蝙蝠那好用的醜鼻子

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

已故日本演員樹木希林曾說：「我發現，以前的老人家都長得好好看啊。可是現代的人上了年紀之後，說的都是『抗老』這件奇妙的事情，……想盡方法做到『看起來不像是實際年齡』，連男性都是這樣呢。這種風潮的結果就是，無趣的老人愈來愈多了。」^[1]

人體所有的器官都在出生的剎那，便踏上了老化之路，而皮膚作為人體與外界隔離的屏障，作為人體最大的器官，其老化最為直接可見。無怪乎許多人對「老化」的恐懼，表現在維持皮相的努力上。從諸多「（某女星）年過四十依舊超童顏」、「六十歲凍齡媽媽逆生長秘訣」、「五十歲性感女神身材崩壞」等類訊息亦可窺見人們對老化的恐慌。比起坦然面對自己的年齡並以「真面目」示人，追求凍齡到極致的無趣，顯然對我們更具吸引力。

在年齡增長的過程中，我們的肌膚究竟發生了哪些故事，能讓人第一眼見到你，就對你的年齡有一個基本的設想？

造成皮膚老化的因素有哪些？

造成肌膚老化的原因包括內在和外在因素。

內在因素與遺傳及代謝有關，其中最顯著的組織學變化發生於基底細胞層^[2]。皮膚的結構分為表皮（epidermis）、真皮（dermis）、皮下組織（subcutaneous tissue）。表皮層又可分為角質層、透明層、顆粒層、棘狀層，及基底細胞等五層，其中基底細胞層位在表皮最深處。在肌膚新陳代謝的過程中，新細胞的生成便是來自基底細胞層的細胞分裂複製。研究發現在老化過程中，基底細胞的增生能力逐漸減弱，表皮於是日漸變薄，與真皮間的連結因而縮減，營養交換衰減，又回頭造成基底細胞的增生能力更差。

最主要的外在因素則是紫外光暴露。舉例而言，第 7 型膠原蛋白是表皮與真皮間，連結之纖維的主要成分。經過光照的肌膚，這些連結纖維的量顯著降低，角質細胞中，第 7 型膠原蛋白的 mRNA 也明顯比未受光照的肌膚要少。硫酸軟骨素（chondroitin sulphates）是真皮中重要的醣胺聚醣，會隨著老化而減少，皺紋於焉生成，而光照又會使硫酸軟骨素的減少加遽^[3]。

橫跨 11 年的研究：追蹤老化對肌膚的影響

以上略述老化過程中，肌膚分子層面發生的故事。然而我們更關心的，或許是眼目可見的外在表現吧？

P&G，就是那個買下 SKII 的寶僑公司，做了一個橫跨 11 年的研究^[4]，分析比較一百多名健康日本女性在 1999 年及 2010 年的膚況。1999 年時，這些受測者的年齡分佈介在 5 歲到 64 歲間；到了 2010 年，他們的年齡來到 16 至 75 歲間。為了減少外在因素的干擾，被納入的這些受測者普遍為家庭主婦或室內工作者，日常多於室內活動，接收的紫外光暴露較少。且未曾接受雷射等醫美治療。

受測者依照 2010 年時年紀為十幾歲（10 人）、二十幾歲（12 人）、三十幾歲（12 人）、四十幾歲（23 人）、五十幾歲（23 人）、六十幾歲（15 人），以及七十幾歲（13 人）進行分層。

針對這些受測者的臉頰進行拍攝後，利用影像分析演算法，分析他們的皺紋、色斑、皮膚粗糙程度。此外，以膚質檢測儀量測臉頰角質的含水量，以經皮水分散失測定儀計算表皮水分散失，以多功能皮膚測定儀探測肌膚的機械性能（彈性和緊實度），於臉部清潔後 1 小時，以皮膚油脂測定儀測量額頭的油脂分泌，以色度計分析膚色。

由分析結果，探知肌膚於每個「十年」間的變化（十年之後　我們是朋友　還可以問候　只是那種溫柔　再也找不到擁抱的理由）

從童年到青少年，是皮膚最劇烈變化的階段

從童年（十歲以下）到青少年（十幾歲）最顯著的差異呈現在膚質變粗糙及毛孔增多。膚質變粗糙主要肇因於乾燥，以及不規則的真皮脊/真皮丘，在肌膚表面上造就了不規則的軌跡。毛孔則代表毛囊在肌膚表面可見的部分，十幾歲以後，隨著皮脂腺的發育而顯著增加，是變化相當大的一個參數，皮脂的分泌也於此時起益發增多。

從青少年（十幾歲）到成年（二十幾歲），膚質及毛孔的量一樣有顯著變化，另一個明顯的差異，則是色斑增多。

將各年齡組的肌膚質地分數變化製成長條圖（見上圖。縱座標標示的分數愈高，表示肌膚質地愈粗糙。），會發現肌膚質地自十歲以下到二十幾歲間的變化幅度最為明顯；從二十幾歲到六、七十歲這個區間則未有重大改變。

