會「哺乳」的蜘蛛？超營養蜘蛛奶讓幼蛛頭好壯壯！

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

人類對螞蟻可謂無比熟悉，許多人還不識字就認識螞蟻了；相關的科學研究也十分豐富，產出如威爾森（E. O. Wilson）這類科學大師。2022 年底問世的一篇論文，卻出乎意料地報告一條普遍存在，此前卻一直受到忽視的現象：

螞蟻的蛹會分泌液體，作為成蟲與幼蟲的營養液。

螞蟻社會的內循環營養液

螞蟻是完全變態的昆蟲，有卵、幼蟲、蛹、成蟲 4 個階段。眾所皆知螞蟻是社會性昆蟲，整個蟻巢運轉精密，但是蛹有好幾天固定不動，除了佔空間以外，在蟻巢裡好像沒什麼存在感。

這項研究主要的對象是畢氏粗角蟻 (Ooceraea biroi) ，近年成為探索螞蟻奧秘的主力。照論文的寫法，一開始目的很單純，就是把蛹從蟻巢中移出，看看孤獨對螞蟻有什麼影響。

被移出巢穴的蛹，羽化成蟲的比例有 90% ；即使周圍沒有同儕，絕大部分的蛹似乎也能成功轉大蟲。然而過程沒這麼簡單。

蛹在成功羽化的前幾天會黑化，論文觀察到當蛹開始黑化不久，也就是羽化的 6 天之前，每天都會分泌出液體。留著液體會害蛹被自己淹死，人為將液體移除，蛹才能順利羽化。

如果是在原本的蟻巢中，蛹排放的液體還來不及把自己淹死，就會慘遭黴菌入侵感染而亡。所幸慘劇實際上不會發生，因為成年螞蟻會將液體去除。

將藍色染劑注入蛹，一天後觀察到成蟻的消化道都出現藍染，可見蛹產生的液體，都隨即轉移進入前輩同儕的肚子。分析蛹產生的液體，得知營養十分豐富。

完全變態的昆蟲，從幼蟲到成蟲的過程中經過蛹的階段，將幼年的身體砍掉重練。螞蟻蛹分泌的液體顯然來自蛹期分解的身體，可謂原汁原味的液化螞蟻。這些容易吸收的成分，在巢穴中直接轉移給同類，毫不浪費。

這些幼體原汁原味形成的液體營養豐富，其他會化蛹的昆蟲也會產生類似的產物，為什麼不會把自己淹死，或是被黴菌感染？應該是由於那些昆蟲會將其回收利用，轉化為成年身體的建材。社會性生活的螞蟻卻是直接排放出去，變成其他個體的食物。

同時餵養更老與更小的同儕

成年螞蟻以外，蛹產生的液體也是寶寶的營養補充液。螞蟻幼蟲移動能力有限，成年螞蟻會將寶寶放到蛹的旁邊，方便它們液來伸口。沒有液體也能正常長大，不過有得吃的幼體，生長速度更快、存活率更高。

近來在台灣出名的紅火蟻（Solenopsis invicta）雖然兇狠，卻也是畢氏粗角蟻的菜單美食之一。有個實驗是給予紅火蟻和蛹，讓成年蟻選擇，結果大部份都優先將寶寶放在蛹旁邊，可見它們認為蛹提供的善液，是更佳的育幼食品。

換句話說，螞蟻在幼年階段到成年之間的蛹，同時支持更老與更小的同儕。

奧妙還不僅如此，和一般印象不同，畢氏粗角蟻沒有特定蟻后，也缺乏男生，所有成員皆為工蟻，再透過孤雌生殖進入生殖時期。

• 延伸閱讀：蟻生online上線：如何決定成為要生寶寶或是做工的螞蟻？

奇妙的是，蟻巢中處於不同階段的螞蟻，時程非常協調。當卵孵化出寶寶的一天後，蛹也開始分泌液體。也就是說寶寶從出生以後，馬上就能獲得營養補充液，概念實在很像哺乳動物的哺乳。

畢氏粗角蟻只是一種螞蟻，論文還調查螞蟻分類上其他 4 大群的成員，發現各種螞蟻的蛹都會分泌液體，而且內容物極為相似。由此推敲，這是螞蟻大家族的普遍現象，可能在眾蟻尚未分家之前已經存在。

螞蟻巢穴的內部循環如此協調，充分反映出社會性昆蟲的優點，但是同為社會性昆蟲的蜜蜂沒有。這應該是螞蟻演化為社會性的重要一步，卻不是其他社會性昆蟲的特徵。

想來也很奇妙。人們對螞蟻很熟，研究螞蟻、養螞蟻的人一大堆，可是這回報告的現象儘管普遍，卻只是首度被明確指出。我猜以前應該有人發現這件事，只是沒有深入鑽研。

等待探討的問題，無所不在，只要有心。

延伸閱讀

• 如何用CRISPR 技術，揭開螞蟻複雜社會行為之謎？——《科學月刊》
• 台灣紅火蟻防治司令部——王忠信與他的千軍萬「螞」
• 對抗紅火蟻新兵法：破解關鍵基因，讓工蟻對蟻后下剋上？

