別傻了，膝蓋軟骨可沒那麼容易再生！—《科學月刊》

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

阿 Q 為了救回被黑暗料理界綁架的父親，與小當家一行人前往樓麟艦，接受黑暗料理界所下的戰帖，展開四回合的宴席料理戰。第一回合的對決主題是「湯」，自告奮勇擔任先鋒的阿 Q，以「彈跳甲魚湯」這道料理，漂亮地戰勝錦毛虎駱可的頂級雞湯。

彈跳甲魚湯因為凝固成魚凍不會灑出來，評審們紛紛驚嘆這是需要嚼的湯？為什麼會變成這樣呢^[1]？

甲魚即是鱉，在亞洲經濟、營養價值皆高

甲魚其實就是鱉，又名圓魚、團魚或王八，是一種高經濟價值的水產養殖物種，其肉、 血、膽、脂肪，甚至是甲殼皆可以被利用。

中華鱉（Pelodiscus sinensis 或 Trionyx sinensis）目前是亞洲最普遍的品種，主要分布於中國大陸，其次為日本、臺灣、韓國、馬來西亞和泰國等，估計阿 Q 就是拿中華鱉去料理的。

鱉在部分亞洲國家已經有很長的食用歷史，大多是當作食物或傳統藥材使用，中國明朝《本草綱目》中記載「鱉甲乃厥陰肝經血分之藥，肝主血也。試常思之，龜鱉之屬，功各有所主。鱉色青入肝，故所主者，瘧勞寒熱，痃瘕驚癇，經水癰腫陰瘡，緣厥陰血分之病也。」，說明鱉具有滋陰潛陽、清熱消淤等多種漢方保健效果。

當然，鱉肉營養價值的確很高，其肉質細嫩、味道鮮美、營養豐富，是蛋白質、膠原蛋白和礦物質良好的來源。成分包含 20 種必需胺基酸、EPA、DHA 和其它不飽和脂肪酸，豐富的微量元素包含鋅、錳、鐵、銅、鈣、磷、維生素 A、B1、B2 及 D 等^[2]。

凝膠性是蛋白質重要的功能特性之一

這就不得不說明，蛋白質的功能特性。

蛋白質是細胞重要的組成分，人類從食物中攝取蛋白質，不外乎就是為了補充營養上所需的必需胺基酸。

但是蛋白質在食品的應用上，具有一些功能特性，例如凝膠性（gelation）、黏彈性（viscoelasticity）、乳化性（emulsification）或起泡性（foaming）等，這些特性在生活中隨處可見，舉例來說：

做麵包時，將麵粉（小麥蛋白）加水攪打成具有彈性的麵團，就是黏彈性；製作蛋黃醬時，將蛋黃跟醋酸、沙拉油這兩樣油水不溶的材料均勻混合在一起，就是乳化性；做蛋糕時，將蛋白打發成乾性發泡的蛋白霜，就是起泡性。

而彈跳甲魚湯所牽涉到的蛋白質功能特性，就是凝膠性。

蛋白質凝膠，是變性的蛋白質分子在一些作用力包括氫鍵、疏水交互作用或靜電斥力交互作用等影響下，蛋白質分子互相聚集、吸引或排斥達成平衡，以至於形成能保持大量水分的高度有序之三度網狀結構，是一個動態的過程^[3]。

彈跳甲魚湯會凝膠是因為明膠

鱉所富含的「膠原蛋白」是彈跳甲魚湯「凝膠」的關鍵，鱉肉經過長時間的熬煮，膠原蛋白轉變成「明膠」，靜置冷卻後便凝固成果凍狀，是一種肉凍料理^[4]，像豬肉凍、水晶肴肉都是類似的料理。

P.S. 鱉的脂肪也有可能影響到這道料理的形成，但並非主因，本文為避免複雜，就不再探討脂肪的食品化學。

明膠（gelatin）為膠原蛋白（collagen）熱變性後的產物，大量存在脊椎動物中，動物性蛋白質約有 30% 是由膠原蛋白構成，含量會隨著年紀及季節的不同而改變，存在腱、皮膚、骨、血管、結締組織等^[5]。

