液態的賢者之石－人工血液

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。

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陣發性夜間血紅素尿症（PNH）常造成嚴重貧血。新一代皮下注射藥物納入健保，每月只需短暫治療一次，即可穩定控制溶血並擺脫頻繁輸血的噩夢，大幅提升患者生活品質，輕鬆重拾活力人生。

「當時是因為嚴重暈眩、容易流鼻血、身體出現原因不明的瘀青而就醫，抽血檢驗發現血紅素和血小板數值都很低，進一步檢查確定診斷為陣發性夜間血紅素尿症（PNH）。」周小姐表示，「在過去缺乏專屬藥物的時期，我只能仰賴頻繁輸血來維持體力，特別是在生理期前後，甚至每個月需要到醫院輸血兩次，對生活造成不小負擔。如果要接受牙科治療，還得先安排輸血小板。」

周小姐的血紅素長期低迷在5-6 g/dL之間，導致極度疲勞，週末必須完全休息才能應付平日的上班，連基本的家庭旅遊都成了奢求。彰化基督教醫院血液腫瘤科主任曾若涵醫師指出，雖然曾接受第一代藥物治療，但成效不甚理想。直到四年前，周小姐接受新型皮下注射藥物的治療，迎來了重大轉機。透過每個月一次在醫院進行的皮下注射，血紅素成功回升至9–10 g/dL並維持穩定，體能改善。隨著生活品質的顯著提升，讓她終於放下了心中的重擔。

病友周小姐的經歷是過去許多陣發性夜間血紅素尿症（PNH）患者的縮影。在PNH檢測尚未普及的年代，患者的血紅素可能掉到只剩3、4 g/dL（不到正常值的一半），光靠輸血維持生命就持續了許多年。曾若涵醫師說，後來雖然開始使用第一代藥物，卻面臨健保審查的巨大壓力，擔心半年後的藥物申請無法通過。如今新一代藥物已納入健保給付幫助患者順利銜接治療，重新掌握生活主導權。

什麼是 PNH？潛藏在體內的補體攻擊

「陣發性夜間血紅素尿症」（Paroxysmal Nocturnal Hemoglobinuria，PNH）是一種罕見的後天性造血幹細胞疾病，會影響紅血球、白血球及血小板。其病因是後天性PIG-A基因突變，使紅血球表面缺乏保護性蛋白（CD55、CD59），因此容易受到免疫系統中『補體』攻擊而被破壞，產生血管內溶血。

雖然名為「夜間血紅素尿」，但僅約四分之一的患者會出現典型血紅素尿。多數患者最初的症狀是與溶血或貧血相關的疲倦感、腹絞痛、下背痛、頭痛甚至發燒。

穩定控制溶血，回歸正常生活

曾若涵醫師指出，陣發性夜間血紅素尿症治療最重要的目標是穩定控制溶血、改善貧血症狀，並降低嚴重併發症的風險。讓病人能回到正常的日常生活功能，維持作息，減少輸血次數。

在過去，第一代藥物雖能幫助患者，但時間成本很高，傳統靜脈點滴每次施打加上領藥、排隊時間，往往需要四個小時以上。若藥物效果不佳遭健保停藥，患者需回歸高頻率輸血（有時不到兩週就要輸一次），長期下來會造成鐵沉積，對器官產生不良影響。

近年發展出的皮下注射選項，為病友帶來了極大幫助：

。藥效持久穩定：新藥透過延長藥物在體內作用時間的設計，使藥效維持更穩定，且緩釋型的給藥方式使藥物濃度在吸收上較傳統靜脈注射劑型平穩。

。大幅節省時間：目前健保給付的皮下注射約每個月一次。順利的時候，整個流程約半小時就能完成，不像過往點滴需滴注許久。

。提升生活品質：對於住得遠、有固定工作或因回診時間受限的病人，皮下給藥帶來的便利性顯著提高了治療的可近性。目前臨床觀察中，許多患者改用皮下注射後已可穩定控制溶血，不再需要輸血。

