一直追番一直爽！那些讓人科宅魂大爆發的動漫畫(1)：工作細胞、農大菌物語、Dr.STONE 新石紀

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

對「4，7，10，1」*這個數列很有反應，天菜和本命的厚度永遠沒超過0.1mm，提到血小板你馬上想到的是蘿莉然後才是細胞，認為亞瑟王本來就是女生吧，覺得刀劍和船艦不都是腦公腦婆嗎；搭配你現在正在收看的是泛科學，我們就在此鐵口直斷：你是個科宅吧！（指

科宅不是病，但宅起來要人命。上一集我們談了相當科普向的幾部作品，包含細胞擬人的《工作細胞》、萌化細菌們的《農大菌物語》和用科學在末日後重建文明的《Dr.Stone新石紀》。既然諾貝爾物理學獎與人類探索宇宙有關，那麼這次 先一起放下本來說好要講的涼宮和命運石之門 來個宇宙探索特別篇！

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就讓我們從地球出發 透過靈子轉移，前往宇宙和比它更遙遠的地方吧！（指）

前進吧！來去《比宇宙更遙遠的地方》

熟悉日本動漫畫的宅友都知道(?)，女子高中生做什麼都很萌（比如說成立輕音部喝喝下午茶）、不做什麼也很萌（看看隔壁棚的《女高中生的無用日常》），更別說女子高中生要組隊一起去南極了，光想就覺得激萌！

「比宇宙更遙遠的地方——媽媽是這樣稱呼南極的。在這裡，一切都毫無保留，時間也好、生物也好、甚至內心也好。這裡沒有什麼可以保護我們，也沒有地方可以躲藏，所有的羞澀，所有想掩蓋的事，在這裡都會表露無遺。」

《比宇宙更遙遠的地方》為參與製作過《庫洛魔法使》、《魔法少女小圓》、《一拳超人》第一季的動畫公司 MADHOUS 所製作的原創動畫，於2018年1月播映。故事從一位女子高中生希望能去南極尋找自己在南極失蹤的身為觀察隊員的媽媽開始，集結了另外三位分別帶著不同心思的女高中生，跟著許多為了前往南極而各有所犧牲的南極探險隊員們的故事。

作品名稱來源於日本第一位上太空的太空人（2021.7.29編按：而第一位上太空的日本人是秋山豐寬，其職業為新聞工作者）、同時也是日本科學未來館館長的毛利衛，在2007年前往南極昭和基地時所說的話：「只要數分鐘便能抵達宇宙，但抵達昭和基地要花數日的時間，它比宇宙更遙遠。」。到大氣層與太空交界的「卡門線（Kármán line）」距離地面為100公里，而從台北到南極距離則是約12,790公里，不只是比宇宙更遙遠得的地方，還是比宇宙更遙遠很多很多很多的地方啊！

這部作品中有不少提到關於南極的科研調查內容都相當的精準（動畫製作協力名單包含文部科学省、国立極地研究所、海上自衛隊、SHIRASE5002、WNI気象文化創造センター等科研相關單位），比如說動畫中的科學研究船「企鵝饅頭號（ペンギン饅頭）」，其設定便是源於日本現今唯一在役的研究破冰船「白瀨號」，他是日本第四代的南極研究船，於2009年時執行第一次的任務。至今它仍會每年一次往返於日本和南極之間。

如果對於日本的南極科研船有興趣的話，可以參考在知乎上這篇由極地生態學家所寫的文章。

• 是說白瀨號的前輩「宗谷號」現在停在日本台場的船之博物館附近，歡迎去看看它喔！

我們都是《宇宙兄弟》！

第一位上太空的太空人毛利衛的不只說出了南極是《比宇宙更遙遠的地方》，還真實出現在動畫《宇宙兄弟》中！雖說南極的確是比宇宙更遙遠的地方，但要說勇踏前人未至之境，果然還是宇宙賽高啊！

「火箭不走彎路、也不會回頭，它走的是一直線向宇宙延伸的道路。」

《宇宙兄弟》漫畫原作為小山宙哉（這不是筆名，作者的本名真的就有個宙字XD）於2008年在講談社的漫畫雜誌《週刊Morning》開始連載的作品，至2019年8月已出版漫畫36卷。動畫則是從2012年4月開始，一路播到2014年3月，共99集（沒錯，就是這麼彆扭的集數）。

故事描述一個大叔（無誤）南波六太中年失業後，想起小時候和弟弟立下要成為太空人的約定；此時，弟弟日日人則被選為將要登上月球的第一位日本籍太空人。於是從JAXA的太空人選拔開始追著弟弟的腳步要實現成為太空人的南波六太和即將登上月球的日日人，會交織出怎樣的故事呢？

《宇宙兄弟》不只是部很燃很熱血、關於追尋夢想的作品，在故事中所提到的太空人、和單位組織，甚至是JAXA公開徵募太空人候補的流程，都是對應到真實世界實際發生的內容。

當然講到太空計劃一定會提到、你我都很熟悉的美國國家航空暨太空總署（National Aeronautics and Space Administration，NASA）和日本的宇宙航空研究開發機構（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）。

更有趣的是動畫當中出現的許多現役太空人。有意思的是動畫化之後內容得到JAXA的授權，因此動畫中的太空人與漫畫不同，得以用真名出場。更有幾位太空人不只在動畫都中現身，還有獻聲：包含野口聰一、首位日籍國際太空站站長若田光一，以及在2012年跨宇宙在國際太空站上替《宇宙兄弟》配音的星出彰彥。

故事的開場是JAXA於2026年要派太空人登上月球，目標是建立永久的月球基地，為前進火星做準備。實際上在去年(2018) JAXA也公布要在2030年送人太空人上月球，並建立繞月基地等等，當然計畫可能仍有些變數，但仰望未來，我們也正往《宇宙兄弟》裡瞄準月球、前進火星的未來前進啊。

說到未來，為了替即將到來的2020年東京奧運應援，JAXA和宇宙兄弟也有合作活動喔，由太空人⾦井宣茂為全人類解謎：到底在無重力狀態的宇宙中，啪拉啪拉漫畫（中文為：手翻書）會不會啪拉啪拉呢？（真的是很有意義的問題呢！）

嗯，真的是很有意義的問題呢！讓我們把鏡頭交給國際太空站：

好啦這特別活動有三階段，讓我們一起期待第三階段從宇宙來的應援吧XD

• 活動網頁：特別コラボ企画「宇宙から東京2020エール！」

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《比宇宙更遙遠的地方》和《宇宙兄弟》這兩部作品，都在其虛構的故事中交織著許多與現實相關的科學知識，比起硬科普，透過精彩的文本更讓人能感受科學是那麼樣令人感動的存在啊（拭淚）。若你看過它們想說說你的感想、或者有其他推薦的作品，都歡迎跟大家分享！

那我們就一樣有緣再見，無論如何都是命運石之門的選擇囉：）