投籃 vs. 傳球

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

• 文/ 麥騫洺

得到 COVID-19 的症狀類似感冒，會出現咳嗽、高燒，已是全世界都知道的常識了，但有些症狀我們較不熟悉，像失去嗅覺¹、短暫記憶消失²、意識受損³ 、創傷後壓力症候群⁴、憂鬱⁵、等。這次的疾病是否會帶來哪些長期影響呢？

為什麼有些人得到 COVID-19 會失去嗅覺與味覺？這樣的情況會持續嗎？

26 歲的紐約時報作家費歐娜．羅文斯坦因感染 COVID-19 而住院時，世界對於病毒對人體所造成的影響還很模糊不清，而她經歷的腸胃道症狀和失去嗅覺等才剛被辨別為症狀之一²。

雖然 COVID-19 被標記為呼吸系統的病毒，但研究已證實它有侵襲神經系統的傾向¹。一般流行性感冒和病毒感染期間，會出現由於鼻塞、鼻充血導致嗅覺和味覺喪失，通常將持續 7 至 14 天。事實上，在感冒期間大多數的人感覺失去嗅覺與味覺是由於：進食時這兩項感官是相輔相成的，很少人能夠清楚地分辨兩者，因此只要失去嗅覺，就會造成患者感覺食之無味⁷。

據專家推測，有些人從 COVID-19 這樣的急性系統性的病毒攻擊康復後，仍有餘毒干擾著鼻腔與口腔中的蛋白質分泌腺，導致味覺和嗅覺的喪失⁷。雖然此病毒感染過程的動力學仍是未知，但瞭解其作用機轉對於幫助理解味覺和嗅覺是如何在病毒感染中喪失是十分關鍵的。但在 COVID-19 的患者中，約有 1% 似乎會永久喪失味覺跟嗅覺。

年輕患者出院後，仍需要時間才能恢復

羅文斯坦出院返家後的三個禮拜後仍經歷疲勞、頭痛、鼻塞、喉嚨痛、精神難以集中及短暫記憶消失。基於康復過程中的孤獨感，她在社交平台 Slack 上成立了新冠肺炎患者的互助協會以分享自己的經驗及接觸他人瞭解更多資訊。

互助協會中，不乏 24 至 31 歲的年輕患者於感染後的 20 天仍經歷呼吸喘、發燒、咳血等症狀，部分患者甚至在一個月後仍感到呼吸困難和疲勞²。在一般肺炎的情況中，康復的時間長短與患者的年齡及是否有共病症（如糖尿病）有關；但在 COVID-19 的研究中已有初步證明，病人在臨床表徵上的差異有一半由遺傳因素造成⁹，當中患者康復時間的詳細差異仍在研究當中。

重症患者的難題：呼吸與血栓

重症患者通常需長時間依賴呼吸器，由此也增加了長期併發症發生的可能性。除此之外，在 ICU（Intensive Care Unit，加護病房）中隔離時失去與人接觸的機會更衍伸出心理問題。

另外，疫情造成的醫療資源緊繃也造成了很大的問題。過去當病人從 ICU 康復出院時，他們能夠獲得物理治療和語言治療等後續追蹤及支持，但在美國疫情嚴重醫院人滿為患的情況下，康復的病人被儘快安排辦出院以應付不間斷的確診病人潮。當這些康復的患者出院後嘗試獨立進行日常活動，如吃飯洗澡時，才體認到住院時沒有察覺到的體力侷限。

約翰．霍普金斯醫院（The Johns Hopkins Hospital）的醫師指出，當病人病情嚴重至需要維生儀器如呼吸器的幫助時，呼吸器被移除的時候，他們多半無法在短期內恢復罹病前的狀態¹⁰。在患者的放射學影像分析中，CT（Computed Tomography,  電腦斷層影像）檢查顯示病人的肺部呈毛玻璃樣病變。同為冠狀病毒家族的 SARS 和 MERS-CoV 也引發了相似的肺部症狀，這種由病毒引發的炎症反應多半會造成不可逆的肺部纖維化，在目前的醫學治療上是無法根治的^11a。

除了病毒攻擊的主戰場肺部，由於感染會引發免疫系統的發炎反應，比意料中來得多的病人身上出現了血栓情形。此情況在重症患者間愈來越常見，以致醫師們將其辨認為一種新的血栓形態：新冠肺炎形凝血病（COVID-19 Associated Coagulopathy, CAC）¹³。血栓若流滯大腦將導致中風及癲癇³、在肺部會形成肺部栓塞、若堵在心血管將引起心血管疾病¹⁴，或造成腎和肝等重要器官的功能衰竭¹⁵。器官以外的血栓也可能有嚴重的後果，加拿大百老匯影星 Nick Cordero 就因 COVID-19 引發的血栓而不得不進行右腿截肢¹⁶。

感染患者堵塞的氣管內管。

運動員能快速從疫情復原嗎？

目前我們已經知道年輕患者罹患 COVID-19 之後沒有這麼快從病情復原，那運動員呢？隨著越來越多的球星的篩檢結果呈陽性¹⁷、疫情的發酵和封鎖措施的執行，各個國際重大賽事如 NBA 賽季和 2020 東京奧運等都被迫停賽。

目前有許多年輕的輕症運動選手平均於 5 到 7 天之後幾乎完全康復，但不乏於 7 至 9 天之後演變成爆發式的下呼吸道症狀如肺炎或呼吸衰竭的案例¹⁸。因此實際上的復原狀況與速度，完全因人而異。體育協會已陸續公佈球員們何時可恢復正常訓練的指南，如

• 輕症患者需休養兩週，完全康復後進行臨床心血管評估結合心臟生物標識物及影像檢查；
• 重症患者則建議於康復並無症狀後，進行臨床評估前休息至少兩週，且需反覆進行心臟相關評估及採漸進式的復原練習¹⁹。

