紙張放了一段長時間之後，就會開始泛黃。長久以來，科學家知道紙張泛黃是因為製成紙張的纖維素（cellulose），隨著時間氧化，會產生帶色基團（Chromophore）的化學物質。不過科學家並不曉得是哪一種帶色基團使紙張泛黃。直到這個月，一則發表在《物理學綜合評論通訊》（Physical Review Letters）的研究中，研究團隊檢驗老紙和新紙反射的光譜波長，並和已知的化學物質光譜波長比較。根據結果，研究團隊認為紙張泛黃的主要元兇，是因為一種醛基帶色基團（aldehydic chromophores）。這項研究有助於收藏家保存紙本古物，抵抗黃化。或許能開發藥劑使帶色基團還原為未氧化態。不過這樣的藥劑也可能會傷害到古物，最好的辦法還是將文物封存在不見天日的地方。
資料來源：ScienceShot: Why Old Paper Turns Yellow [2 April 2012]
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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你知道透過顯微鏡觀察紙張，其實很難看到完整的細胞樣貌嗎？因為大多數的紙，常經過搗碎「煮成」紙漿後，才壓製成型。因此將紙張放在顯微鏡下觀看，往往只剩植物纖維的網狀結構。然而，有一種紙在顯微鏡下卻能完整呈現植物細胞的形狀，甚至在太陽光下透光觀察，蜂窩般的六角格紋也能一覽無遺。這就是承載台灣經濟社會變遷史的「蓪草紙」。
和一般造紙方法不同，蓪草紙不是將植物打漿後壓製而成，而是取材自蓪草莖髓。工匠將蓪草莖截斷，取出中央白色的髓心，再將蓪草髓心緊壓在盤面，使用裁刀依髓心邊緣滑行，「削出」一張張輕薄的蓪草紙。蓪草紙的厚度則由銅片與盤面間的高低來調整。
因為蓪草紙是直接由莖髓切片製成，細胞結構未被破壞，保留了幾乎完整的細胞，因此當蓪草紙放在顯微鏡下，便能看到完整地細胞型態。
十八、十九世紀中外貿易展開，當時清政府唯一開放對外貿易的港口－廣州開設許多專售外銷水彩畫的商鋪。中國畫家受到西方技法影響，透過精細的分工合作，使用西畫材料在綾絹、蓪草紙等各式媒材上，大量製作帶有中國風土風情的畫作，是當時西方人到中國購買的最佳伴手禮。其中，蓪草紙潔白透明，當時在西方被稱為「米紙（Rice Paper）」。
由於十九世紀的歐洲正掀起博物學熱潮，除了透過畫作滿足對東方的想像，畫作所使用的媒材也引發西方人的興趣，因此歐洲植物學家開始疑惑：「米紙到底是從什麼植物而來的？」
正式為蓪草紙材料「蓪草」命名的是英國植物學家威廉．虎克（William Hooker）。
他在1830年發表對米紙的初步觀察，但無法確定來源植物。他曾經這樣形容：「如果將這張紙放在眼睛和光線之間，就會發現一種精美絕倫的細胞組織，這是任何人類藝術都無法創造或模仿的」。
其後，虎克仍陸續針對「米紙」進行研究。他於1841年被任命為英國皇家植物園邱園（Kew Garden）園長後，更是動用了所有官方和非官方的聯繫，透過廣州、廈門的商人與外交人員蒐集標本，不斷比對葉、花與莖髓，最終在1852年發表學名為 Aralia papyrifera，暫歸於五加科的五加屬（Aralia）。
之後德國植物學家卡爾．科赫（Karl Koch）認為蓪草的花瓣、雄蕊和葉片形態與五加科的其他屬及物種相差甚遠，便將其獨立為新屬，改名為 Tetrapanax papyriferus，並沿用至今。
