神奇蘑菇！迷幻效果的大腦機制

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

在 2022 年裡，我們見證了低軌通訊衛星在戰爭中的作用、Omicron 肆虐與次世代疫苗、韋伯太空望遠鏡捕捉系外生命印記、銀河中心黑洞初次現身、人類精準回擊小行星、台灣 CAR-T 首例、特斯拉的平價人形機器人、與超強的 LaMDA 跟 ChatGPT AI 語言模型！

2023 年能更刺激嗎？有哪些值得我們關注的科學大事呢？

我們綜合整理了 Nature、Science、Scientific American、NewScientist、富比世雜誌、經濟學人雜誌，結合泛科學的觀察與期待程度，提出這份「2023 最值得關注十大科學事件」；今年的科學界將會熱鬧非凡，令人目不暇給！

No.10 病原體通緝名單

2022 年 11 月，法國科學家在 bioRxiv 上發表了從西伯利亞永凍土中復活的多種病毒；這些「殭屍病毒」中最古老的已經有 48500 歲，在溫度升高後，這些病毒都復甦了過來……。雖然這批古老病毒只能感染變形蟲，但也暗示著，冰層之下存在更多正在休眠、極可能對哺乳動物或人類造成危險的病毒。

隨著氣溫與海溫升高，這些不定時病毒炸彈正在醞釀著。

世界衛生組織將在今年發布修訂後的「重點病原體清單」，至少 300 位科學家嚴謹審查超過 25 個病毒與細菌家族的各種證據，針對目前還未知、但可能造成全球疫情的未知疾病 Disease X 做出預測，擬出一份優先名單。被列入名單的病原體通緝犯將會被重點研究調查，以利未來開發疫苗、治療與診斷技術。

No.9 新一代 mRNA 疫苗

乘著在 COVID-19 大流行間快速成熟的 mRNA 疫苗研發平台，許多疫苗正蓄勢待發。

BNT 在 2023 年初針對瘧疾、肺結核和生殖器皰疹的 mRNA 疫苗開始了首次人體實驗；也與輝瑞合作，研發能降低帶狀皰疹發病率的疫苗。另一家 mRNA 大廠莫德納，也在研發能預防生殖器皰疹和帶狀皰疹病毒疫苗。

除此之外，莫德納開發的黑色素瘤 mRNA 疫苗與默克的藥物合併療法，在去年底公布中期臨床試驗結果，顯示能降低 44% 的死亡率及復發風險，臨床試驗也將在 2023 年進入最後階段。

這些將在 2023 年揭曉的成果，將拓展人類使用 mRNA 疫苗對抗疾病的手段。

No.8 CRISPR 療法獲批准

由於之前的臨床試驗結果很不錯，CRISPR 基因編輯療法極有可能會在今年首次正式通過批准！

這種 exagamlogene autotemcel（exa-cel）療法，是由美國波士頓的 Vertex Pharmaceuticals 和英國劍橋的 CRISPR Therapeutics 公司共同開發。用超簡化的方式來説，治療方法就是先收集一個人自己的幹細胞，接著用 CRISPR-Cas9 編輯修正幹細胞中有缺陷的基因，最後再把這些細胞輸回人體。

Vertex 公司預計會在 3 月向美國 FDA 申請批准，讓 exa-cel 療法可以用於治療 β-地中海貧血或鐮狀細胞病的患者。

然而，隨著療法上市，相關的討論預期也將甚囂塵上……。

No.7 阿茲海默有藥醫

美國 FDA 將在年初宣布，Eisai 製藥公司和 Biogen 生技公司開發的 lecanemab，是否可以用來治療阿茲海默患者。

該藥物就像一台大腦專用的掃地機器人，為單克隆抗體，可以清除大腦中積累的 β 澱粉樣蛋白；在包含了 1785 名早期阿茲海默患者的臨床試驗中顯示，比起安慰劑，能減緩認知能力下降的速度約 27%。不過，有些科學家認為這效果只能說是還好，也有些擔心藥物不夠安全。

無獨有偶，另一款由美國的 Anavex Life Sciences 開發的阿茲海默藥物 blarcamesine，目前也正在臨床試驗階段；它能啟動一種可提高神經元穩定性及相互連接能力的蛋白質，就像是幫神經元升級了連線速度與品質，估計在今年會持續帶來新消息。

No.6 迷幻療法

2023 年，也極可能立下迷幻藥被用於醫療用途的里程碑。

多個相關臨床研究都進展到第三期，例如為 PTSD 創傷後症候群設計的新療法，結合了心理治療與 MDMA 亞甲二氧甲基苯丙胺，也就是所謂的搖頭丸，在臨床三期中，67% 的患者不再被診斷有 PTSD。

而來自迷幻蘑菇的裸蓋菇素，則被用來治療難治型憂鬱症，其臨床二期結果令人鼓舞。233 名難治型憂鬱症患者分成三組，在服用不同劑量裸蓋菇素後，每一組的憂鬱症量表分數都降低；而劑量最重的那組，其降幅最顯著。

最後是 K 他命，竟然成為對抗酒精使用障礙的療法！酒精使用障礙包括酗酒、酒精依賴、成癮等，86% 的臨床試驗病人，在接受新療法後六個月，持續戒除酒精。

然而，也有科學家警告這些樂觀訊息中有炒作成份，就讓我們持續關注吧！

看到這你可能會想，第六到十名怎麼都是跟醫療健康有關的大事件呢？別急！在下一篇中，我們接著介紹更精采的第五到第一名！

也歡迎大家跟我們分享，你知道的、即將在 2023 年發生的科學大事件！

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