一起用好書養成熱愛科學的下個世代吧！《吳大猷青少年科普特別推薦獎》評選感想

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

• 活動紀錄／李宣蓉

大家都知道寫一本書很難，出一本書很難，賣一本書更難。2019 泛知識節邀請了一位寫了書、開了獨立書店，還是以科普為主的獨立書店的老闆李明燦，分享一下他為何這麼想不開的創業經驗和心路歷程。

• 唐恩書店店長李明燦，在店門口留影。

達成寫書、開書店的夢想後，李明燦的下一個目標是諾貝爾獎

「實體書店很難經營，這是全世界的趨勢，」一開口，講者李明燦就這麼說道。「但至少在這幾年，因為年輕朋友的加入，台灣有一種到了谷底後，反而向上的感覺。」

一直以來，李明燦的夢想就是寫一本書和開一家書店。在經營書店的三年期間，他加入了「台灣友善書業合作社」，這是許多小型書店為了克服經營困境，嘗試透過彼此集結、互相幫助的方式而成立的組織，現在很多的獨立書店都有加入。

「至少在人生的這個階段，我的夢想算是達成了，後面餘生的夢想就是得到諾貝爾獎。」他笑說。

與科普書緣分的起源：《物種原始》

李明燦並非打從一開始就投入書店經營，他的前半生是在半導體業跟電子業打轉。「在電子業過勞是常態，當時我在大陸外派，覺得身體狀況快不行了。」2008 年開始，關心自己身體狀況的李明燦讀了相當大量的科普書，嘗試拯救自己的健康。他以自身和家人為對象，做了很多簡單的人體實驗，並且把這六、七年間的人體實驗成果集結起來，寫成了著作《疾病原始》。

「我很崇拜達爾文，」李明燦說。讀到達爾文的著作《物種原始》 (註：又稱《物種起源》或《物種源始》) 時，李明燦非常驚豔，認為書中的許多論述和他的想法及研究結果不謀而合。李明燦於是將自己的著作命名為《疾病原始》，並在 2014 年 11 月 24 日，也就是達爾文發表《物種原始》的155年後出版。在書中，李明燦加入不少小巧思，比方首刷的冊數，以及每一本書上獨一無二的編號等等，這些都是李明燦的心血結晶。

「在我研讀科普書，或者解救自己的身體的過程中，我發現很多慢性疾病都找不到原因，目前不少科普書在探討這個現象。而我認為，《疾病原始》已經找出了一些因果關係。我在書中有寫到，世界上並沒有雄性禿、鼻竇炎與皮膚炎，這些病症都有些變數。並且，我以自身做實驗，提出論證基礎來佐證。」

進一步探討疾病存在的原因：《心理原始》

也因為這些獨特的論證，李明燦將目標放在諾貝爾獎，期許自己的研究能夠獲得國際肯定。除了已出版的《疾病原始》外，李明燦還在規劃下一本著作：《心理原始》。

「儘管我認為自己已經找到疾病的因果關係了，卻還是擺脫不了壞習慣，因此有些身體毛病依然存在。」秉持著工程師的務實態度和研究性格，李明燦不斷思考，是不是心理方面出了問題。「當然這之中也有家庭因素、工作因素，導致很難改變習慣，但我認為，心理問題是主因。而談到心理問題，就跟大腦脫不了關係。我這幾年研讀的科普書籍不外乎是三個學派：精神分析學派、認知神經科學學派、腦神經學派。這也是我後來的書寫主要的部分。」

以自身碰上的問題作為出發點去思索，李明燦主動投入研究，期望藉著自己的實驗成果幫助更多其他有同樣困擾人。他將達爾文的《物種原始》和由他自己撰寫的《疾病原始》、《心理原始》合稱為「原始三部曲」，不僅表達對達爾文的敬仰，也是一種對自我的期許。

書店名「Down house」：達爾文的退休小鎮唐恩

「達爾文在 33 歲時搭著小獵犬號去採集標本，當時他回到倫敦時，因為受不了倫敦的髒空氣，迫切想要治癒自己的皮膚病，於是搬到了近郊一個叫做唐恩的小鎮，他的餘生一直住在那裡。那個地方後來被建成紀念館：Down house。這也就是我的書店店名的由來。」李明燦解釋道，語氣中充滿了對達爾文的祟拜之情。

