血汗淚的交織史—用眼淚感測血糖的智慧型隱形眼鏡

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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• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《度數太高、角膜厚度不足，不能做近視雷射手術？EVO ICL “新型” 植入式隱形眼鏡 可還原的矯正新技術》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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如果因為高度近視、角膜厚度不足或乾眼而無法接受近視雷射手術，就只能一直戴眼鏡嗎？現在還有另一項選擇，也就是EVO ICL「新型」植入式隱形眼鏡！

EVO ICL「新型」植入式隱形眼鏡是一片柔軟、具高度生物相容性的專利膠原蛋白材質 Collamer 所製成的晶體，可長期在眼內與自然晶體和諧共處。可將晶體植入虹膜與天然水晶體之間，發揮矯正近視或散光的效果。適用於 21 到 60 歲的患者，可以矯正 300 度到 2000 度的近視，同時還能合併矯正 100 度到 400 度的散光，因此特別適合高度近視或無法雷射的族群。

手術過程不改變角膜結構、不易引發乾眼症，未來也可依需求將晶體移除或升級，不影響白內障手術，屬於可還原、可逆式的矯正技術。

EVO ICL 植入式隱形眼鏡，憑藉 30 年豐富國際臨床經驗，全球累積植入數已突破 300 萬片，能提供良好的視覺品質。術前會進行多項精密的檢查，以提升手術安全與手術品質。

植入式隱形眼鏡手術，是利用眼藥水麻醉。醫師會在角膜邊緣製作一個筆尖大小的微小切口，放入捲曲的晶體，然後將晶體固定於正確的位置。手術過程約20分鐘，當天即可返家休息。許多患者在術後隔天，視力便能達到理想視力，迅速恢復日常生活與工作。

EVO ICL「新型」植入式隱形眼鏡，屬於後房型植入式晶體，搭配微中央孔設計，讓房水可自然流通，維持眼內代謝循環，視覺品質更穩定。 EVO ICL「新型」植入式隱形眼鏡是視力矯正的新選擇，幫助擺脫眼鏡的束縛，維持高品質視力！

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《聰明的隱形眼鏡，替眼睛做健康檢查！》
• 作者 / 郭雅欣｜科技大觀園特約編輯

戴隱形眼鏡可以幹嘛？除了矯正視力，或讓虹膜看起來變大變漂亮，現在隱形眼鏡還能幫你的眼睛做健康檢查！交通大學電機工程系教授邱俊誠的團隊開發出一款智慧型隱形眼鏡，只要戴上，就能檢測眼球溫度、淚液蒸散速率、滲透壓、眼壓等數據，可提供眼科醫生做為診斷依據，協助研判病患是否有輕微或嚴重的乾眼症或青光眼症狀。

眼疾的檢測更準確，治療方法升級

這項研究對於眼睛的檢測帶來很大的突破，因為它可望讓眼疾的檢測變得方便快速，還能讓治療變得更加精準。乾眼症的成因不只一種，可能是淚液分泌不足，也可能是淚液成分中的油脂不足造成淚液蒸散過快，但過往的檢測方法並不能很有效的區分，因此醫生在給藥時，常常只能用自身經驗，做主觀的判斷。但有了智慧型隱形眼鏡協助檢測，能依據醫生的需求提供更精準的科學數據，也就能讓判斷與投藥更加正確。

而針對青光眼的患者，醫生也可以使用智慧型隱形眼鏡的數據，找出容易眼壓高的時間點，針對這些時間點給予藥物治療。邱俊誠進一步解釋：「這些檢測數據是珍貴的大數據資料，等到累積夠多數據，醫生或藥物開發商就可以分析出更準確的藥物配方。」因此這項研究成果一公布，立刻引起了各界關注。

另一個引起大家注意的重要原因，在於這是第一個可以戴得舒服的智慧型隱形眼鏡。目前全世界大部分的智慧型隱形眼鏡研發，都是以硬式鏡片做為基礎，但邱俊誠說：「我們一開始就是從『可配戴』的角度當出發點，因此是以現有的軟式隱形眼鏡材料矽水膠去做設計。」他們將可測量溫度、濕度、壓力等各種特性的感測器、處理晶片，以及傳輸資料用的天線等元件，就像三明治的內餡一樣夾在鏡片的夾層裡，因此配戴時的感覺，就和普通的隱形眼鏡一樣。

一度產生懷疑……真的做得出來嗎？

從 2011 年開始研發，到 2019 年宣布成功，這條路走了八、九年，邱俊誠表示：「其實並不是沒想過放棄，因為中間有太多困難，讓我一度沮喪，覺得看不到答案。」 

要做出這款智慧型隱形眼鏡，其中一個困難點在於元件的整合，儘管感測器都已經設計得非常精巧，靈敏度也夠高，但要整合在小小的曲面鏡片裡，還要能有效運作，有許多細節需要考量。邱俊誠舉例說，這些元件的檢測及訊號傳遞，需要從外界以無線電方式提供能量，能量過低無法啟動元件，能量過高可能造成鏡片溫度上升，因此光是能量的傳遞就花了許多時間研究。

另外，「隱形眼鏡是要戴在人眼上運作的，一旦牽涉到人，就會增加許多變異。」邱俊誠以裝在鏡片內的天線舉例，天線的設計必須將人戴上隱形眼鏡後的實際狀況納入考量，因為人眼會帶著隱形眼鏡移動，要如何讓天線的傳輸沒有死角，不因隱形眼鏡轉了一個角度就無法傳輸，讓團隊花費了不少心力。

幸好，邱俊誠的團隊裡有許多優秀的學生，不斷嘗試各種可能，堅持不放棄，邱俊誠說：「最後終於成功的那一刻，真的是五味雜陳。」

智慧型隱形眼鏡還有更多潛力與可能

目前，這款可以檢測眼睛的智慧型隱形眼鏡已經通過動物實驗，在相容性、毒性、敏感性、刺激性的測試都通過考驗，邱俊誠說：「接下來會進入人體實驗，希望在四、五年內讓產品上市。」換句話說，不久的將來，我們到醫院檢查眼睛，或許不再需要點散瞳、打麻醉、把試紙插入眼睛，而是戴上隱形眼鏡，坐等數據自動傳輸到醫師電腦就好。

而邱俊誠對這款智慧型隱形眼鏡，也希望繼續做更好的調整與設計。目前的鏡片裡沒有電池，能量由外界傳輸提供，因此在檢測時，除了戴隱形眼鏡外，還得戴一個如同一般眼鏡般的裝置來搭配提供能量。邱俊誠說：「我們正在研究如何把電池也整合在隱形眼鏡裡，這樣一來檢測會更方便，看起來也更簡單美觀。」

在未來，邱俊誠還希望讓智慧型隱形眼鏡有更多功能，舉例來說，如果有一副隱形眼鏡，戴上就能自動調校視力，不論近視幾度，它都會自動改變曲率、厚度，來符合你的度數，這有多好！邱俊誠表示，這種鏡片的困難度在於內部必須要有動力來源才能改變並維持隱形眼鏡的形狀。「雖然困難，但我們已經著手在研究了。」

更甚者，未來在 5G 網路的發展下，智慧型隱形眼鏡可望做到擴增實境（AR），透過隱形眼鏡，可以將世界各角落的即時美景盡收眼底，也能隨時與親朋好友「視訊」，而且就彷彿對方直接在你眼前般真實。相信不久後，我們就能親身體驗到智慧型隱形眼鏡對我們的生活及這個世界帶來的巨大改變。