魚群「Cool」斃了

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

台灣最近（1月23~26日）的超級寒流不僅造成災害，農漁業損失慘重，還讓低海拔地區甚至平地雪霰紛飛，台北、新竹、嘉義氣象站更是設站以來首度下霰。大家可曾知道，在清朝的太平盛世時代，台灣平地是經常下雪的！

小冰河期

清康熙35年（1696年）出版的《台灣府志》中，雞籠積雪為台灣八景之一。雞籠在當時大部分為尚未開發的蠻荒之地，位於當時的諸羅縣，除了現今的基隆之外，也泛指台灣北部台北、淡水等地區。

根據《台陽見聞錄》：

「雞籠山在基隆廳治。台地氣候，南北迥殊。北境冬寒，與內地無大異。茲山為北境盡處，山大而高，下逼巨海，名為大雞籠。至冬常有積雪，台人取以列郡治八景焉。」

因此雞籠積雪的確切地點，可能是現在的基隆山（海拔588m），或者海拔超過一千公尺的七星山、大屯山一帶，至今無確切說法。同治年間《淡水廳志》的「淡北八景」也提到「屯山積雪」，可以推知陽明山以及台北其他沿海山區，在清治時代是經常下雪、積雪的！

原來，約在16世紀至19世紀，也就是明清時代，全球氣溫明顯下降的現象，稱為小冰期或小冰河期。氣溫最低時正巧是清朝地康熙、雍正、乾隆盛世。不僅雞籠山白雪皚皚，許多史書也都記載台灣西部平地下雪。

康熙22年（1683年）十一月，《台陽聞見錄》提到「是冬，北路降大雪，寒甚」、《諸羅縣志》記載「雨雪，冰堅厚寸餘」。乾隆53年（1788年）二月，《淡水廳志》表示「大雨雪，饑，斗米千錢」，顯見寒害對農作物收成的負面影響。咸豐7年（1857年）一月，《淡水廳志》和《苗栗縣志》都有大雪的記錄。1892至1893年的冬天台灣更是嚴寒，地方史料記載不僅澎湖「奇寒」，雲林崙背「大雪，五穀、豬羊多凍死」、嘉義新港「雪下數寸，六畜凍死」，北部的新竹竹東更是「大雪連下三日，平地高丈餘」。

馬偕博士（George Leslie Mackay）在1872至1901年旅台期間，也留下許多台北地區的天氣記錄。馬偕於日記裡也記載1893年1/17-18日，大廳裡只有華氏42度（攝氏6度），連觀音山（海拔616m）都下雪，他甚至還上觀音山裝滿兩大桶的雪，帶回平地給孩子看。1892-93年的冬天，可能是台灣有史以來最冷的一個冬天！由此可見，雖然雞籠山、大屯山積雪景色優美，但小冰河期的低溫造成糧食作物生長季縮短、產量降低，農牧業損失慘重，造成全球各地饑荒連年，死亡率上升，造成的災害不可小覷。

台灣近代降雪記錄

全球氣溫在進入20世紀後逐漸恢復正常，日治時期以及民國時期平地幾無降雪記錄，但當時的台灣氣溫依然比現代低，台北大屯山（海拔1093m）降雪依然是稀鬆平常的事情。日治時期比較可觀的記錄，包括《臺北縣志大事紀》中記載1917/1/8 「大屯山降雪為歷年來罕見，淡水線火車開賞雪加班車」、1919/3/2大屯山春雪、及1934/1/29 「天氣驟寒，七星郡大屯山降雪盈尺」。1896年2月，日本在台灣設立台北、台中、台南、恆春、澎湖五個氣象測站，台灣氣候才開始有正式的科學記錄。

台北測站在1900/2/13測得零下0.2 °C，戰後的1963/1/28測得零下0.1 °C、前一天台中最低溫更達零下0.7 °C，各地普遍結霜，但以上幾次都沒有降雪記錄。1962-63年台灣冬天在近代大概是數一數二的嚴寒，其中1963年一月的台北市，有28天達到寒流標準（最低氣溫10度以下）！但當時天氣多為乾冷，也沒有下雪。倒是1958/2/13台北氣溫低達2.6 °C，空軍氣象官李富城先生（現為氣象主播）回憶：

我跟一個老長官，我們倆一起出空軍總部大門，我們倆一出，下雪了，台北市天空有飄了幾片雪，我說：「啊，下雪了。」

那天陽明山大雪紛飛，景象跟前幾天的寒流相當雷同，但當天氣象局在台北市並沒有正式降雪記錄。

現代受全球暖化以及都市熱島效應的影響，台灣氣溫節節上升，但全球暖化的後果，不僅僅是氣溫上升而已，更可能造成極端氣候頻率增加。這場讓台灣遍地下雪的超級寒流，是否表示著未來包括寒流在內的極端氣候會更加頻繁呢？是值得大家省思的一個問題。