PNH日常照護重點

在健保制度下，由於藥物不能隨便更換，找到一個方便、有效且能持續維持的方案最重要。曾若涵醫師解釋，目前健保對藥物轉換設有相關規範（如轉換次數限制），需經醫師評估與申請。醫師在選擇藥物時會考量生活型態、居住地點、工作性質、生育規劃與回診的配合度等，與病患詳細討論後再決定用藥選擇。

曾若涵醫師提醒，PNH病患在日常生活中應特別留意幾個重點：

。攝取足夠水分：幫助降低血栓及溶血風險。

。預防感染：病毒感染（如流感、COVID-19）會刺激免疫系統，可能引發急性溶血。

。警覺異狀：若突然感到莫名疲憊（急性溶血前兆），或出現異常腹痛、腳腫（血栓症狀）、發燒等，應儘速提前回診。

周小姐以自身經驗鼓勵並提醒其他PNH病友，隨著醫學進步與新給藥方式的出現，PNH病友現在能以更輕鬆、穩定的方式與疾病共處。請務必積極配合治療，找回屬於自己的正常人生。

筆記重點整理

● 「陣發性夜間血紅素尿症」（Paroxysmal Nocturnal Hemoglobinuria，PNH）是一種罕見的後天性造血幹細胞疾病，雖然名為「夜間血紅素尿」，但僅約四分之一的患者會出現典型血紅素尿。多數患者最初的症狀是與溶血或貧血相關的疲倦感、腹絞痛、下背痛、頭痛甚至發燒。

● 陣發性夜間血紅素尿症治療最重要的目標是穩定控制溶血、改善貧血症狀，並降低嚴重併發症的風險。讓病人能回到正常的日常生活功能，維持作息，減少輸血次數。

● 第一代藥物雖能幫助患者，但時間成本很高，傳統靜脈點滴每次施打加上領藥、排隊時間，往往需要四個小時以上。

● 新一代皮下注射選項，藥物濃度較傳統靜脈注射劑型平穩。目前健保給付的皮下注射約每個月一次。順利的時候，整個流程約半小時就能完成。目前臨床觀察中，許多患者改用皮下注射後已可穩定控制溶血，不再需要輸血。

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「那是個 20 多歲的大學生，來到急診的時候已經有嚴重的細菌感染。」成大醫院內科部血液科李欣學醫師表示，「抽血檢查發現患者的白血球、紅血球、血小板數量都嚴重偏低，後續確定診斷為嚴重再生不良性貧血。」

經過詢問，患者在就醫前已經一段時間容易頭暈，也沒特別在意，只有自行吃了一些號稱可以補血的東西，直到發生嚴重感染才就醫，狀況相當危急。李欣學醫師說，貧血的原因很多，在發現血球數量低下時，一定要至血液科就診，找出病因，並接受正確的治療。

再生不良性貧血（aplastic anemia）和一般貧血不同。再生不良性貧血是因為骨髓失去造血功能，導致紅血球、白血球、血小板數量都明顯偏低。李欣學醫師說，做骨髓檢查便會發現骨髓都空空的，原本應該存在的造血細胞已不見蹤影。

我們的血球具有不同的功能，當血球數量太少時，便會造成各種問題。缺少紅血球，患者可能出現頭暈、臉色蒼白、呼吸急促、容易疲倦等症狀；缺少白血球，患者便容易遭到感染；缺少血小板，患者的皮膚常會出現瘀青、出血點，也會有流血不止的狀況。各種血球的數量越少，相關症狀會越嚴重，甚至危及性命！

再生不良性貧血是一種罕見的血液疾病，有兩個好發的年齡層，分別是 10 至 25 歲的族群，或是 50、60 歲以上的中老年人。李欣學醫師說，再生不良性貧血可能與病毒感染、基因遺傳、免疫失調、輻射曝露、有毒化學物質有關，但是絕大多數的病患都很難找到明確的因果關係。

