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。
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：
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：
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。
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）」：
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。
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：
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。
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：
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。
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
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咖啡因是一種分子上的模仿大師。人類醒著的每一分鐘，腦中都會不斷增加腺苷（adenosine）這種化學物質，像是沙漏的沙子不斷累積，能夠告訴我們已經醒著多久，且會讓大腦運作逐漸放緩，創造出一種睡眠壓力，讓人體做好入眠的準備。所以醒著 12 個小時到 16 個小時，人就會感受到一種難以抗拒的誘惑，想回臥室躺著進入夢鄉。
然而，咖啡因的分子結構十分類似腺苷，能夠搶先一步與腺苷的受體結合，卻不會活化受體；這樣一來，反而是對這些腺苷受體形成一種化學封鎖。所以，只要你的腦中有大量咖啡因，腺苷就無法與受體結合，難以傳遞正常的訊號咖啡因就是靠著這種藥理作用來抑制睡意，使大腦保持警覺與專注。雖然腺苷依然不斷在大腦中堆積，只不過所發出的訊號就這樣被咖啡因給堵住了。但是，等到身體分解了咖啡因，腺苷就會宛如大壩潰堤，讓人感受到沛不可擋的睏意——這就是可怕的咖啡因崩潰（caffeine crash）。
植物合成咖啡因，原本是做為一種天然的殺蟲劑，避免葉子或種子遭到啃食，甚至還能殺死昆蟲。但奇怪的是，像是包括幾種咖啡類與柑橘類植物在內，有些植物的花蜜也含有咖啡因，花蜜原本該是用來吸引昆蟲授粉的。實驗結果顯示，咖啡因能夠增強蜜蜂的嗅覺學習能力，讓蜜蜂更能記得這些花的氣味，於是不斷回訪這些有著咖啡香氣的花朵。也就是說，這些植物等於是讓蜜蜂吸了興奮劑，引誘它們成為自己忠實的授粉者；可以說，正是咖啡因讓蜜蜂願意不斷嗡嗡嗡上工。
咖啡因的另一個作用是增加依核裡的多巴胺濃度，同時也會提高多巴胺受體的敏感性。這會刺激我們前面提過的中腦邊緣報償路徑，讓人在喝到一杯好茶或咖啡的時候，感受到愉悅的好心情；但也會讓人上癮。人類之所以愛喝咖啡或茶之類的飲料，是因為這能夠刺激大腦、抑制睡意；而且只要一開始喝了，就會因為咖啡因成癮而讓人維持這樣的習慣。於是回過頭來，我們就看到咖啡因對歷史產生了長久的影響。
在啟蒙時代，咖啡在歐洲咖啡館裡刺激了知識份子的思想與話語；到了不斷變化的工業時代，則是茶讓英國工人階級的身心得以調適。工業革命淘汰了像是編織、打鐵這些傳統工藝，以龐大的機器加以取代。從煤氣燈到電燈泡，各種人造光源讓工廠開始能夠一路運作到深夜。而咖啡因不但能讓工人在單調無趣的工廠環境裡，維持清醒專注，連那些營養不良造成的飢餓感也能一併排除。茶裡面加的糖也能提供熱量，讓人在長時間的輪班期間維持體力。咖啡因就這樣將工人變成了更好的零件，更能配合那些永遠不知疲倦為何物的鋼鐵機器。
〔附注：出於類似的原因，戰爭時期的軍隊也會運用各種精神藥物。像是希特勒速度驚人的閃電戰，先是在 1939 年 9 月橫掃波蘭，接著在 1940 年初攻下法國與比利時。這一方面靠的當然是德意志國防軍裝甲師的機動性，坦克既配備了無線電裝置用於協調，還能得到德意志空軍轟炸機的空中支援。但另一方面，這項成功的背後還有另一項技術的支援：靠著合成興奮劑「甲基安非他命」（methamphetamine，分子結構類似腎上腺素），德軍能夠戰得更猛更久，而不會感覺精神倦怠或身體疲勞。安非他命的化學作用讓人進入高度警覺狀態，也大大提升了自信與攻擊性。閃電戰的成功，靠的其實也是部隊嗑了藥。就連希特勒本人也同時混打多種藥物（古柯鹼、甲基安非他命、睪固酮），提供作戰指揮時的體力。〕