唐恩書店並不大，除了販售不少李明燦喜愛的科普書外，平時也會舉辦一些演講跟讀書會活動。書店的風格十分特別，一邊擺放著大量科學書籍，另一邊則是玩具店，陳列許多火柴盒小汽車。「我滿早就開始蒐集這些玩具，收藏火柴盒小汽車已經三十年了。目前店裡的營收超過一半以上都在這個部分。有許多小車都是我的收藏，但是為了店裡的收入，只好把心頭肉賣掉。」李明燦說道，獨立書店的經營困境不言而喻。

即使如此，李明燦仍是十分樂觀。他將唐恩書店稱為「希望等候室」，希望終有一天能獲得諾貝爾獎。在介紹書店的同時，他也推薦了許多優秀的科普書單，包括塔雷伯的《黑天鵝效應》等。最後，李明燦提到了賈伯斯的名言：「人生無法預料」。年輕時，人們並不知道未來會如何，但是到了往後再回頭看，才會發現這一切都是必然的，也因此要盡力去追尋自己的熱情所在，去堅持信念，這也是一切成就的起點。

• 活動紀錄／李宣蓉

處在資訊流通不發達的古代，書本幾乎就是所有資訊的來源，要獲取知識就必須讀書。但現在的知識來源五花八門，透過 youtube 影片、廣播、電視節目等，也都可以學到新鮮的知識，輕鬆又有趣。我們還需要找個時間坐下來，好好閱讀一本書嗎？

2019 泛知識節邀請到了泛科學專欄作者黃貞祥及出版社資深編輯許鈺祥。兩位講者都是清大生科系畢業，但許鈺祥接著離開生科領域，進入出版界。2017年時，許鈺祥想出版科普領域的書，即使現在出版業相對辛苦，仍將黃貞祥拉進了閱讀推廣的活動。在演講中，兩位分別從生理、心理、社會等方面來闡述閱讀科普書有哪些好處。

閱讀能活化我們的大腦

首先，從生理構造方面來看，與其他動物相比，人類的腦部相當獨特。前額葉皮質讓我們能夠理性思辨，擁有邏輯、計算和推衍的能力。但前額葉是需要訓練的。如果不訓練、不做理性思辨，那麼人類大腦其實和黑猩猩是差不多的。閱讀科普書能夠訓練前額葉皮質，靈活運用大自然賦予人類最寶貴的東西，也就是我們的大腦。

書籍是系統化知識的來源

現代人經常使用數位產品，例如手機、平板電腦等，遇到問題只要上網找資料就行，利用搜尋引擎尋找答案，也有不少人在手機上閱讀文章。這種做法可以快速接收訊息，迅速更新知識庫。但黃貞祥提到，過度使用數位產品容易造成注意力不集中的問題，看過的內容一下就忘記了，無法留在腦海。另外還有一個很大的問題就是，網路上的資訊難以避免篇章簡短，知識破碎化、片段化的缺點。

學習一門全新的知識，是非常需要架構的。尤其，科學領域是相當系統化的東西，需要運用很多抽象性思維。當人們學習系統化的知識時，能夠將資訊連接起來，知識的網絡彼此結合、延伸，讓人們可以應用、創新、創造，協助人們解決問題。

而閱讀這個行為，不只訓練專注力，也連結著大腦的理解能力、再表述能力，並且與溝通能力息息相關。可以說，閱讀科普書就像一種大腦的全方位運動。相反地，如果只是片段地閱讀，片段地吸收資訊，會發現這樣的資訊無法應用到別的領域。

針對網路文章，許鈺祥也以編輯的角度補充了一些看法：當一篇文章透過社交軟體或各種媒體平台散播出去後，會產生各種數據。除了最多人在意的點擊率之外，也有其他數據需要分析，例如：讀者點擊進入文章後，平均花費多少時間讀完文章。