參考資料

1. Snir, O., Alwaseem, H., Heissel, S., Sharma, A., Valdés-Rodríguez, S., Carroll, T. S., … & Kronauer, D. J. (2022). The pupal moulting fluid has evolved social functions in ants. Nature, 1-7.
2. A fluid role in ant society as adults give larvae ‘milk’ from pupae
3. Anatomy of a superorganism: Ant pupae secrete fluid as ‘milk’ to nurture young larvae
4. Pupating ants make milk — and scientists only just noticed

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。

及至 2022 年 7 月，全球已有約 1 萬 4 千個猴痘（monkeypox）病例。^[1] 疫情爆發以來，各國政府與學者積極討論防疫政策。孕婦若染疫，不僅病情可能比一般人嚴重，^[2] 還有垂直傳染給胎兒的風險。^[3]《刺胳針全球健康》（The Lancet Global Health）期刊上，英國皇家婦產科學院主席、副主席等人聯名發表的評論，聚焦於保護母嬰安全；^[3] 而美國疾病管制與預防中心（簡稱 CDC），也有介紹此主題的專文。^[4]

猴痘簡介

1958 年猴痘病毒首見於猴子身上，因而得名，雖然囓齒動物才是主要宿主。猴痘的潛伏期約 6 到 13 天。^[3] 人傳人的管道，包括接觸患者的呼吸道分泌物、損傷的皮膚或黏膜，或是被汙染的物品。若經飛沫傳播，需長時間面對面才有機會發生。^[5] 現在流行的猴痘，屬於死亡率約 1% 的西非病株，所幸不是更嚴重的中非剛果分支。猴痘與天花同為正痘病毒（orthopoxvirus），因此對抗天花的疫苗和藥物，成為應付緊急疫情的希望。^[3]

孕期感染猴痘的數據

現在關於孕期猴痘感染的數據不多，^{[3, 4]}《刺胳針全球健康》舉了一個未獲實驗室驗證的案例：一名懷孕 24 週的婦女在染疫 6 週後，誕下皮膚紅疹的早產兒。又過了 6 週，嬰兒便死於營養不良。另外，他們也提到剛果民主共和國的觀察性研究裡，4 名染疫孕婦中，僅 1 人順利產下足月的健康嬰兒；其他 3 個胎兒，有 2 個流產和 1 個胎死腹中。^[3]

治療猴痘的藥物

抗天花藥物 Tecovirimat、 Brincidofovir 和 Cidofovir，均被考慮用來治療猴痘感染。《刺胳針全球健康》評論的作者認為前兩個缺乏藥效證據，然後完全沒談最後一個；^[3] 但美國 CDC 三個都介紹，還將 Tecovirimat 列為孕婦和哺乳中婦女的第一線選擇。^[4] 美國 CDC 承認沒有 Tecovirimat 孕期人體試驗數據，而且連對動物生殖發展的影響也認識不多。唯一曉得的是，當施予比人類正常口服建議用量高出 23 倍的 Tecovirimat，對動物胎兒依然不會有負面影響。至於，孕婦服用是否能預防傳染給胎兒；此藥物對哺乳的影響；還有透過母乳間接釋出的藥物，夠不夠治療喝奶的染疫嬰兒，全部尚處未知。^[4]

至於 Brincidofovir 與 Cidofovir，動物實驗結果顯示它們會導致胎兒畸形，所以第一期妊娠的孕婦，千萬不能使用。而母親用藥期間，喝母乳的嬰兒會怎樣，目前還不清楚。^[4]

除了這三種證據不夠充分的藥物，美國 CDC 和那篇英國評論，都另有提及牛痘免疫球蛋白靜脈注射（簡稱 VIGIV）。^{[3, 4]} 雖然孕婦施打免疫球蛋白，早已行之有年；不巧 VIGIV 連對動物生殖的影響，都還有待研究。如果孕婦或哺乳中的婦女真的想施打 VIGIV ，美國 CDC 建議依個案情形評估利弊。^[4]

猴痘疫苗

在英國和臺灣所謂的 MVA-BN 疫苗；^{[3, 6]}於歐盟國家叫做 Imvanex ；^{[3, 7]} 而美國與澳洲稱之為 JYNNEOS 。^{[3, 8, 9]} 它是一種非複製性活疫苗，能預防天花和猴痘。^{[3, 4]} 該疫苗對猴痘的防禦力高達 85% 。與猴痘確診者接觸的人，若於 14 天內注射疫苗，雖然來不及預防發病，但仍具有減輕症狀的效果。^[3] 目前美、澳、列支敦斯登、冰島和挪威等國以及歐盟，皆已核准使用這款疫苗來預防猴痘。^[8-10] 英國政府的態度比較模稜兩可，沒有正式許可這個用途，卻又公告仿單外使用的參考原則。^{[2, 11][註]}

