睡眠的故事–速眼動睡眠的發現

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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《搖嬰仔歌》曲中「嬰仔嬰嬰睏，一暝大一寸，嬰仔嬰嬰惜，一暝大一尺。」是老祖宗在觀察睡眠充足的孩子總是長得比較好，而永久流傳的一句諺語。

家長一定也不陌生，帶孩子就診生長發育門診，醫師總是再三叮嚀孩子，要長高，要掌握睡眠、運動、與營養均衡。良好的睡眠，不僅要睡得早、睡得飽、更要睡得好! 以下將由林口長庚醫院兒童內分泌科邱巧凡醫師與兒童神經內科暨睡眠專家張明瑜醫師攜手解答爸爸媽媽與小朋友們常見的睡眠問題。

1. 兒童與青少年正確的睡眠時間與長度

充足的睡眠是兒童健康成長不可或缺的基礎。根據美國睡眠醫學學會與美國國家睡眠基金會建議:兒童與青少年應有規律且適齡的就寢時間，並依年齡分別建議1-2歲每天11-14小時、3-5歲10-13小時、6-13歲9-11小時、14-17歲8-10小時的睡眠時數。睡眠起始時間則應配合生理時鐘與學校作息，避免過晚入睡，盡量於晚上21:00~22:00點前入睡為宜。

青春期雖有生理性的晚睡現象，但也不宜過晚入睡，影響生長及健康。多項研究證實，“提早就寢”可顯著延長睡眠時數。“週末晚睡晚起”會加劇睡眠規律性失調，建議維持平日與假日一致的就寢與起床時間。足夠的睡眠有助於生長、注意力、學習、情緒調節及身心健康。

2. 什麼是良好的睡眠品質

良好睡眠品質包括：入睡快、夜間少醒、睡眠分期正常。早上醒來有精神、白天不嗜睡。規律的作息、安靜舒適的睡眠環境、避免睡前3C螢幕使用，都是提升睡眠品質的重要因素。

3. 如何觀察孩子的睡眠狀況

家長可觀察孩子是否容易入睡、夜間是否頻繁醒來、是否打鼾、有無肢體動作頻繁、睡姿變換太多、白天是否精神不濟或情緒不穩。若有明顯異常，建議記錄睡眠日誌，並諮詢專業醫師。

4. 睡眠對生長發育的影響

• 睡眠障礙對生長激素分泌的影響
  • 睡眠與生長激素的分泌密切相關。生長激素主要在深度睡眠(非快速眼動期)，尤其是慢波睡眠期間大量分泌，睡眠障礙會抑制生長激素分泌，導致生長遲緩及體組成異常。臨床研究顯示，睡眠呼吸中止症兒童接受治療後（如腺樣體及扁桃體切除術）可改善生長激素分泌及生長速度。
• 睡眠障礙增加性早熟的風險
  • 另外，睡眠不足或睡眠障礙也與性早熟有關。橫斷面及世代研究指出，睡眠時間不足、晚睡及睡眠品質不佳會增加性早熟風險，尤其在女孩族群更為明顯。

• 睡眠障礙對肥胖的影響
  • 睡眠障礙會透過「食慾賀爾蒙調節失衡、腦部獎賞路徑活化、能量消耗減少、胰島素阻抗及晝夜節律失調」等多重機轉，進而導致肥胖。而肥胖又會進而增加性早熟風險與骨齡超前，最終造成生長板提前閉合、來不及長高而成人身高受限的結局。

5. 兒童睡眠對家庭的影響

兒童睡眠障礙常導致家庭壓力增加，干擾家長及同睡者的睡眠與情緒，甚至影響親子關係。改善孩子睡眠有助於全家健康與生活品質。

6. 常見的兒童睡眠障礙

常見問題包括：行為性失眠（如入睡困難）、阻塞型睡眠呼吸中止症、夜驚、夢遊、睡眠動作異常、猝睡症、睡眠時段後移症候群等。部分障礙如阻塞型睡眠呼吸中止症需專業診斷與治療。

7. 如何改善孩子的睡眠

首選為睡眠衛生教育與行為介入，包括：固定作息，不變的睡前例行活動順序（如洗澡、刷牙、閱讀）、日間要有適量的戶外活動，避免睡前3C螢幕使用、營造安靜、黑暗的睡眠環境。

8. 是否可以自行給孩子補充褪黑激素

褪黑激素主要作用在於調整作息時差問題，美國FDA未核准將其做為兒童失眠的治療。

9. 遇到棘手的兒童睡眠問題時應尋求哪一科協助?

一般的兒科醫師都可以對兒童睡眠問題做出篩檢與診斷，若有更棘手的問題會再轉介至兒童神經內科或兒童睡眠專科。

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「曾經遇過一位唸國二的男生，身高僅約 150 公分，不過他來就診的原因是常常感到胸口悶痛。」張若偉中醫師表示，「經過診察後，我發現他有胃食道逆流的問題。」

因為孩子不太會表達，所以問題也就一直沒有解決。張若偉中醫師說，當時幫他從調整腸胃功能下手，經過調養後不但胸口悶痛改善了，身高也慢慢進步，目前已達 165 公分，讓家長又驚又喜。

轉骨期「三大關鍵」：營養、運動習慣、睡眠品質

影響小朋友身高與體格發育的因素，大致可以分為先天因素與後天因素。張若偉中醫師說，其中，遺傳是最重要的先天因素，也就是從父母繼承來的基因。至於後天因素，則包括營養、運動習慣、睡眠品質等。若孩子有一些先天性疾病，或在發育過程中出現內分泌異常，也可能對身高產生影響。

