日內瓦 發明展2

 

由企鵝身上逆流交換系統找到答案，發明高溶氧飲水機。

憑藉研究水質的熱忱，陳建安歷經5年終於在企鵝身上找到答案，發明了高溶氧飲水機，使高溶氧水不再是貴族階級的享受，並能深入一般家庭，獲得本屆日內瓦發明展矚目。


     如何改善飲用水的含氧量，目前國際間的專利大多限於材料學與電解方面的領域，但陳建安發現，這些技術都只是想辦法讓水中的溶氧量提高，卻沒有提高溶氧的利用效率，下決心要有所突破。

他最初求問機械學、建築結構學、材料、電子與電機學的教授與專家，都無法把大型氧氣鋼瓶縮小至家用飲水機可以容納的尺寸，屢遭瓶頸。他說：「那麼大支的氧氣鋼瓶放在家裡嚇壞人了，誰會買我的飲水機？」

陳建安說，況且氧氣鋼瓶最多也只能維持2星期就要更換，非常不經濟，更與他期盼普及家庭的目標相距甚遠。只是最後萬萬沒想到，反而在自己專精的海洋生物學領域找到了答案。

陳建安解釋，常人無法赤腳在冰天雪地行走，但企鵝體內有一套「逆流交換系統」，血液流到企鵝腳底前，動脈靜脈先交會使溫度降低，之後由腳底回流血液又變暖，如此能量可傳輸到企鵝腳底但熱量不會散失。

他說，這套在企鵝體內熱量與能量逆流交換的技術，運用在他發明的高溶氧飲水機，不僅水質溶氧量可提高至90%，氧氣鋼瓶更可縮至可樂罐大小，足與飲水機匹配，而且使用壽命可長達半年，獲得3項國際專利，「後來還發現，這套生物技術曾是大學聯考考題」。

陳建安說，目前市售的瓶裝高溶氧水單價高達新台幣100至200元不等，在歐美盛行，是高檔的奢華享受，如今高溶氧飲水機走入家庭，可無限續杯，經濟又環保，改善民眾的飲用水品質。

圖為獲得大會獎、固昌通訊股份有限公司研發的立體聲藍牙無線影音播放器。

圖為美晶科技股份有限公司研發總監陳世燦設計的智能燈泡。

擁有加拿大學府的光電、電子雙博士的陳世燦，以智能燈泡拿下金牌。市售的螢光燈多為固定瓦數，智能燈泡可透過開關，將同一個螢光燈泡轉化為八瓦、十二瓦、二十三瓦，滿足不同亮度需求，內建省電智能晶片ＩＣ，可省電九十％。

國昌通訊設計的「立體聲無線影音播放器」，結合手機充電器、播放器、藍芽耳機裝置，奪下大會特別獎，更是日內瓦發明獎三十八年來、台灣獲得此獎的首例，並取得多國專利。

圖為獲得俄羅斯特別獎、遠東科技大學研發具有聲光效果的充氣式伸縮廣告旗幟。

遠東科技大學的「具聲光效果之充氣式伸縮廣告」發明，同時贏得大會金牌及俄羅斯發明協會頒發特別獎，將塑膠套充氣作成旗桿，還能增加燈光設計，打敗傳統又長又重的旗桿，在夜間也能閃光。

以「魔腰動動褲」、「按摩馬甲」奪下兩金的三石電器，老闆游聰益家境清貧、高職補校電子科畢業，利用導電布料包覆導電線材，將按摩器掛在臀部、腰部振動，強化血氣循環、腸胃蠕動及瘦身雕塑，通過老婆和三千金試驗，有員工透露，一天振動七十五分鐘，三個月瘦三公斤。

圖為三石電器企業有限公司研發的電子按摩馬甲。

 蔡宏榮發明微風發電系統，不需強勁海風，隨處可感覺的風力就可發電

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企鵝抗寒 血液逆流交換

每當大陸冷氣團來襲，氣溫驟降，動物園內的動物反應卻各有不同，只見戶外的台灣獼猴和松鼠緊緊依偎在一起禦寒；國王企鵝卻還堅持站在冰上，看得遊客直打哆嗦，頻頻問：「難道企鵝不怕冷嗎？」