蓪草在東亞其實早已是社會常用、熟悉的植物，並以多種名稱「蓪草」、「通草」、「通脫木」散見於各類典籍。例如中國六朝史料集《建康實錄》便曾記載晉惠帝曾命宮女準備五彩「蓪草」紙花。唐代藥學著作《本草拾遺》中則記錄著「『通脫木』，生山側。葉似萆麻，心中有瓤，輕白可愛，女工取以飾物。」
而虎克則曾經記錄他向長期居住在印度的哈德威克將軍（General Hardwicke）詢問「米紙」事宜。哈德威回復印度當地人將製作「米紙」的植物用於多種用途。他們將最粗的莖切成薄片製作人造花和各種精美裝飾品來裝飾神龕；也利用「米紙」製作帽子。「米紙」的材料對當地漁民來說也非常有用，可以做成適合他們漁網的浮筒。
中國清末因畫在蓪草紙上的外銷畫價格便宜、畫幅小便於攜帶，外銷市場需求日益增加。加上鴉片戰爭爆發後，原本位於廣州的外國行商陸續移到廈門，連帶也帶動台灣的蓪草產業蓬勃發展。
蓪草在台灣的分布雖遍及全島，但受到氣候、土壤等影響，以新竹以北一帶山區生產的品質最佳，因此過去的新竹可說是蓪草產地的重鎮。
日治時期，日本政府進一步將蓪草列為台灣的重要殖產項目之一，設立農業試驗場改良品種、選定區域推廣栽種，原本野生採集的蓪草變成人工栽培，產量和品質都大幅提升。當時改良的美術蓪草紙被用於製作人造花、婚慶裝飾、扇子、畫材、蓪草卡片等，受到歐美各國的喜愛。
戰後國民政府接收台灣，蓪草製品（如蓪草紙、蓪草花及裝飾品）是重要的出口支柱，以外銷美國市場為主。在「客廳即工廠」的五、六〇年代，蓪草加工製品可說是許多家庭生計的依靠。
可惜隨著石化工業興起，價格低廉的塑膠花取代了蓪草花的製作，重創台灣蓪草產業，新竹的老牌業者金泉發蓪草行也在1972年結束長達約130年的蓪草事業。
蓪草的產業消長，反映了出台灣社會經濟的轉型過程。現今市面上雖然幾乎已不見蓪草紙的蹤影，年輕世代甚至根本不知道什麼是蓪草，但仍有許多人、組織致力於蓪草文化的推廣，開設工藝課程和工作坊、蒐集史料，盼讓這段歷史重新被看見。
蓪草紙不僅是能「看見細胞的紙」具有其科學趣味，也是一段跨越東西方的博物學探險旅程，更是台灣社會經濟史的一頁篇章。 下次當你拿著蓪草紙透著陽光觀察那一格格清晰的細胞形狀時，相信看見的不只是生物結構，也會看見台灣走入世界科學舞台的起點，以及一段歷經繁榮沒落、正在重生的文化記憶。
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本文轉載自顯微觀點
現代主流藝術的「色感」豐富，卻缺少傳統東方繪畫的「質感」。
— 張元鳳
國立臺灣師範大學文物保存維護研究發展中心（下稱師大文保中心）主任張元鳳口中的「質感」，並非一種難以定義、不證自明的高尚，而是傳統顏料能被感官接收、儀器量測的物理特質。透過顯微科技，文物藝品的「質感」更能被突顯、深入分析。
張元鳳剖析，傳統東方畫顏料來自天然礦物，如青金石、藍銅礦及珊瑚末等。經過搗碎、研磨、淘洗去除雜質，並以水沉澱，區分顆粒大小，製成多彩的色粉。
多次沉澱淘洗之後能獲得小顆粒顏料，與初期沉澱的大顆粒色粉雖來自完全相同的礦物，卻呈現截然不同的飽和度。
張元鳳解釋，「東方繪畫不靠顏料混色而增加色彩，是利用顏料顆粒半徑差異。因為光的亂反射，顏料顆粒愈大就愈鮮艷，顆粒愈小的顏料就愈加淺淡。」而傳統礦物顏料特性的創作風格，至今矗立在我們的生活中。
張元鳳舉例，「台灣廟宇最常見的傳統彩繪模式，是衣甲、雲彩的漸層色彩。內圈的顏料最鮮艷，愈向外就愈淡素，形成華美的漸層。這種技法在日本被稱為繧繝彩色（うんげんざいしき）。」
這種色彩梯度，可以用手指觸摸出來。神像彩繪上，鮮艷的中心顏料顆粒明顯、粗糙如沙礫，素雅的外圍小顆粒顏料則十分滑順。張元鳳說，現在廟宇彩繪已改用油漆等現代顏料，但畫師依然遵循這種衍生自礦物顏料的風格。
