「我不是頂尖的科學家,只是因為疫情,我的發明被推上世界的舞臺!」

小小的一片N95口罩,卻是重大疫情下醫護人員的護身符。田納西大學材料科學退休教授、出身臺灣的蔡秉燚,正是N95口罩核心技術發明者,蔡秉燚接受科技部全球事務與科學發展中心視訊採訪,暢談這項他口中「平凡」的發明技術。

核心技術  N95口罩成了醫護人員護身符

蔡秉燚解說,口罩本是平面結構,邊邊沒有密合功能,稱為masks。1970年代,胸罩的設計者Décor Editor of House Beautiful Magazine, 發明了邊邊密合性良好的立體口罩,稱為respirators,N95是一款1995年美規的口罩標準,微塵過濾效果要達到95% 以上,原本給建築工人配戴,防止吸入粉塵;然而,成為人們熟知的醫療用品,主要是應用了蔡秉燚發明的「熔噴靜電布」,這項技術在1992年問世,起初用來提高空氣過濾網效能,之後開始應用在N95口罩,能過濾95%以上的微塵、細菌和病毒。

蔡秉燚說明,熔噴不織布經過靜電充電後,過濾效率比不帶電的織物提高10倍、不增加空氣阻力,讓戴N95口罩的人可以輕鬆呼吸。2018年發明的水力摩擦加電新技術,將過濾材料的效能再加倍,原本N95標準要用到兩層材料,新技術只要一層,透氣效果變更好。
蔡秉燚的專利技轉已達80項商業產品,包括口罩、手術衣在內,造福超過10億人的衛生健康,並兩度榮獲田納西大學設立、頗負盛名的「惠利獎」,是田納西大學有史以來唯一兩次奪獎的人。

心繫疫情  研發不停歇 

68歲的蔡秉燚去年從服務超過35年的田大退休,但他研發腳步不停歇,新冠肺炎在美國延燒的這幾個月,他更是沉浸於實驗之中,前一陣子研究有哪些方法可讓口罩消毒後重複使用,並於4月發表了一篇醫學文章,提出多種清潔和重複使用N95口罩,且不會損害過濾功能的方法。美國重啟復工後,許多州的確診病例持續增加,蔡秉燚更積極研究出如何增產N95口罩,並持續優化防護衣、醫用口罩的材料。

蔡秉燚指出,N95可以過濾95%的微粒,也就代表吸入空氣會有阻隔,因此不時傳出有醫護人員配戴過久而感覺不舒服的消息。目前他已研發出新材料技術,可讓N95口罩更透氣,含氧量從15%提升到18%至19%,希望造福更多辛苦的醫護人員!

農家子弟蛻變為傑出科學家   

蔡秉燚與口罩的不解之緣,源自於在臺灣求學的基礎,670年代是臺灣紡織業的全盛時期,出身農家的蔡秉燚進入臺北工專(國立臺北科技大學前身),選讀纖維工程科化纖組。畢業之後蔡秉燚到紡織產業工作,有感於只會製作,卻不知技術原理,因此用盡工作積蓄,買了張單程機票,遠赴美國求學,希望能精進累積科學知識與工程的結合。

當年在臺灣只想學一技之長的農家子弟,沒想到在異國的學術之路,越讀越起勁,跨界整合流體力學、電學、材料學等不同知識,還能運用電腦程式快速算出研究假設的實驗結果。研究所畢業後,蔡秉燚進入美國田納西大學擔任研究學者,帶領研發團隊,成功開發N95口罩的二大核心技術,蔡秉燚謙遜地說:「我不是臺灣頂尖的科學家,只是因為疫情,我的發明才被推上世界舞臺!」。蔡秉燚也以自身經歷,鼓勵在科研路上奮鬥年輕學子,「掌握知識和動手實作的技能,加上不斷的思考,才能有創新的科研成果」!