所以講到工業革命，工廠與磨坊的動力靠的是蒸汽機，但如果是操作機器的工人，靠的燃料就是東印度公司帶來的茶葉、加上來自西印度群島的糖。於是，茶的歷史深深植根於對勞工的剝削——從印度的茶園、加勒比海的甘蔗栽培園、再到英國的工廠，都壓榨著這些工人所有清醒的時分。
如今，若想要控制我們的睡眠清醒週期（sleep-wake cycle），咖啡因仍然是一項重要工具。這個科技社會的步調太過急促，不允許我們被動順應自己的生物時鐘，得主動加以調整，適應數位時鐘的要求。而很多人靠的就是自行攝取咖啡因，在每天上班途中把自己叫醒、讓自己能在辦公桌前熬夜趕工，或是在長途飛行後，把生理時鐘同步到新的時區。很多咖啡因成癮者都能自己調整這種藥物的劑量，一方面巧妙發揮咖啡因的正面作用，讓自己更能面對現代世界對專注力的需求，另一方面也能避免過度攝入造成的負面作用，像是焦躁不安、心跳加速、胃部不適。
然而，咖啡因雖然讓我們得以抑制大腦發出的睡意訊號，卻也成了現代人常常睡眠不足的一大主因。咖啡和茶就這樣和人類玩著兩面手法：我們喝咖啡和茶，是為了緩解長期的嗜睡；但造成這種情形的元凶也正是咖啡因。事實上，我們早上會想趕快來杯咖啡，讓腦子清醒一點、或是提振精神，很多時候其實是在緩解一夜難眠的戒斷症狀。
——本文摘自《人類文明：生物機制如何塑造世界史》，2024 年 05 月，天下文化出版，未經同意請勿轉載。
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睡覺的時候，感覺有人手伸入她的睡褲，輕撫腹部。[1, 2]女子睜開雙眼。輕聲喚不醒身旁的男友，轉而大叫他起來開燈。突然亮起的光線下，一個約莫 178 公分高，85 公斤重的男人，站在床尾，自稱是對面鄰居。[1]
2006 年，38 歲的 Mark Bonnstetter 跟著懷孕的太太回娘家，[1, 2]期間第 3 個小孩誕生。全家多待一週後，[1]只有於東伊利諾大學（Eastern Illinois University）擔任首席運動傷害防護員的他，[1, 3]因為工作而提前在感恩節週末，回到伊利諾州 Charleston 市的 Woodfield 巷。[1, 2]返鄉過節的左右鄰居趁便請託，要他每日代為開燈，佯裝屋主在家，以防宵小。[1]
11 月 25 日那天，[1, 2, 4]Bonnstetter 晚上 6 到 9 點要工作。假期夜間照顧孩子，害他缺乏睡眠，還未及補足。逼得 Bonnstetter 早餐喝 2 杯咖啡；9 到 11 點再 2 杯；下午飲用 2 瓶 Diet Cokes；上班時又灌了大量 Diet Pepsi，好不容易才撐到收工。回到家即便不早，他仍記得幫忙鄰居點燈。終於就寢，卻沒睡好。凌晨 3 點醒來，睡著之後，又被聲音吵醒。[1]
循著噪音的源頭，Bonnstetter 望向窗外：對面沒有請他看家的那戶，燈亮著，前門微開。心懷守望相助的責任感，Bonnstetter 前去查勘。進入屋內，巡過一個又一個房間，關掉廚房的燈，再往主臥室走…。[1]
他聽到女性微弱的說話聲，變成喊叫。房裡的燈光，瞬時明亮。Bonnstetter 被請離，走著、走著，流連於廚房。女子不得不親自把人領到門口，再目送他跨過馬路返家。Bonnstetter 躺回床上，一覺天光。醒來後，整個過程忘得乾淨，照常出門上班。另一邊，女子的母親回來，聽說此事，通報警方。[1]
Bonnstetter 跟他哥，童年時共睡一房。除了爸媽之外，兩人也是彼此夢遊（parasomnia；sleepwalking）的目擊者。[1]兒童夢遊的人口比例，較成年人高：學齡前約有 1%；學童則為 2% 左右。發生的頻率，通常一週幾次。少數成人受藥物或酒精影響，抑或是睡眠品質不佳時，也會夢遊。[5]Bonnstetter 雖然沒酗酒，但是妻子與岳父母，卻不時見他在夜間晃蕩。有一回到外地參加體育賽事，住同個旅館房間的醫師，發現 Bonnstetter 迷糊地邊走邊咕噥。安全起見，還特別知會當地警方。[1]