值得一提的是，後天因素中有一項是每個人都能掌握的關鍵，那就是「睡眠」。張若偉中醫師強調，睡眠對於身高非常重要，因為入睡之後，腦下垂體會分泌生長激素，而生長激素正是促進骨骼與身體發育的重要因子。因此，充足且良好的睡眠會大大提升孩子長高的機會。

建議要在晚上十點前就寢，並能睡滿 8 個小時。張若偉中醫師說，如果因為學業壓力、玩遊戲、滑手機而經常熬夜，影響睡眠品質，可能對身高發育造成不利影響。

如果孩子有鼻子過敏、氣喘、異位性皮膚炎等問題，都可能破壞睡眠品質，進而影響身高發育。張若偉中醫師提醒，如果有相關問題，通常需要及早處理，有助提升孩子的發育潛力。

盡早發現，盡早治療

青春期是非常重要的成長期，身高快速增加，因此我們特別強調「轉骨」的重要性。張若偉中醫師說，男生的青春期大概從 11 歲開始，女生的青春期大概從 10 歲開始。男生會逐漸出現喉結、聲音變粗等，女生會出現乳房發育與月經來潮等。

家長一定要密切觀察孩子的發育狀況，如果 6 歲以上的男生或女生，一年長高不到 4 公分，或身高落在兒童生長曲線圖中第三百分位以下就要帶孩子去兒童內分泌科就診，進行評估與諮詢。及早尋求醫療專業評估，就有機會更好地把握孩子的黃金成長期。若拖到骨頭的生長板癒合，便無法繼續長高。

對於孩子的轉骨發育，中藥與針灸可以提供輔助，張若偉中醫師說，中藥材含有成長所需的營養成分如鈣、磷、鋅、鐵、蛋白質等，在發育時期也常使用幫助補腎、健脾益氣、活血行氣、促進骨骼發育的藥材。

補腎類藥材：包括杜仲、肉蓯蓉、菟絲子、巴戟天等。

健脾益氣的藥材：包括黃耆、茯苓、黨參、白朮等。

活血行氣的藥材：包括當歸、川芎、丹參、川七、柴胡等。

促進鈣質吸收的藥材：包括補骨脂、龍骨、牡蠣、阿膠等。

幫助骨骼細胞分裂的藥材：包括熟地、赤芍、續斷、木瓜等。

轉骨期黃金關鍵！中藥 ＋ 針灸助攻骨骼發育

在針灸方面，會以大腿、小腿的穴道為主，例如足三里、三陰焦、太衝、湧泉、承山、委中等。張若偉中醫師說，一般是每週針灸 1-2 次，若不敢接受針灸，可以利用原子筆的鈍端按摩刺激，並搭配中藥服用。

在飲食調養方面，需要特別注意幾個關鍵營養素的攝取。張若偉中醫師說，首先，蛋白質的攝取非常重要，因為蛋白質是身體成長與組織修復的基本原料。此外，鈣、鋅、鐵等礦物質，對於骨骼成長也有幫助，這些都會影響孩子的整體發育與身高成長。

「建議以天然食物為主來營養來源，在日常飲食中獲得營養，對身體而言會更自然、穩定。」

張若偉中醫師說，「雞蛋、豆腐、瘦肉、魚肉是優質蛋白的來源；牛奶、優格、起司皆富含鈣質，幫助骨骼發展；小魚乾、海藻含有豐富鈣與碘。口味上盡量以清淡為主，避免過多的糖、調味與油炸。均衡飲食對於孩子的生長發育非常重要！」

在日常生活方面，建議維持正常作息、不要熬夜，在晚上十點前就寢，睡足 8 個小時。張若偉中醫師說，規律運動有助於成長發育，如游泳、慢跑等，能夠促進血液循環，也能安全地刺激骨骼發育。要盡量避免運動傷害，或過度訓練，以免傷及骨骼發育區域，而影響骨骼正常生長。

筆記重點整理

• 影響小朋友身高與體格發育的因素，大致可以分為先天因素與後天因素。其中，遺傳是最重要的先天因素，至於後天因素，則包括營養、運動習慣、睡眠品質等。
• 青春期是非常重要的成長期，身高快速增加。男生的青春期大概從 11 歲開始，女生的青春期大概從10歲開始。男生會逐漸出現喉結、聲音變粗等，女生會出現乳房發育與月經來潮等。
• 家長一定要密切觀察孩子的發育狀況，如果 6 歲以上的男生或女生，一年長高不到 4 公分，或身高落在兒童生長曲線圖中第三百分位以下就要帶孩子去兒童內分泌科就診，進行評估與諮詢。及早尋求醫療專業評估，就有機會更好地把握孩子的黃金成長期。若等到骨頭的生長板癒合，便無法繼續長高。
• 對於孩子的轉骨發育中藥與針灸可以提供輔助，中藥材含有成長所需的營養成分如鈣、磷、鋅、鐵、蛋白質等，在發育時期也常使用幫助補腎、健脾益氣、活血行氣、促進骨骼發育的藥材。在針灸方面，會以大腿、小腿的穴道為主，例如足三里、三陰焦、太衝、湧泉、承山、委中等。
• 在日常生活方面，建議維持正常作息、不要熬夜，在晚上十點前就寢，睡足 8 個小時。規律運動有助於成長發育，如游泳、慢跑等，能夠促進血液循環，也能安全地刺激骨骼發育。

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