數據顯示，讀者實際閱讀文章的時間，與編輯們預設的時間是有落差的。例如說，編輯們預設讀完整篇文章應該費時五分鐘，但實際上，讀者只花了兩分多鐘就看完文章了。

一開始，編輯們推測讀者只看完第一頁，卻不知道還有第二、第三頁。但有了更多數據後，他們認為另一個重要原因在於「標題」──許多讀者被標題吸引，心理上認同這個標題而點進文章。然而，閱讀完第一段後，讀者覺得論點好像跟自己想的一樣，認為自己的看法得到印證，就沒再往下看。

這也是閱讀習性上一個很大的改變。以前讀者買了書，往往是讀完整本書才與人交流、發表意見，討論書的內容是什麼，而不是讀了第一頁，就自認為理解了整本書，以自己的觀點去想像、腦補內容。

這種碎片化也是在推廣閱讀時很重要的難題，如何讓讀者瞭解一個主題不是只有單一面向的是非題，不是拋出問題，就期待一個標準答案。閱讀的重點在於思考的邏輯和辯證的過程。

「讀書」並不是讀了就好，如何提升深度，能夠再表述，對於內容產生疑問和思辨，並因此啓動尋找答案的好奇心，因而繼續閱讀更多的書，這才是最關鍵的。「沒有任何一本書可以回答一個學科領域的所有問題。」許鈺祥說。推廣閱讀的重點即是點燃興趣，引發讀者後續探索的動作。

閱讀可以開闊視野

除了深化思考之外，閱讀的廣度也很重要。讀書可以跳出舒適圈。接觸到自己不曾想像過的領域，打開全新的視界。許多書店排行榜或是編輯選書都具有指引功能，順應當下時事潮流，先挑選出讀者應該有興趣的書，或應該閱讀的書。

黃貞祥指出，根據研究顯示，無論在經濟或世界趨勢方面，廣博型的知識家對於事態的預測能力更強。曾有朋友問黃貞祥，當他做出一篇新的評論時，如果與之前的評論互有矛盾，怎麼辦？黃貞祥表示，他並不會因為改變了看法而覺得有罪惡感或丟臉。

閱讀了新的書籍，因而修正原先的看法，這代表著成長。新的知識帶來新的認知，也對這個複雜的世界有了更全面的理解。「修改信仰並不可恥。」他說。廣泛閱讀，並且不斷更新自己既有的認知，能讓人對世界趨勢有更好的理解和預測。

閱讀能產生心流，讓人開心

除了智識上的好處之外，閱讀也是件快樂的事。「閱讀能產生心流。」黃貞祥說。當人們投注心神，專注進行高技能的活動時，會產生愉悅而幸福的感受。專注閱讀需要思維的探索、連結和創造，是非常容易產生心流的活動之一。

黃貞祥還打趣說，除了閱讀外，編輯一本書也會產生心流，這也是為何編輯們的收入不高，但他們做得很開心 (笑)。

關於這一點，許鈺祥並不否認。他解釋，在出版一本書的漫長過程中，編輯往往是第一個讀者。收到譯者或作者的稿件，編輯首先會沉浸於文字內容，但在此之外，編輯還要跳脫出來，站在讀者的閱讀情境去思考設計，考慮該如何包裝一本書。

當書籍發生錯字、翻譯不理想、圖片缺失等等情況時，就會打斷讀者的閱讀行為。這些細緻的過程都必須由編輯把關，盡可能讓讀者讀得順利、讀得投入。也就是說，編輯不只在閱讀文本時產生心流，同時也要仔細思考製作一本書的各個環節，主動營造讓讀者能夠產生心流的情境。

閱讀能增加人與人間的連結

閱讀不只是個人的、私密的，還能夠分享，增加人與人的連結。當代的科普書越來越傾向將人文性質與科學領域合，例如科學與歷史，科學與親子關係等等。科學的普及化，不光著重在冷硬的知識，也要關注社會面向，更加的「入世」，將科學知識回饋給大眾。這也是科普閱讀推廣中不斷反覆思考的問題：台灣人不讀書，是不是因為沒有做出讀者想讀的書？科學是否應該更加貼近人文與社會？