以往頂多是在屋裡「巡邏」，或探查窗外情況，Bonnstetter 的動機似乎出於保護家人，避免他們被不存在的危險傷害。這算是成人夢遊的典型之一。[1]眼神呆滯地四處走動之餘，有些人還會執行複雜的動作，像是進食、說話或者操作機器。[6]Bonnstetter 就偶爾會無厘頭地搬弄物品，例如：溫柔地把時鐘擺在嬰兒床上。過去不管是哪種情形，結果都無傷大雅。然而感恩節的意外，竟破天荒地鬧成了刑事案件。[1]
11 月 28 日，Bonnstetter 遭警察逮捕。[2]他放棄保持緘默的權利，反覆否認性侵，只想向受害者致歉。原以為基於先前醫師通報的夢遊紀錄，警方能理解並放人，[1]沒想到 12 月 11 日 Bonnstetter 還是被起訴了。[2]據說罪名包括非法入侵、性侵，以及蓄意強姦未遂。[1]另一說是沒有被控性侵，但加上侵入竊盜。[4]
Bonnstetter 的律師建議他做睡眠檢查（polysomnography；sleep study）。[1, 2]廣義來說，涵蓋睡覺時的腦波、血氧、心律、呼吸，以及眼睛和腿的活動等；[7]而這裡大概會著重能提出證據的項目。Bonnstetter 最先拜訪的睡眠實驗室，聽說官司進行中，便拒絕了。於是，他改去若許大學醫療中心（Rush University Medical Center），找專治睡眠障礙的神經科醫師和心理師。[1]
2007 年 8 月 16 日的檢查報告，指出 Bonnstetter 罹患輕微的姿勢阻塞型睡眠呼吸中止症候群（positional obstructive sleep apnoea syndrome），[1]也就是躺著比較吸不到氣，側睡會好得多。[8]隔天計劃要再現出事那天的條件，攝取過多咖啡因，然後觀察睡眠。然而，這種作法須要大學研究委員會核可，訴訟在即，Bonnstetter 跟太太絕不能等。[1]
該醫療中心，受辯護律師委託出庭作證的 Rosalind Cartwright 醫師，手邊數據不足，只好拿既有資料，比對診斷標準。[1]睡眠有 4 個階段，前 3 個從 N1 到 N3，為非快速動眼期（non-rapid eye movement cycle；NREM）；末了的則是快速動眼期（rapid eye movement；REM）。[9, 10]一般人每晚會以 N1、N2、N3、N2、REM 的順序，重複 4 至 5 輪。[9]典型的夢遊，起始於剛入睡的幾小時，即非快速動眼期的N3。[6, 9]Bonnstetter 不確定意外當天何時就寢，僅從下班時間和幫鄰居點燈等，估計應該是午夜。他可能3點和之後各醒來一次。而根據被害人的說法，Bonnstetter 約莫於早上 4 點半至 5 點之間，擅闖民宅。由此或許能勉強推測，事發時間在第二輪的非快速動眼期。[1]
為求更精確的診斷，Bonnstetter 睡眠檢查的光碟，被送往史丹佛大學（Stanford University）。該校以Christian Guilleminault 為首的 3 名醫師，於 2008 年 3 月 3 日的報告裡，寫道Bonnstetter整晚的第一輪非快速動眼期，腦部慢波活動較一般的平均值低。文獻指出，若再加上下列兩個條件，就有可能導致夢遊：[1]
除此之外，Bonnstetter 在非快速動眼期，睡睡醒醒的循環交替異常頻繁，是夢遊者典型的症狀之一。[1]
2007年初，東伊利諾大學的實習刊物《每日東部新聞》（The Daily Eastern News），質疑 Bonnstetter 何以持續任職，還討論他是否曾與運動員單獨接觸。文章內容鉅細靡遺，不僅有律師和學校多位主管的名字，連被告與受害者的完整住址，都寫得一清二楚。[2]想必在校內及附近社區，掀起軒然大波。
2008 年 10 月 24 至 27 日，案件開庭。[1, 11]辯護律師以圖表說明，夢遊者跟正常人在非快速動眼期的慢波差異。陪審團專注聆聽，Bonnstetter如何意識矇矓地誤闖民宅。檢察官則以Bonnstetter在燈亮後，還能自我介紹為由，駁斥此番論述。律師隨即強調夢遊後的失憶，證明被告當時的精神狀態不佳。雙方一來一往，嚴密攻防。[1]26日《每日東部新聞》立場轉變，大量引用Rosalind Cartwright醫師等專家證人的說法，解釋夢遊的可能性。[4]27日，陪審團採信醫學證據，在傍晚6點做出無罪判定。[11]
洗清冤屈的Bonnstetter，後來繼續在原部門服務，並逐步升遷。[3]Rosalind Cartwright和Christian Guilleminault醫師，則於2013年7月的《臨床睡眠醫學期刊》（Journal of Clinical Sleep Medicine）上，介紹此案背後的學理根據。[1]