進入 30 歲，皺紋開始逐漸增生

從二十幾歲進到三十幾歲，色斑同樣增加了。（色斑的生成是由於紫外線暴露，過多的黑色素生成所致。事實上，從十幾歲起，一直到七十幾歲，色斑便持續以大鳴大放的姿態，在擴展領土，沒在客氣的！）此時，皺紋也開始出現，肌膚的整體亮度也減弱了。

四十歲之後：皺紋與色斑常伴左右

從三十幾歲到充滿狼藉感的中年（四十幾、五十幾歲），色斑與皺紋仍在增長，（是的，皺紋與色斑一樣，都會持續擴展領域，伴你直到路終。皺紋反映了皮膚結構的改變，此改變肇因於真皮生理結構，包括表皮層下方的彈力蛋白及真皮層的膠原蛋白的退化。）肌膚又比三十幾歲更加暗沉，而三十幾歲與四十幾歲間的肌膚質地雖然差距不大，從四十幾進到五十幾歲，膚質的粗糙程度又加遽了。而在十幾二十幾歲時增加的毛孔，到三、四十歲時達到頂峰，隨後毛孔數量及皮脂的分泌量皆會減少。因此毛孔數量的變動在年輕族群較為明顯，年紀大了以後較無變化。

肌膚從中年（五十歲）到老年（七十歲）間的變化，引用鯨向海的詩句「此後，每當有人用各種邪惡手段／驚嚇我的時候／我都不會再恐懼了／因為……／／你們想必已經知道了。」^[5]應當不為過。皺紋增加、色斑增加都在意料之中；而且比起中年，膚質又更加粗糙了。感覺驚嚇恐懼嗎？不盡然。隨著年齡增長，此時更當看重的，當是生命的深度與廣度吧。畢竟，倘若一名六、七十歲的長者，肌膚仍保養得如同三、四十歲，面對各類事件，反應卻是愚昧膚淺，全然未有長者應有的氣度與格局，又有誰會真心感到尊敬與欽羨？

另外，肌膚的泛紅程度在各年齡層的總平均間皆未有顯著差異。發黃程度僅在二十幾到三十幾歲間，以及三十幾到四十幾歲間有顯著差異，但從上方的長條圖看起來，發黃的整體分數從十歲以下到七十幾歲其實相距不大。

此研究並請 10 名觀察員針對這些受測者看起來比實際年齡老亦或比實際年齡年輕，進行主觀的分級評比，分數為 0 到 6 分，分數愈高，表示看起來愈年輕。（好殘酷！）

肌膚質地，是營造年齡印象的關鍵指標

取得評比分數後，利用迴歸分析探討各個皮膚光學參數對肌膚給人的主觀感受^［註1］（即一張臉給人的第一眼年齡印象）的影響。發現：色斑、皺紋，以及肌膚質地對主觀印象的影響最大。

再依據這些主觀評分，將受測者肌膚分為「輕微老化」、「適齡老化」、「嚴重老化」三組。「輕微老化」組的膚況，相較於實際年齡，給人的印象最年輕。也就是說，人們見到這組的受測者，揣測的年齡最容易較該組成員的實際年齡輕。可進一步推想：人們第一眼見到「嚴重老化」組成員的臉時，最易高估他們的年齡。發現「輕微老化」組的肌膚含水量、肌膚屏障功能（與經皮水分散失有關，屏障功能愈好，經皮水分散失愈低），以及緊實度 / 彈性皆遠比「肌膚嚴重老化」要高。

由此推估：希冀凍齡，可從維持肌膚含水量、減少經皮水分散失、增加緊實度及彈性做起。而由於色斑、皺紋，以及肌膚質地對他人的年齡印象影響最大，當你立志成為一個無趣的老人美魔女，請盡力避免皺紋生成、保養肌膚質地，並做好防曬以預防色斑形成。

想幫皮膚抗老？補充「膠原蛋白」是個選項

在此也提供一點抗老相關資訊。有關「服用膠原蛋白能否抗老？」許多專家的意見常是「膠原蛋白是大分子，經過消化、吸收的過程，已遭破壞，美肌效果有限。」然而，有學者執行了雙盲、隨機、安慰劑對照試驗^[6]，測試自鯰魚皮膚中萃出之膠原蛋白水解所得小分子膠原胜肽之口服效果。受測者服用了 6 週的膠原蛋白後，肌膚的含水量增加了；服用了 12 週的膠原蛋白後，魚尾紋變得較不明顯，肌膚粗糙程度降低，彈性也改善了。

亦有其他研究者於執行口服膠原蛋白臨床驗證後^{[7, 8, 9]}，發表了類似的功效。寫到這裡，好像變成膠原蛋白的葉佩雯了。然而此處更想表達的是：誠然許多美容保養產品的功效，在商業運作下，不免誇飾渲染，也未必需要急著全盤否定。且不妨先稍加調查研究，再決定要以什麼樣的態度面對這些資訊。