膠原蛋白係由三條多胜肽鏈 (polypeptide chain) 相互纏繞而成的三股螺旋結構，多胜肽鏈上以甘胺酸（glycine, Gly）為最豐富的胺基酸，約佔 33%，其次為 13% 羥脯胺酸（hydroxproline, Hyp）、 12% 脯胺酸（proline, Pro）、11% 丙胺酸（alanine, Ala），以及稀有之 1% 羥離胺酸（hydrolysine,Hyl）等^[4]。

這三條多胜肽鏈相互以氫鍵緊密纏繞連結，如同堅韌的繩索一般，所以肉的膠原蛋白含量愈多時，肉質就較硬。不過當以攝氏 40 度以上加熱時，膠原蛋白分子間的氫鍵被打斷，破壞三股螺旋結構，即轉化為水溶性之明膠^[5]。

而明膠冷卻後，分子間再度以氫鍵鍵結而「凝膠」形成果凍狀，這個凝膠只要再加熱破壞分子間氫鍵，又會恢復成流動狀，是熱可逆反應。

吃膠原蛋白不能補膠原蛋白？

膠原蛋白是維持人體肌膚彈性的要素之一，隨著年紀增長，皮膚真皮層的膠原蛋白含量減少，令愛美女性在意的皺紋就會出現。

那喝彈跳甲魚湯，或是香甜滑溜的銀耳湯，可以幫助我們補充膠原蛋白嗎？

事實上，膠原蛋白本來就是人體可自行合成的物質，以不同的形式存在於皮膚、骨骼、軟骨、韌帶、肌腱、血管壁和結締組織等部位，並不需要額外補充。

不管是從食物攝取，或是吃膠原蛋白補充品，一樣都會經過人體消化作用，變成小分子的胺基酸，未必能在體內重新合成膠原蛋白^[7]。

且豬腳、雞爪要是吃過量，反而容易攝取到過多的油脂與熱量，不但沒達到美容效果，還導致肥胖。

銀耳是植物，植物不含膠原蛋白

另外，許多女性喜愛的銀耳湯，其實是不含膠原蛋白的。

許多人以為，滑溜溜的銀耳含大量的膠原蛋白，事實上，膠原蛋白多存在於動物中，植物不含膠原蛋白。銀耳屬於蔬菜類中的菇類，那滑溜的口感是來自於「多醣體」。

銀耳含有豐富的多醣體，屬於水溶性纖維，能吸收水分、增加飽足感、延緩血糖上升，同時也是腸道好菌的食物來源。

只要均衡飲食、適量攝取蛋白質、少吃高油炸食物、補充維生素 C 或維生素 E 等抗氧化物質，並且生活作息正常，就能減少體內膠原蛋白的流失，達到維持肌膚彈性的目的^[8]。

1. Muse木棉花，2021。中華一番(舊版小當家) 第36話【阿Q特製！冷卻煮凝湯】。
2. 陳思宇，2008。甲魚 (中華鱉) 蛋理化特性之探討。輔仁大學食品科學系碩士論文。新北。
3. 劉展冏、韓建國、劉冠汝、李嘉展、虞積凱、孫芳明、蘇敏昇、馮惠萍、謝秋蘭、饒家麟、梁弘人、林聖敦、江伯源、李政達、盧更煌、周志輝，2020。最新食品化學（最新修訂版）。於陳建元修編，顏國欽總校閱。臺中市：華格那出版有限公司。
4. 唐嘉憶，2006。明膠作為配料利用添加於肉凍製品之研究。國立屏東科技大學食品科學系碩士學位論文。屏東。
5. 黃鈺茹、蕭泉源，2011。不同水生生物來源所得之膠原蛋白物理與生物化學相關特性。海大漁推 41，17-52。
6. Woodhead-Gallowy J. 1980. Collagen: the Anatomy of a Protein. Journal of Anatomy 132: 3 433-437.
7. 衛生福利部食品藥物管理署，2015。市面上有許多含膠原蛋白的保養品，請問真的能有效維持肌膚彈性嗎？。食藥闢謠專區。
8. 衛生福利部食品藥物管理署，2022。滑溜溜的銀耳湯，真的能補到妳的膠原蛋白嗎？。藥物食品安全週報 876：7。