在台灣每年大概會出現一百多個再生不良性貧血案例，民眾對此也較不熟悉，所以容易延誤就醫。李欣學醫師說，患者來到醫院時可能已經有嚴重感染，狀況比較危急。

臨床上有許多狀況都會導致血球數量低下，民眾如果在抽血時發現血球數量異常，建議找專業的血液科醫師仔細檢查評估，以找出血球低下的原因。李欣學醫師說，「千萬不要自行服用號稱可以補血的食品或藥物，以免延誤病情！」

嚴重再生不良性貧血必須積極治療

李欣學醫師說，再生不良性貧血在診斷時，醫師會根據患者血球低下的程度還有骨髓裡面的細胞量，來區分嚴重程度並決定其治療，根據國際上的共識，針對無症狀的輕度再生不良性貧血患者，有些僅需持續追蹤觀察，或進行輸血等支持性治療。

但嚴重再生不良性貧血的患者，因為他們的白血球數量若低於 500／ul（正常值 4000 至 10000／ul），發生感染的機會相當高，血小板數量若低於 2 萬／ul（正常值 15 萬至 45 萬／ul），也會增加出血的風險，嚴重的更有可能危及性命，因此，一定要盡速積極介入治療。

在治療嚴重或非常嚴重再生不良性貧血時會考慮幾個部分。李欣學醫師說，首先要評估患者是否適合做造血幹細胞移植，假使患者較年輕且在兄弟姐妹中有適合的捐贈者，應該要儘快去做造血幹細胞移植。一般認為，造血幹細胞移植對 40 歲以下的患者來說是首選。

假使是年紀較大的患者，或是尚未找到合適的捐贈者時，則應考慮使用免疫抑制療法，利用抗胸腺細胞免疫球蛋白搭配免疫抑制劑來抑制不正常的免疫反應，可以幫助正常的造血幹細胞長回來，血球數量便能夠逐漸恢復。近年來在再生不良性貧血的一個重要進展，則是發現促血小板生成藥物，不論是單獨使用或搭配免疫抑制療法，都可以有助造血幹細胞和血球數量的恢復，對患者很有幫助。

再生不良性貧血患者在接受治療後，可能還需要經過一段時間血球數量才能逐漸回升，所以在日常生活中仍需要小心照護。李欣學醫師說，白血球低下時容易受到感染，請戴口罩、多洗手、避免出入公共場合、避免生食等。

血小板低下時容易流血不止，請避免劇烈運動、使用軟毛牙刷避免牙齦出血、飲食方面要攝取充足纖維避免便秘。請務必依照指示服藥並按時血液科門診追蹤！

筆記重點記起來

1. 再生不良性貧血是因為骨髓被自己的免疫系統攻擊而失去造血功能，導致紅血球、白血球、血小板數量都明顯偏低。
2. 再生不良性貧血患者容易出現流血不止、嚴重感染的狀況，危及性命。
3. 嚴重或非常嚴重再生不良性貧血患者需要積極接受治療，治療方式包括支持性療法、造血幹細胞移植、免疫抑制療法、促進血小板生成藥物等，可以有效恢復血球數目。
4. 再生不良性貧血患者在接受治療後，需要經過一段時間血球數量才能逐漸回升，請務必按時回診，小心照護。

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牛奶？尿液？紅酒？今晚醫生你想選那個？

早在16世紀，人們開始嘗試替失血的傷者補充血液，當時被打入傷患血管內的液體千奇百怪，凡舉尿液、牛奶、唾液、酒或動物的血，都曾被當時的醫生和患者英勇地嘗試過 [1]。

當時也嘗試用人血補充，但總有許多傷患反而在輸血死亡，數百年來醫界不得其解。1900年時，奧地利大學的Karl Landsteiner教授向世界宣告了血型的存在，血液只要區分血型，輸血就不再會造成死亡，這猶如開啟了血液學的真理之門，輸血的成功率巨幅地提升，更將外科手術提攜了另一個新世代 [2]。

