉到許多專業。而隨著食品科學的進展，過往天然食品經過加工後，必然會損失許多營養元素的情況，已經越來越能夠避免。

請與我們一同期待新興的萃取與乾燥技術，能夠帶來哪些更健康、更營養的食品吧！

秉持科學嚴謹精神，安麗紐崔萊研究植物營養的科學家們持續革新技術，為了從植物蔬果中萃取最多的營養價值，從原物料篩選到萃取生產，每道程序皆嚴格把關。在萃取階段，安麗紐崔萊以獨家萃取技術——「噴霧劑乾燥法」與「折射窗乾燥法」，保留植物蔬果中最多的營養素，提供消費者營養充足、純淨安全的保健食品。

本文由 安麗紐崔萊 委託，泛科學企劃執行。

參考資料

1. 施明智、蕭思玉、蔡敏郎（2017 年 9 月）。食品加工學，188-213。
2. Refractance window drying of foods: A review
3. Refractance window drying of fruits and vegetables: A Review

COVID-19（俗稱：武漢肺炎、新冠肺炎）肆虐全球，此一疾病由 SARS 的親戚，冠狀病毒 SARS-CoV-2 所引發，本文之後稱為「SARS二世」。

和 SARS一世相比，SARS二世的致死率較低，但是傳播能力更好，感染人數較多，死亡人數也更多。然而也有專家警告，考慮到疾病不同的型態，兩者的殺傷力不宜直接比較。

冠狀病毒家族有很多成員，各自以不同動物為宿主，至少有 7 種會感染人類，引發呼吸道的症狀。

• 4 種病毒 OC43、HKU1、229E、NL63 主要感染上呼吸道，造成的症狀比較輕微，類似一般感冒；
• 2 種病毒 SARS 和 MERS 主要攻擊下呼吸道，也就是氣管、支氣管、肺臟，引發的症狀嚴重，患者死亡機率較高。

最新現身的 SARS 二世不但能感染下呼吸道，也不放過上呼吸道。攻擊下呼吸道和 SARS 一樣，能引發肺炎等重症，而感染上呼吸道則類似流感，使其能輕易傳染給別人。

也就是說，SARS 二世綜合兩種特色，同時具備 SARS 的殺傷力，以及流感的傳染力，是極為適應人類的傳染病。

SARS 二世抵達人體後先接觸上呼吸道，才有機會再前往下呼吸道。不過有些患者狀況沒這麼單純，病毒直接穿越他們的喉嚨進入肺部，因此不太影響上呼吸道，沒什麼咳嗽、發燒的症狀，卻直接在下呼吸道發展成肺炎。

SARS 主要感染下呼吸道，殺傷力雖高，傳播卻受到限制，要等到出現症狀以後才會傳染。SARS二世也能在上呼吸道大量複製、繁殖，組裝新的病毒，使得感染者尚未產生症狀以前，就已經有強大的傳染能力，而且口水中的病毒量非常高。

SARS 二世的感染能力很強。SARS 二世和一世一樣，都以自己表面的 S 蛋白質（spike protein）和細胞的 ACE2 受器結合，但是 SARS 二世的接附能力是 10 到 20 倍。

另一方面，SARS 二世的 S蛋白質有個特殊的位置，能讓宿主細胞的 furin 酵素作用，把 S 蛋白質處理過（概念上類似開罐器，打開病毒的外殼，讓病毒的內容物更輕易進入宿主細胞），能使得病毒更容易入侵細胞。

• 延伸閱讀：讓武漢肺炎席捲人類的關鍵變異有哪些？和穿山甲有關嗎？

表面上，SARS 二世整體的殺傷力不強，SARS 的致死率較高，但是愛荷華大學的 Stanley Perlman 認為事情不能直接這麼看。

許多人感染 SARS 二世後，其實是因為病毒沒有進入肺部，症狀才不嚴重；一旦病毒順利深入呼吸道，SARS二世的殺傷力可能不遜於 SARS一世。

病毒入侵肺部以後，除了感染細胞導致的直接傷害以外，也有機會引發細胞激素風暴（cytokine storm），使得免疫系統過度反應，間接造成肺部的重傷害。呼吸道以外，SARS二世也有機會感染其他組織和器官，像是心臟、腎臟、精子、眼睛、腦部、腸道等等，引發腎衰竭、心律不整、血栓、腦炎等衍生問題。

• 延伸閱讀：不只是武漢「肺炎」！心血管、腎、腦、肝、腸等器官也可能出問題

有些學者認為 SARS 二世會往殺傷力降低的方向演化，不過至今仍沒有見到證據，也無法保證事情一定會這樣發展。這是一種已經極為適應人類的病毒，它的各項面貌，完全是屬於這個時代的產物。至少在現在，沒有人能肯定它未來的演化方向。

• 本文轉載自新公民議會〈武漢肺炎肆虐之道：傳染像流感，殺傷似SARS〉

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• 輕微到無症狀的感染者，可能是許多傳染的關鍵源頭？
• 病毒可能空氣傳染，減少接觸、戴口罩有助防範
• WARS症狀出現的前一兩天，病毒最多，傳播最強
• 台灣前100例WARS，有無症狀的傳染風險差不多

參考資料

• Profile of a killer: the complex biology powering the coronavirus pandemic

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。