由於對礦物顏料的研究，張元鳳對顯微技術的數位化印象深刻。她說，「早期並不容易看見顏料顆粒全貌。現在能堆疊 Z 軸成像的數位顯微鏡，能讓整個顏料顆粒如寶石一般清晰閃耀。繪畫層切片（cross-section）也能清晰展現層次，這是過往顯微鏡做不到的。」
單顆顏料在整幅畫作中僅屬滄海一粟，如同顏料顆粒的體積，師大文保中心的每日文物研究與修護任務中也僅占中心業務一部分。
文保中心隱身在師大校園一隅，嚴格管理的閘門之內溫濕度恆常，地面一塵不染，連所有的照明都去除紫外線以保護文物。
墊高的日本榻榻米圍出中央的主要修護區，上方懸吊多盞手術燈，木桌上安放修護中的文物；四周則圍繞著檢驗攝影室、實驗用抽風櫃、木製工具架等。修護師與學生們錯落在這個融合日式畫室、手術室、化學實驗室的空間中埋首工作。
每一件進入師大文保中心的文物都必須進行修護前記錄，包含拍攝正面光、側面光、透光影像。還要經過拉曼光譜分析、紅外線、紫外線、X光螢光術（XRF）的檢驗。若有可疑處，就需要使用顯微鏡直接觀察，或是取文物邊緣的結構作為分析樣本。
透光攝影可以分析紙張在不同位置的厚薄，呈現出脆弱或是加固的跡象；側光使畫紙的凹凸皺褶無所遁形。紫外光則能讓霉斑呈現螢光，使白光下難以分辨的霉斑與普通褐斑展現出差異。
文物汙損性質的檢測之外，紅外光與 XRF 則用於顏料成分分析，尤其 XRF 光譜儀可接收不同材料受 X 光所激發出的次級 X 光，辨別顏料、媒材成分。
由於濕氣與溫度影響，長年收藏於庫房中的作品經常處於老化狀態，其大面積的黃化可以用典具帖紙（一種極致纖薄的日本和紙）覆蓋，再抹上蒸餾水，以這層極薄的水體吸取、移除黃化成分，並確保顏料穩定不暈開。
楮樹皮製成的典具帖紙具有長而強韌的纖維，能製作出世上最輕薄的紙張。被定為日本文化遺產的典具帖紙不僅能清潔畫面，也能作為背紙支撐書畫。
修復水溶性媒材製作的文物時，需要將作品局部解體，以水軟化糨糊，才能把舊背紙層層揭開。直到把舊的命紙（最接近畫作的背紙）與畫作分開來，再糊上新的命紙與背紙。若水量太多或施作時間太長，正面畫心的顏料、墨跡也會溶於水中。
紙質文物的折疊或脆弱處，也可以用撕成長條狀的楮皮紙作為「頂紙」支撐。修護中的林朝英的竹葉體書法作品，就是以研究生們細心手工撕成的頂紙進行補強。
張元鳳說明，林朝英被稱為清朝唯一台灣藝術家，其書法曾經過多次修復，但是過往觀念與技術較不穩定，導致畫面出現許多凹凸。現在團隊正以乾式手法更換背紙，希望能讓竹葉書法飛舞在平坦潔淨的表面上。
對於前人的修復構造，張元鳳說，「得用鑷子像做手術般移除極小塊的舊背紙，每天只完成 5 公分的進度。文物修護除了技術，也非常考驗定性。」
在顯微鏡、紅外線、光譜分析等檢驗科技介入後，科學數據提供了客觀數值作為文物歷程的分析依據。但修護師的藝術史知識與批判性思考依然是決策中不可或缺的依據。
張元鳳舉例，以紅外線光譜進行成分檢驗時，需與既有的資料庫比對，但是目前資料庫中繪畫顏料樣本稀少，汽車烤漆的資料卻很多。因此含有鉛或鋅的顏料，經常被系統推斷為汽車烤漆。
張元鳳笑說，「如果缺乏對文物歷史的知識，只遵從儀器檢測與資料庫，就會被誤導『前人是用如同烤漆的顏料作畫』，那是不可能的！」
又或是在東方畫上面發現顏色鮮艷，半徑卻特別小的顏料顆粒，就應該萌生疑心。以創作年代常見的顏料顆粒進行比對，確認是否有後人補畫全色，又或者其實是仿造贗品。而非毫不批判地接受檢測結果。
張元鳳說，修護師的知識與文物的檢驗資料庫統合化、豐富化，能降低被誤導的風險，提升修護者對檢驗結果的辨別能力，而這兩個方向都需要修護研究單位長期的努力與合作。