既然輸血已經不成問題，那還需要人工血液嗎？

在國內外，皆有人因為信仰而拒絕輸血 [3]，而戰火下的軍人、大海上的船員等，伙伴裡不見得剛好有專門負責補血的伙伴；即便是在醫院血庫裡，每袋血液最多也只有42天的保存期，極度仰賴定期捐血；而愛滋病襲捲全球後，也令人開始擔心那一袋袋的血液裡，是否就藏有未爆彈？

捐血的缺點開啟了人工血液的需求，而大規模戰爭加速了科學前進的動力。歷經二戰、越戰等大量的血液需求，科學界逐漸全力研發人工血液。一方人馬尋找可用的血紅素（hemoglobin），而另一派則轉向研究能高度溶氧的氟碳化合物－perfluorocarbon。

氟碳化合物無毒且安定，更重要的是氧氣的溶解度，比水高出約10-20倍 [4]。其實早在1966年，科學家便將小鼠置入浸滿氟碳化合物的容器，發現小鼠仍能存活數小時[5]。1989年，FDA首次許可氟碳化合物類型的人工血液產品－Fluosol-DA-20上市 [6]。而血紅素類型的人工血液，雖然因越戰的需求而蓬勃發展 [5]，但因為強烈的腎、心毒性限制了發展；僅有一款商品－Hemopure在南非獲准使用 [5]。

而本世紀初，幹細胞技術正式加入競逐人工血液的行列，2005年法國的Marie-Catherine Giarratana學者以及2010年Hélène Lapillonne學者，利用誘導幹細胞的方式，成功地人工生成了紅血球 [7, 8]。

在台灣，捐血已是習慣，還需要人工血液嗎？

台灣每年都有超過250萬袋捐贈的血液 [9]，但在愛滋病的陰影下，每袋血液都仍須接受繁複且昂貴的檢測（據估計，約0.002%的捐贈血有愛滋病毒 [10]），而許多居住在特殊的地區（如：高山、離島等）或從事特別職業（如：遠洋船員）的台灣人，因為無法快速抵達醫院，引進人工血液能舒緩他們的困境。據筆者了解，目前我國衛福部並未引進人工血液，近期的數次重大公安意外也許恰好是個機會，讓我們省思，讓我們好好的想一想，台灣的醫界、學界是否需要加強研究人工血液呢？

本文感謝衛生福利部台東醫院檢驗科張昱維（Yu-Wei Chang）協助

參考資料

1. Keyhanian Sh, Ebrahimifard M, Zandi M. (2014) Investigation on artificial blood or substitute blood replace the natural blood. Iranian journal of Pediatric Hematology Oncology. 4(2):72-77.
2. K Landsteiner (1900) Zur Kenntnis der antifermentativen, lytischen und agglutinierenden Wirkungen des Blutserums und der Lymphe. Zentbl. Bakt. Orig. 27:357-362
3. 耶和華見證人官方網站
4. Elibol M, Mavituna F. (1995) Effect of perfluorodecalin as an oxygen carrier on actinorhodin production by Streptomyces coelicolor A3(2). Applied Microbiology and Biotechnology. 43:206-210
5. W. H. Choe, E. J. Baek. (2015) RBC substitutes: from the past to the future. ISBT Science Series. 10(S1):150-153
6. Jerry E. Squires (2002) ArtiÞcial Blood. Science. 295:1002-1005
7. Giarratana MC, Kobari L, Lapillonne H, Chalmers D, Kiger L, Cynober T, Marden MC, Wajcman H, Douay L. (2005) Ex vivo generation of fully mature human red blood cells from hematopoietic stem cells. Nature Biotechnology. 23:69-74
8. Lapillonne H, Kobari L, Mazurier C, Tropel P, Giarratana MC, Zanella-Cleon I, Kiger L, Wattenhofer-Donzé M, Puccio H, Hebert N, Francina A, Andreu G, Viville S, Douay L. (2010) Red blood cell generation from human induced pluripotent stem cells: perspectives for transfusion medicine. Haematologica 95(10):1651-1659
9. 台灣血液基金會
10. 世界衛生組織官網