只有金屬會導電？

怎麼樣的材料能導電？這個問題的答案或許將永遠改寫。

芝加哥大學的研究團隊發現了一種新的合成材料，擁有塑膠般柔軟的非晶體結構，同時又有金屬般的導電性質。

講到導體，首先會想到的是老字號的金屬家族。金銀銅鐵這類材料是由單一金屬原子排列成整齊的晶格，自由電子可以穿梭其中。大約從十八世紀開始，科學家便知道常見的金屬可以用來傳導電荷，並將物質分為導體和橡膠這類的絕緣體。利用金屬電纜和元件，人們打造了公共電力網和電力火車頭，將人類社會帶進了電氣時代。

相隔許久後，二十世紀後半幾次意外的實驗讓科學家發現聚乙炔這種高分子聚合物在摻雜了些許碘原子之後，也能表現出良好的導電性。這完全顛覆了人們對於導體的認知：

原來除了金屬材料之外，塑膠聚合物也可以作為導體。

和傳統無機材料比起來，導電聚合物的製程簡單便宜，也有較好的可塑性，被俗稱為「導電塑膠」。這種突破性的材料帶來了新一波的電子產品，像是有機發光二極體（OLED）螢幕、有機太陽能電池、以及有機半導體科技等等。

儘管有著導電塑膠的響亮名號，但是導電聚合物和金屬導體一樣，都有緊密整齊的晶格結構，讓特定能量的電子可以順暢地流通。事實上，現代的固態理論認定固態材料必須要有這些整齊排列的晶格，才能有效地傳導電力。像是玻璃、黏土、橡膠這些結構無序的非晶體材料則肯定無法導電。

再一次超越想像，無序材料也能導電

不過芝加哥大學博士生 Jiaze Xie（現為普林斯頓大學博士後研究員）近期發現了另外一種可能性。他選擇了 TTFtt 這種高分子作為嘗試的目標。TTF 結構本身在數年前就已經被發現可以作為導電高分子的組成單元，但因為合成技術困難，並沒有受到研究圈的關注。Jiaze Xie 將鎳原子鑲在碳原子和硫原子組成的長鏈上，合成出全新的 NiTTFtt，開始了一系列的實驗。

在實驗室中，NiTTFtt 展現了不錯的導電性。但最令人驚訝的是，X 射線繞射結果顯示它的分子結構是無序的，沒有整齊的晶格結構。它是一種理論上不該存在的「無序高分子」導體。

事實上，NiTTFtt 的質地就像是小朋友的玩具黏土一樣，只要將一坨 NiTTFtt 黏在電路上，就可以開始導電。這表示它有著幾乎無人能敵的可塑性。除此之外，它還十分的穩定。實驗人員將它加熱到攝氏兩百多度、放在潮濕的空氣中幾十天、在它身上滴強酸強鹼，想盡各種方式考驗它，但它的導電性在各種條件下幾乎都能保持穩定，顯示其實際應用的潛力不容小覷。

這種被現有理論排除的材料為什麼有辦法存在呢？研究團隊利用掃描式電子顯微鏡和 X 光繞射的探測結果建構出了下圖的原子結構模型，企圖對這種前所未見的材料提出解釋。

以每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元。他們首先組成長長的一維長條（左），平行堆疊成千層派一樣的結構（中），並橫向排列形成立體的材料（右）。注意到每個長條排列的方向雖然一樣，但是並不需要有規律的秩序。

透過理論計算和電腦模擬，研究團隊發現長條之間即使經過平移或是扭曲，電子活動的範圍還是能維持足夠的重疊，讓電子能夠穿過不規則排列的千層派結構。也就是說，NiTTFtt 的特殊原子結構使得其導電性能在非結晶結構下屹立不搖。

獨一無二的特性，或許可以帶來更多的突破

NiTTFtt 獨一無二的材料性質顛覆了固態物理的既有認知，讓這份研究登上了《自然》期刊。由於電子產品是如此無所不在，任何關於導電材料的發展都會帶來無限的可能性。NiTTFtt 的可塑性以及耐溫耐濕耐酸鹼的超人特性開啟了許多傳統導體無法想像的機會。

研究團隊向全世界示範了有機分子只要有適當的結構，就可以在非結晶排列下維持金屬般的導體性質。他們也期待「無序高分子」導體能夠像金屬導體和導電聚合物兩位大前輩一樣，為人類社會帶來革命性的科技突破。

• Scientists discover material that can be made like a plastic but conducts like metal
• 10.1038/s41586-022-05261-4