關於肌膚老化的分子層面，還有許多比如活性氧（reactive oxygen species, ROS）等分子的作用尚未於此文提及；既然提到活性氧，還有一種抗老化的方式叫作抗氧化。值得深入探究之事族繁不及備載，本篇僅簡單提及有關肌膚老化的梗概供參考。在此，謹祝大家在追求成為無趣的老人凍齡上萬事順利。

註解

• 註 1 ：該研究設定了一個 VIP 分數（完整名稱是variable importance in projection，或可翻為投射變數重要性）用以表示每個參數對部分最小平方（partial least squares, PLS）迴歸統計分析所估計的應變數貢獻程度。即利用迴歸分析探討各個皮膚光學參數對肌膚情況所帶進的主觀感受影響。翻成白話文來舉例，皺紋與毛孔各為一個參數，皺紋增長 1 釐米與毛孔比例增加 1%，哪個會讓旁觀者感覺年紀增長較多，那個參數的 VIP 分數就較高。依據演算的結果：色斑、皺紋，以及肌膚質地對主觀年齡判斷的影響遠高於其他參數。

參考資料

1. 樹木希林 (2019)。離開時，以我喜歡的樣子。台灣：遠流。
2. Zhang S, Duan E. Fighting against Skin Aging: The Way from Bench to Bedside. Cell Transplant. 2018;27(5):729-38.
3. Contet-Audonneau JL, Jeanmaire C, Pauly G. A histological study of human wrinkle structures: comparison between sun-exposed areas of the face, with or without wrinkles, and sun-protected areas. Br J Dermatol. 1999; 140(6):1038-47.
4. Miyamoto K, Inoue Y, Hsueh K, et al. Characterization of comprehensive appearances of skin ageing: an 11-year longitudinal study on facial skin ageing in Japanese females at Akita. J Dermatol Sci. 2011;64(3):229-36.
5. 鯨向海 (2006)。精神病院。台灣：大塊文化。
6. Kim DU, Chung HC, Choi J, et al. Oral Intake of Low-Molecular-Weight Collagen Peptide Improves Hydration, Elasticity, and Wrinkling in Human Skin: A Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Study. Nutrients. 2018;10(7):826.
7. Proksch E, Schunck M, Zague V, et al. Oral intake of specific bioactive collagen peptides reduces skin wrinkles and increases dermal matrix synthesis. Skin Pharmacol Physiol. 2014;27(3):113-9.
8. Asserin J, Lati E, Shioya T, et al. The effect of oral collagen peptide supplementation on skin moisture and the dermal collagen network: evidence from an ex vivo model and randomized, placebo-controlled clinical trials. J Cosmet Dermatol. 2015;14(4):291-301.
9. Bolke L, Schlippe G, Gerß J, et al. A Collagen Supplement Improves Skin Hydration, Elasticity, Roughness, and Density: Results of a Randomized, Placebo-Controlled, Blind Study. Nutrients. 2019;11(10):2494.

雖然馬蹄鼻蝠(horseshoe bats)的鼻子看起來又大又醜，不過卻是牠們飛行及獵物時的好幫手。發表在《英國皇家協會界面期刊》(Royal Society Interface)上的研究，探討馬蹄鼻蝠如何運用牠們的鼻子來集中聲音束以及減少環境中雜訊干擾。

蝙蝠利用迴聲定位移動及獵食。科學家製作了馬蹄鼻蝠的五官及頭部模型來觀察如何利用鼻子皺紋影響聲音的傳遞。結果發現蝙蝠在發出聲音時會先通過鼻子，再利用皺紋改變鼻葉的大小，使得聲音變緊且集中。雖然這降低了蝙蝠定位獵物的能力，不過同時也減少了環境的雜訊干擾。這結果推翻了先前認為，蝙蝠利用皺紋使得聲波變得更廣來得知離地面有多高的研究。新研究的作者認為，先前的研究因為在錯誤的範圍偵測到迴聲頻率改變，所以他們才會有此推論。

資料來源:Ugly Noses Help Bats Navigate[24 January 2012]

在飛行時，蝙蝠是藉由物體反射的聲音來導航(這能力稱為迴聲定位)，這也就不意外牠們的耳朵如小型雷達般在運作了。

利用高速相機(追蹤蝙蝠耳朵上的反射標記)與3D模擬，研究團隊已經證明蝙蝠在飛行時會因超聲波迴聲的方向不同來彎曲自己的耳朵。豎立的耳朵可以捕捉反彈自前方物體的高品質迴聲，下彎或後擺的耳朵則能聽見來自各方的迴聲，品質不那麼好就是了。

該團隊指出，蝙蝠會依不同任務來調整聽覺能力，這份研究發表在本周的《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。彎曲的耳朵，能更有效的掃描區域內如飛蛾之類的獵物方位，以及掠食者（貓頭鷹等）的位置以防被攻擊；而豎立的耳朵可在俯衝攻擊獵物時全神貫注。

翻譯:陸子堯
資料來源:ScienceShot: Flexible Ears Help Bats Tune In [16 November 2011]