本次 COVID-19 症狀的嚴重程度因人而異。但重點是，當運動員們尚未完全康復便心急於投入積極訓練恢復正常體能的話，將有極大的風險發生心肌炎或心肌損傷²⁰。獨自隔離中的選手們處於孤獨和擔憂自身復原情況的高壓下，焦慮及憂鬱等精神健康也需獲得照顧²¹。

在經歷了漫長的禁閉後，民眾對於體育賽事的萬分期待和經濟壓力之下，決策人若急於重啓賽事而不聽從專家們的建議，承受代價的將是這些前途無量的選手們。

病後人生：除了後遺症，康復後還可能有哪些問題？

此外，康復的患者還必須面對的是，重新踏出家門時旁人的眼光、批判和社會污名化。在集體意識強烈和排外的日本，民眾因擔憂被歧視及霸凌而隱瞞實情導致防疫出現破口；出生入死的醫護人員被拒絕進入餐廳以外，連家人也收到波及，無法上學甚至求職遭拒²²。

新聞中其實不乏成功抵抗病毒的生還者的故事：在美國奧瑞岡有 104 歲的退伍軍人順利康復後得以和家人一起慶生；同在奧瑞岡的95歲輕症患者和西雅圖某護理之家的 90 歲太太亦康復了²³。

隨著確診人數的增加，更多患者在恢復的過程中掙扎的故事被分享及報導了。但對於疾病的長期影響，仍有許多未知有待長期觀察及驗證。

參考資料

1. Xydakis, M. S., Dehgani-Mobaraki, P., Holbrook, E. H., Geisthoff, U. W., Bauer, C., Hautefort, C., … & Hopkins, C. (2020). Smell and taste dysfunction in patients with COVID-19. The Lancet Infectious Diseases.
2. The New York Times: We need to talk about what Coronavirus recoveries look like.
3. Mao, L., Jin, H., Wang, M., Hu, Y., Chen, S., He, Q., … & Miao, X. (2020). Neurologic manifestations of hospitalized patients with coronavirus disease 2019 in Wuhan, China. JAMA neurology, 77(6), 683-690.
4. The Conversation: Delirium, depression, anxiety, PTSD – the less discussed effects of COVID-19.
5. Murray B. Stein, COVID-19 and anxiety and depression in 2020. Wiley Online Library
6. Science News: Some patients who survive COVID-19 may suffer lasting lung damage.
7. INEDNPDENT: Coronavirus: Why are loss of smell and taste symptoms of Covid-19?
8. Coronavirus Disease 2019: NYC Covid-19 deaths among confirmed cases.
9. Williams, F. M., Freydin, M., Mangino, M., Couvreur, S., Visconti, A., Bowyer, R. C., … & Hammond, C. (2020). Self-reported symptoms of covid-19 including symptoms most predictive of SARS-CoV-2 infection, are heritable. MedRxiv.
10. Washington Post: The dark side of ventilators: Those hooked up for long periods face difficult recoveries.
11. The New York Times: There aren’t enough ventilators to cope with the Coronavirus.
12. Spagnolo, P., Balestro, E., Aliberti, S., Cocconcelli, E., Biondini, D., Della Casa, G., … & Maher, T. M. (2020). Pulmonary fibrosis secondary to COVID-19: a call to arms?. The Lancet Respiratory Medicine.
13. Business insider: Face with tough choices, Italy is prioritising young COVID-19 patients over the elderly. That likely “would not fly” in the US.
14. COVID-19 and coagulopathy: Frequently asked questions.
15. Willyard, C. (2020). Coronavirus blood-clot mystery intensifies. Nature.
16. Wadman, M., Couzin-Frankel, J., Kaiser, J., & Matacic, C. (2020). How does coronavirus kill. Clinicians trace a ferocious rampage through the body, from brain to toes, 1502-1503.
17. CNN: Broadway star Nick Cordero had his leg amputated due to coronavirus complications.
18. NBA Coronavirus updates: NBA players, Von Miller, other sports figures who tested positive for COVID-19.
19. Hull, J. H., Loosemore, M., & Schwellnus, M. (2020). Respiratory health in athletes: facing the COVID-19 challenge. The Lancet Respiratory Medicine, 8(6), 557-558.
20. Phelan, D., Kim, J. H., & Chung, E. H. (2020). A game plan for the resumption of sport and exercise after coronavirus disease 2019 (COVID-19) infection. JAMA cardiology.
21. INEDNPDENT: The curious case of SG Covid-19 patient who continued to test positive for 34 days after being symptom-free.
22. Society guideline links: Coronavirus disease 2019 (COVID-19) – International and government guidelines for general care.
23. For Japanese, stigma of the sick is a much greater fear than the coronavirus itself.
24. ‘He just got better and better’: 104-year-old veteran beats coronavirus in time to celebrate his birthday.

偷偷練習射籃應該是很多愛打籃球朋友的共同記憶，除了一次一次練習手感以外現在又有了新的工具－把投籃的教練裝戴手臂上!

影片中介紹一種特殊的袖套，內裡裝設加速裝置，可以偵測手臂與手腕的運動，所以投球的速度跟軌跡可以由袖套所收集的數據加以估計，然後即時用聲音或是光來給運動員回饋。雖然這樣的工具還未能全面幫助練習籃球上，不過以往的運動分析都是在運動資料以攝影機或是局部的感測器擷取後，再慢慢分析運動員的姿勢來改正。這樣的新工具開啟了一種新的可能性，假如配合上更多元完整的動作偵測分析與環境條件，或許將來有一天只要裝上特定的運動服裝，就可以自動學習，看見查克拉的流動，慢慢精通各種運動的竅門。

轉載自科學影像scimage