對於科學檢測技術對文物修護的影響，張元鳳認為在早期的修復中，常常出現受當下主流文化影響的詮釋，導致原本的創作被掩蓋。科學檢測技術實現了修護倫理的「客觀精神」與真實性基礎。
她回憶說，剛開始堅持使用科學檢測作為修護依據的時期，也有人質疑「修就修，為什麼要做這麼多有風險的檢查？」
現在，來自不同學科領域的學生在師大文保中心學習文物保護技術，多元的檢驗科技，反而更能善用每一次檢測、每一丁點樣本提供的資訊。張元鳳發現，來自理工領域的學生對操作檢測儀器、解讀圖表較有信心，但是美術領域的學生因為具備創作經驗，更能夠對檢驗結果進行合理詮釋。
對於跨領域的修護技術學習歷程，張元鳳說，「包括我在內，有些美術背景學生最初接觸檢測科技時會感到害怕或辛苦。我希望可以讓學生們免於這種痛苦，所以要求自己先學會各種技術來傳授他們。」
在最近的技術發展中，張元鳳相當期待XRF可以實現對文物進行大範圍 mapping（面掃描）的功能，並輸出定量成果，如此將能大幅提升成分檢驗的精準與效率。
同時她也很期待3D X-ray提供來更高效率的纖維構造分析，過往使用顯微鏡觀察，必須將文物纖維剝成細小的狀態，過程相當困難。若能使用高解析度的 3D X 光檢驗，對人力與樣本的使用會更有效率。
忒修斯之船（Ship of Theseus）是古希臘最早的哲學難題之一，也或許是被修復過最多次的文物：雅典人在數百年間不斷替換忒修斯之船朽壞的部位，當這艘船的所有部位都被更新過，它還是原本那艘船嗎？若不是，何時開始它不再算是同一艘船？
對修護師來說，在每一次修護專案開始時，可能都需要經歷過一次類似的思想實驗，「如何修護，才能確保文物總是同一件作品？」
張元鳳認為，文物修護的基礎原則包含適宜性、安全性、可辨識性、可逆性。採取干預最低、效益最高的檢測與修護方法。任何後加的材料都需與原作成分相異，能讓未來的修復者得以辨認，且能在無損原作的條件下去除。
因此師大文保中心在修護時，都採用可去除的媒材。例如關公頭冠上氧化發黑的金屬，就以可去除的金粉覆蓋。在恢復原貌與可逆性中找到平衡。
張元鳳指出，「修護工作的目標，是讓恢復、保持文物應有的真實模樣，並確保我們的修護能被意見不同的後人除去。」
若說張元鳳對文物修護的忒修斯之船命題，以文物的「真實原貌」作為答案，那麼專精東方藝術的她對文化變遷則以「融合」優先於「鞏固」原貌。
她以台灣風行一時的膠彩畫為例，這種由日本藝術家引入台灣的畫作在日治時期被稱為「灣製（日本）畫」，國民政府稱之為「東洋畫」並加以冷落，之後由藝術家林之助正名為膠彩畫，漸漸重獲重視。
張元鳳指出，當年國民政府視膠彩畫為日本殖民象徵。但日本的膠彩畫卻是由唐朝流傳而來，並高度保留唐朝工筆重彩的技法，其實可以視為中華藝術的延伸。
張元鳳拿出正在修護的日本型紙，說明這些由江戶時代工匠精心雕刻的印刷模板已經有 200 年歷史，在 19 世紀大量流入歐洲，影響歐洲的文化潮流。其重複的精美樣式，成為歐洲文化至今活躍的元素。如時尚精品 Louis Vuitton 就是在 19 世紀末受型紙等日本文物啟發，設計出歷久不衰的品牌識別紋樣。
張元鳳笑說，「考慮到日本型紙歷史的中華元素，LV 等歐洲精品也能看作是一種東方文化的產物。」
面對文化元素的流動，張元鳳認為，「選擇融合，創作才會愈來愈豐富；切割只會讓文化愈形單薄。尊重每件文物的歷史，正視真實脈絡，是與台灣主體性相輔相成的價值。」
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