台北市立動物園企鵝館館長王金源表示，企鵝和人類一樣，都是溫血動物，也都要靠自體製造熱能，為了留住熱能不流失，身體有好幾層隔絕緣，可說是最不怕冷的鳥類，尤其像國王企鵝世世代代在亞南極生活，早就練就了一身適應南極惡劣環境的硬功夫。

油性羽毛 絕佳防水
王金源指出，企鵝身上一共穿了4層「衣服」，最外層是非常緊密的油性羽毛，大約每平方英寸超過70根羽毛，均勻地覆蓋住全身，羽毛除了有絕佳的防水性，可讓企鵝在零下好幾度的水中優游外，羽毛緊密的程度常讓工作人員幫企鵝做檢查時，出現「抓不住」的情況，非得要用兩手抱住不可。

第二層「衣服」則是空氣，能絕緣保暖，使熱氣不容易散失，效果比穿上羽絨衣還好。王金源解釋，也因為企鵝的羽毛和皮膚之間有一層空氣，因此企鵝在剛下水游泳時，羽毛會較蓬鬆，身上會不停的冒出小氣泡，目的就是為了空氣散開，好讓身體順利潛進水裡，一上岸則會不時的甩甩身子，一方面是甩水，另一方面則是藉著甩身體的動作，讓空氣又再回流到身體內部，保持體溫。

王金源表示，第三層「衣服」才是皮膚；至於第四層則是皮下脂肪，厚達2至3公分具有不錯的保溫效果，這4層衣服加起來，才讓企鵝不怕冷。

動脈靜脈 直接換溫
不過為什麼國王企鵝長年在極地踩雪，卻不會凍傷或結冰呢？對此，王金源說，因為企鵝的雙腳無法用羽毛或脂肪這類隔熱物質來保暖，而且表面積又大，因此就要靠比較特殊的機制，來幫助企鵝的腳部保暖，主要分成2種。

王金源說，首先企鵝能改變血液的動脈血管直徑，以此控制流向雙腳的血液流量，天冷時流量就減少，反之流量就增多，就像人類一樣，天冷血管會收縮，天氣熱便會擴張。

另外，企鵝腳部的動脈和靜脈間靠著「逆流交換作用」，負責運送溫暖血液的動脈分成許多小血管，緊靠著數目相近的靜脈血管，血液輸送時，並排的動脈溫度自然便會傳向動脈，因此幾乎沒有什麼熱量會往下送到雙腳，減少熱量損失，因此即便是在冬天，企鵝的雙腳也能保持在攝氏2、3度。

王金源強調，「逆流交換作用」不是企鵝獨有的禦寒方式，許多生長在極地的動物通常也有，像北極熊、雪貂、北極狐等都有類似的機制。

鯨魚 縮血管 保體溫 

                                               鯨魚靠著局部異溫的方式禦寒。

動物另一種禦寒方式「局部異溫」，像企鵝的「逆流交換作用」便是其中一種，常在極圈活動的鯨魚，也演化出另一類局部異溫功能。

木柵動物園獸醫室主任金仕謙指出，鯨魚不同於其他魚類，是溫血動物，分布地區也相當廣，從冰天雪地的南、北極到酷熱的赤道都可以看得到鯨魚的蹤跡，且無論是在什麼樣的環境，鯨魚的體溫均保持在36℃左右，主要就是靠著鯨魚自身的調節體溫裝置。

金仕謙說，鯨魚和其他溫血動物最大的不同點在於，其活動環境是在較低溫的水中，水有相當大的比熱及傳熱能力，因此溫度變化很快，鯨魚無法以聚集、築巢等方式維持體溫，於是演化出超厚的皮下脂肪，過去曾記錄到厚達50公分的案例，但這麼厚的皮下脂肪還是不能完全阻擋體溫外流，因此鯨魚還需要攝取大量食物，維持身體體溫所需能量。