參考文獻

• 民視節目《台灣演義》，2013年8月25日。
• 許玉青，《清代臺灣古典詩之地理書寫研究》，國立中央大學碩士論文，2005年6月17日。
• 《臺陽見聞錄》，維基文庫。
• 維基百科小冰期。
• 李禎祥，1893年雲林嘉義大雪：台灣史上最冷的冬天。
• 那年淡水有多冷，淡水導覽旅遊暨文化活動手記。
• 台北氣象站，中央氣象局網站。
• Mata Taiwan，永和汐止都下雪下霰了！那台南到底會不會下雪？

這個週末，相信大家都有一個很難忘的回憶，台灣各地的氣象測站，都測到破紀錄的低溫。很多海拔高度較低的地方，也下起了雪來。一時間，整個台灣的新聞台焦點已經從蔡英文要不要提前組閣，整個轉移到白雪紛飛的歡樂世界。一位在新聞台任職的新聞主管還打趣的說：「今天最大的新聞，應該是台北哪裡沒下雪？」

媒體的報導多著重現象，缺乏事件背後的剖析。

台灣的媒體競爭很激烈，為了收視率只能用力拼下去。然而各家電視台的人力畢竟有限，別家電視台有下雪的畫面，自家怎麼可以沒有。別人出了SNG車，輸人也不能輸陣。資源投注在最血淋淋新聞戰，自然就無法空出人力開闢戰場，只能跟隨別家的議題。在我看來，除了「何處下雪？雪積多深？賞雪人潮？車陣多長？」之外，寒流背後的成因更值得探討。少數有新聞媒體深入解釋了「北極震盪」讓大家知道為什麼會有這一波寒流。但是，很抱歉，如果以科學家的標準，我還會在多問一句，「北極震盪」年年發生，怎麼今年會有如此嚴重的寒流。如果我的資訊沒錯，台灣自1897年有氣象記錄已來，還沒有平地下雪的紀錄發生。很可惜，真正深入的資訊，大多來自外電報導，實在是一大遺憾。

不該發生的事情，卻有不一樣的處理標準

台灣地處副熱帶和熱帶，依照常理來判斷，低海拔地區下雪，其實是「反常」的事件。這就跟十幾年來不該淹水的地方淹水，一月不該有颱風侵襲台灣，小林村不該滅村一樣，都是反常的天氣（或災害）事件。然而，台灣的民眾似乎對下雪有追求的熱情。於是輿論風向變得相當歡樂，開始討論起日本、台灣哪個氣象預報比較準，氣象主播之間的舌戰。這些資訊無疑增添了八卦的氣氛。但是，容我多嘴，當我們覺得日本的播報很準確的時候，是不是想過日本投注多少的人力物力在基礎科學的研究上面。氣象是一門科學，而科學的進步沒有捷徑，就是找到一群稱職的科學家，給他們需要的資源。

下雪是天氣現象，平地下雪是天氣災害現象

相對於其他高緯度地區，台灣對於寒害幾乎是沒有準備的。舉例來說，一般辦公大樓不一定有暖氣設備，有些建築為了通風，連冬天也只能開啟冷氣。一般超過20年以上的住宅大樓，更不會裝設暖氣，只能靠住戶自己購置，如此低溫對壯年人來說已經接近體力負荷的邊緣，更何況是老年人與小孩。如此寒害，對心血管疾病的病人都是嚴峻的考驗。可以想見，凍死的案例一定會上升，而接下來，台灣的民眾就要面對過年前的農產品漲價。說實話，這波寒流帶來的雪，不是瑞雪，是災害啊！瑞凡！

回歸科學面來說，根據科學家的研究證實，在可以預見的未來，人類必定要面對這一類型的「極端氣候」。尤其是位於海島的台灣，暴雨、暖冬、寒流、強颱，以後都會成為我們生活的一部分。媒體的力量，就跟水一樣，水能載舟，也能煮粥（咳～～），對不起，是亦能覆舟。當輿論能夠喚起大家對這類極端氣候的重視，就會發現這些現象多少肇因於全球暖化。簡單來說，地球已經存在超過45億年，什麼樣的大風大浪沒見過。相對的，人類只有短短一百萬年左右的歷史。地球系統的失衡，不會讓地球消失，反而會是人類這個族群存亡的關鍵。