此疫苗製作過程中的減毒程序，使疫苗內的病毒不易複製繁衍。所以理論上沒有必要擔心它會傷到孕婦或胎兒；而且就算疫苗中的病毒流入母乳，大概也對嬰兒沒什麼危害。^{[3, 4]} 不過，或許是礙於人體臨床試驗數據有限，《刺胳針全球健康》的評論建議孕婦，非必要應暫且避開這款疫苗，僅鼓勵暴露於高危險環境的哺乳婦女施打；^[3] 而澳洲政府則建議孕婦注射前，應先評估風險及效益。^[9] 相較之下，美國 CDC 倒是大膽得多，覺得孕婦與哺乳婦女，都可以和醫師一起決定是否接種。^{[4, 8]}

ACAM2000 是另一個美國和澳洲許可的選項，^{[4, 9]} 屬於複製型病毒疫苗，有導致流產、先天性缺陷以及胎兒感染等副作用的風險。^[4] 因此，二國政府不僅警告孕婦與哺乳婦女不得施打，還呼籲具生育能力的女性，在接種後 28 天內，要避免受孕。^{[4, 9]} 美國 CDC 甚至強調注射此疫苗的男性，這段期間內也要小心，別讓伴侶懷孕。^[4]

孕婦參與猴痘臨床試驗

臺灣目前猴痘疫情尚不嚴重，但也已經規劃採購 MVA-BN 疫苗，^[6] 還從國外進口了 Tecovirimat 。^[12] 衛福部在 COVID-19 疫情期間，有公告孕婦和哺乳婦女特定的注意事項，^[13] 將來或許也會設計專門給她們的猴痘衛教文宣。然而，從歐美的情形可見，由於各國政府掌握的臨床證據不足，對這些婦女根本愛莫能助。根據伯明罕健康夥伴政策委員會的報告，當初因為 COVID-19 疫苗臨床試驗將孕婦排除在外，間接造成疫情期間孕婦和嬰兒無謂的死亡。^[3] 有鑑於此，若非有特殊考量，《刺胳針全球健康》的評論主張孕婦應該被納入疫苗和治療的試驗。^[3] 不過，他們也承認會接觸到猴痘，或是敢接種相關疫苗的孕婦，必是寥寥無幾。所以，只能期盼前瞻性國際註冊機制，登錄孕婦與高風險族群的數據，來加速藥物及疫苗的安全與效益評估。^[3]

（本文以報導國際醫療新聞為目的，考慮施打疫苗及使用藥物時，仍請以所在地之主管機關政策與醫師建議為準，謝謝。）

備註

「仿單外使用」（off-label use 或 off-label prescription）是指將某藥物用於未經許可的對象、適應症或給藥途徑。^{[14, 15]} 比方說，在英國 MVA-BN 疫苗只被正式允許用來預防天花，但某醫師覺得這個疫苗，也能保護他的高風險病人，免於感染猴痘。雖然主管機關尚未將猴痘列入該疫苗的適應症，這名醫師的想法卻有充足且可靠的科學根據。在這種情況下，他的決定對病人來說，並無可議之處。

參考資料

1. Emergency Committee meets again as Monkeypox cases pass 14,000: WHO (UN News, 21 JUL 2022)
2. Protecting you from monkeypox: information on the smallpox vaccination (UK Government, 01 AUG 2022)
3. Khalil A, Samara A, O’Brien P, et al. (2022) ‘Monkeypox vaccines in pregnancy: lessons must be learned from COVID-19.’ The Lancet Global Health.
4. Clinical Considerations for Monkeypox in People Who are Pregnant or Breastfeeding (U.S. CDC, 18 JUL 2022)
5. 猴痘－疾病介紹（衛福部疾管署，2022年5月30日）
6. WHO宣布猴痘疫情為國際公共衛生緊急事件，我國將積極監測及整備應變量能，並提醒醫師加強通報及民眾留意（衛福部疾管署，2022年7月24日）
7. MVA-BN® (Bavarian Nordic, accessed on 03 AUG 2022)
8. Considerations for Monkeypox Vaccination (U.S. CDC, 28 JUL 2022)
9. Monkeypox (MPX) vaccines (Australian Government, 4 AUG 2022)
10. Bavarian Nordic Receives European Approval Of Extension Of Vaccine Label To Include Monkeypox (Bavarian Nordic, 25 JUL 2022)
11. Connelly D. ‘Monkeypox: a visual guide’. (2022) The Pharmaceutical Journal, 309, 7964.
12. 我國採購之猴痘口服抗病毒藥物已抵臺，將提供重症及免疫低下確診個案使用（衛福部疾管署，2022年7月28日）
13. COVID-19疫苗Q&A－8.孕婦及哺乳婦女（衛福部疾管署，2021年11月22日）
14. Richard Day. (2013) ‘Off-label prescribing’. Australian Prescriber, 36:5-7.
15. Off-label use of medical devices: Frequently asked questions (Therapeutic Goods Administration, 01 SEP 2021)