但鯨魚的前鰭、尾鰭、背鰭並無鯨脂的分布，當鯨魚潛到陽光照射不到的深海，或是南、北極時，鯨魚的魚鰭難道不會凍到無法活動嗎？對此，金仕謙表示，鯨魚鰭上的動脈分為無數平行的小動脈，每條小動脈周圍又被許多縱行的靜脈血管包圍，形成一個個血管束，利用動脈與靜脈的緊密接觸，從而減少熱能的散失，這點和企鵝腳不怕冷的道理是一樣的。

金仕謙強調，這個特別的系統，主要控制鯨鰭末端有可能散失的熱，繼而保持體溫，但當鯨魚因為活動，所產生的體熱增加時，這個機制就會自行關閉，動脈血將一直保持著原有的溫度到達鰭肢，並把過多的熱量散發出去，中途就不再把一部分熱量傳遞給靜脈。

此外，鯨魚還會透過血管的收縮，也能有效維持體溫，金仕謙解釋，當鯨魚潛進深海中時，因為周遭溫度低，因此鯨魚體表面的血管會收縮，將血液集中送往腦部、心臟、肝、腎等內臟器官，從而維持內部體溫；相反的，當水溫上升時，體表面的血管便會擴張，加速散熱。

葉片組邊界層 助樹木控

動物可以用堆積脂脂、厚毛皮來抗寒，不能動的植物面臨溫度變化，又是如何因應？台灣大學森林環境與資源學系助理教授鹿兒陽說，對樹木而言，太陽輻射是主要的熱能來源，陽光強的時候，葉子會怕過熱，過熱就會產生破壞，會出現不同的反應來散熱。鹿兒陽說，第一個就是「蒸散作用」，利用樹葉上的氣孔排出水蒸氣，熱量用於把水分加熱，變成水蒸氣散出，等於排出了熱量。

而有些樹木則會有不同的生理構造，避免過熱，例如樹葉表面會有蠟質、或絨毛，用來反射陽光。

鹿兒陽說，若陽光以90度垂直照在葉子上會最熱，有些樹木會改變葉子的角度，例如葉子長成豎起來，避免陽光直射；而有些樹葉在很熱時會下垂，就是樹木的調節溫度機制。

 樹木進入休眠期，闊葉樹冬天就會掉葉子。 

魁北克因為天冷，樹木過冬會從12月包到隔年3月。 　

她指出，當葉子受到太陽照射開始加溫時，葉子表面的溫度會高於四周的溫度，葉子散發的熱能會加溫葉子表面氣體，形成「邊界層」（Boundary Layer）。有風時，邊界層也會被風吹走，是很好散熱方法。鹿兒陽說，這種散熱稱為「傳導與對流」。　

當天氣冷時又該怎麼辦呢？鹿兒陽說，溫度低的狀況下，但太陽直射還是會帶來基本的能量，仍有加溫的作用。

她說，一般葉面愈大，邊界層比較不容易被帶走；葉子愈細小就愈容易被帶走，這時有些樹木的葉子會傾向長成一簇簇，密密的擠在一起，冷風會從表面吹過去，較難吹到裡面，熱量就不太容易被帶走，研究者觀察發現，這些樹葉附近的溫度，會比周圍高10度，可說有「空調」效果。

天氣冷的地方，闊葉樹大部分葉子會掉光，這時樹木進入休眠期。樹皮可以保謢樹幹和樹枝，而明年準備抽芽生長或開花的地方，則有鱗片狀的結構保護，稱為「芽鱗」，保護這些來年春天要「生產」的地方，若凍傷了，生長狀況不好，枝葉不夠健康，就會影響來年的光合作用。

不只天氣冷樹木會休眠，只要天氣太過嚴苛，樹木都會休眠。鹿兒陽說，葉子張開氣孔散熱的同時，水分會隨之蒸散，樹葉都會取一個平衡狀態，不會因為散熱而散失太多水分，影響生長；但若天氣太乾、太冷，樹木無法取得平衡時，乾脆就休眠，葉子也會跟著掉光。

葉子生長期 維持恆溫21.4度
樹木利用光合作用合成糖類，最後形成木材的結構，這個過程有氧的參與，不少研究者分析纖維素中的氧同位素比率，主要是氧同位素18及16的比率，推估樹木生長時周圍環境的溫度。

國外有科學家利用氧同位素比率建立過去的氣候資料時，假設樹木的葉子溫度應該與周圍空氣的溫度差不多，但今年六月「自然（NATURE）」期刊刊登的一項研究發現，從亞熱帶到寒帶針葉林間，葉子都維持在攝氏21.4度（±2.2度），打破過去許多科學家的認知。

台灣大學森林系助理教授鹿兒陽說，21.4度是植物進行光合作用的最佳溫度，這項研究採集了北美洲跨越緯度50度的39種樹木樣本，分析纖維素中氧同位素18和氧同位素的比率，發現樹木在生長季時，即使外界溫度很低，葉子都能維持在21.4度上下。

為什麼可以從氧同位素比率看出溫度的變化？鹿兒陽解釋，野外的樹木吸收的水分多來自於降雨或降雪，這些降水到了地面，成為土壤水，水中的氧同位素會有一個比率，呈現當時環境的溫度。

樹根部吸收的水，輸送到葉子進行光合作用，這時樹葉受溫度的影響，產生蒸散作用，也就是水分從葉子的氣孔中蒸發跑掉，跑掉的水是比較輕的水，也就是氧同位素16的水，這時氧18的比率變高，已經跟表土水的比率不同。

研究發現，在緯度高的地區，當溫度降低時，樹木纖維素中的氧同位素18的比率，比環境中水分高更多，顯示降水時氧同位素的比率，經葉子蒸散作用影響的程度，比原先想像為高。
鹿兒陽指出，對於許多利用樹木纖維素中氧同位素，建立過去氣候資料的相關研究而言，這個研究結果具有一定的啟發，至少在推估時，可以考慮葉子在生長期保持恆溫的影響，能有更精確的估算。

百氧水機

全球第一台桌上型家庭式高溶氧水製造機-「百氧水機」正式上市。

國立中山大學創新育成中心進駐廠商百氧生物科技，以自行研發的「逆流交換系統」與「緩壓溶氧系統」突破瓶頸，成功研發家庭式高含氧飲水機，本（7）月初取得國家標準CNS認證，月中取得CE認證，目前第一張國內訂單已有100台、國外訂單50台，未來市場行情看俏。

百氧生技總經理陳建安表示，在5年多的研發歷程中，遇到過無數次失敗，並請教各領域專家學者，最後終於在企鵝身上找到答案。

正常人無法赤腳在冰天雪地行走，會造成體溫流失，但企鵝卻不會，因為企鵝體內有一套「逆流交換系統」，血液流到企鵝腳底前，動脈靜脈先交會使溫度降低，然後再由腳底回流血液又變暖，如此能量可傳輸到企鵝腳底但熱量卻不會散失。

而這套仿生學（Bionics）生物技術，可讓水質溶氧量，從傳統10%以下，提高到90%以上，是非常符合世界環保、節能減碳趨勢的創新科技，且技術領先國際。

事實上，身體有氧人就健康，因此高溶氧水在歐美風行數十年，國外也有不少類似的機器，但多使用耗電的電解或後耗材貴的薄膜方式製造溶氧水，溶氧量卻只有20ppm，而瓶裝高溶氧水約在50~100ppm，售價都在台幣100~200元間。

百氧水機獨家研發的「逆流交換系統」與「緩壓溶氧系統」，不僅省電且無耗材，1公升的氧氣瓶可使用達半年，每杯水都高達100ppm以上，成本還不到0.1元。

目前「百氧水機」已有6項技術、22國專利，國內外的獎無數，包括2011台北國際發明暨技術交易展、2012年日內瓦國際發明展、巴黎國際發明展及美國匹茲堡發明展金牌獎的肯定。

高溶氧水對身體健康有很大的幫助，但國人卻不注重，陳建安希望「百氧水機」能更加普及化，讓更多著重養生者可隨時享用對人體健康有幫助的高含氧水。