對抗紅火蟻新兵法：破解關鍵基因，讓工蟻對蟻后下剋上？

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

氣味是可靠的記憶嗎？

氣味是最佳記憶線索嗎？氣味又何以成為最佳記憶線索？我從一九九○年起便開始追尋這些問題的解答，並且利用各式各樣的技術來研究氣味喚起記憶的本質。

在探索過程中我遇到的第一個挑戰，就是理解人們稱為「可靠的記憶」或「最佳記憶線索」究竟代表什麼意思。人們認為「可靠」的記憶，通常是一段精準的記憶，對事件發生的場景有逼真及如實的回想。但記憶不單是在腦海正確無誤地重現往事而已，除了記得奶奶的家在哪裡之外，記憶還擁有私密、主觀及情感的面向。

對於過去的回想始終伴隨著情緒，從朦朧的思鄉情懷，到濃烈深刻的情感都有可能。由於如此多元的表現，我將記憶分為兩部分以便研究：記憶的客觀準確性——有誰在場，他們如何穿著打扮，又說了什麼話；以及記憶的情緒特質——重溫過往經歷時所激發的感受。

用氣味喚起的記憶有什麼特別之處？

為探討氣味喚起的記憶與其他類型的記憶有何差異，我研擬了一套類似羅賓等人使用的程序，比較在同樣物體但不同感官形式的線索下所喚起的記憶。舉例而言，將爆米花影像、玉米爆開的聲響、玉米粒的觸感、甚至單純爆米花這個詞彙所激發的回憶，與爆米花氣味所激發的回憶做比較。

實驗結果發現，氣味喚起記憶的準確、詳盡及逼真程度，與同樣物體的影像、聲音或觸感所喚起的記憶不相上下，但也僅止於此。不過，氣味喚起的記憶在情緒豐富性的面向卻相當突出，相較於其他方式所喚起的記憶，能使受試者列舉更多種情緒，評估更大的情緒強烈度，並且表示記憶負荷的情感能量之大，就如同往事重演一般。

同時我發現，當藉由氣味回憶往事時，杏仁核這個腦部情緒泉源所活化的程度，遠比藉由影像回憶同樣往事時明顯。因此，氣味喚起的記憶確實異於其他種類的記憶體驗，具有獨特的情緒豐富性及感染力。無論在情緒反應或腦部影像表現方面。

伴隨特定記憶的情緒就像函數

氣味喚起的記憶總是讓人有強烈的情緒感受，但同樣記憶所帶來的情緒並非始終一成不變。一種氣味可能總讓你想起同樣人物或時刻，伴隨一股情緒的湧現，然而，即使記憶的內容終生不移，其所依附的情緒卻不然。

假使你十六歲那年，極度迷戀班上一位受歡迎的女孩（我們暫且叫她「南西」），而讓你受寵若驚的是，她竟然答應與你一同出席高中舞會。不久，你滿心歡喜地成為南西的男友，每當在她身旁，總能察覺到那股甜美的特殊香氣（事後你才知道那是香奈兒五號香水）。

在前幾個月的熱戀時期，每當你偶然聞到南西的氣味，心頭就充滿無盡狂喜。幾個月美妙的約會過後，在某場大型晚宴上，南西當著所有嫉妒你的朋友面前，輕易地將你甩了。你深陷痛苦、羞辱及憤怒之中，無法自拔。現在，每當香奈兒五號的氣味捎過鼻尖，糟糕的情緒紛沓而至，與才幾天前帶來的歡愉簡直天差地遠。

讓我們快轉到十五年後的未來，你與終生伴侶幸福地生活著，感到自信及滿足；某天前往工作途中，一位抹著香奈兒五號的女人經過身旁，你不禁莞爾。你憶起關於南西的一切往事，但不再有歡愉或羞辱感，取而代之的是截然不同的情緒。如今，在幽默及智慧的點綴下，你的感受染上寬容的懷舊風情。

上述的小插曲顯示，回憶南西時所伴隨的情緒雖然總是強烈，卻不一定相同，這取決於回憶當時南西對你的意義。伴隨特定記憶的情緒就像一個函數，隨著回憶當時往事對你而言所具有的意義而轉變。

這樣多變的情緒並不侷限於氣味所喚起的記憶，但由於氣味記憶具有強烈的情緒本質，因此成為此現象的最佳寫照。如同南西的故事所呈現，氣味喚起的記憶並沒有比其他記憶線索準確多少，但伴隨的情緒卻格外豐富。

情緒對記憶的影響

我認為氣味喚起的記憶所具有的情緒鮮明度及強度，是氣味被視為「最佳」記憶線索的理由所在，因為它們強大的情緒召喚力。氣味記憶的情緒強度造成假象，讓人以為這些記憶特別眞實，以為氣味是回想往事最優秀的提示者。

氣味喚起的記憶充分證實情緒的說服力，同時也提醒我們必須謹慎以對。當記憶受情緒感染，人們不禁對記憶的準確程度過於有把握，而法庭證人席時常上演這種戲碼。目擊證人傾向過於頑固地堅持，自己的回憶絕對正確。遺憾的是，研究顯示目擊證人的記憶往往錯得離譜。

不過，因為情緒太強烈而以為記憶正確無誤的說法，仍然無法充分解釋，氣味為何能贏得最佳提示者的美譽。普魯斯特曾約略提到氣味喚起記憶的另一項特性，也許確實能讓氣味優於其他記憶線索。加拿大作家安妮．穆倫斯（Anne Mullens）曾告訴我一個關於她的故事，正可生動描繪這項特性。

——本文摘自《嗅覺之謎：生物演化與免疫基因；社會學與文化史；品牌行銷到未來科技，探索氣味、記憶與情緒的嗅覺心理學。》，2023 年 3 月，堡壘文化出版，未經同意請勿轉載。

臺灣的經典偶像劇《薰衣草》完結多年，片頭曲依然深植人心：「♪ 記憶是陣陣花香／♪ 我們說好誰都不能忘～」^[1]〈花香〉的音律撩起劇情回憶，歌詞所述也真有幾分科學根據。當人將特定線索與學習的內容連結，便能在睡覺時以此線索鞏固對該內容的印象，即標的記憶再活化（targeted memory reactivation）。氣味和聲音，都曾被證實是有效的線索。^[2]只是進一步探討如何運用氣味強化記憶的臨床試驗，沒分送浪漫的瓶裝薰衣草，倒是散發出玫瑰香氛的甜美氣息。

單字測驗

德國佛萊堡大學（University of Freiburg）的研究團隊，在大猩猩實驗編輯器（Gorilla Experiment Builder）這個雲端平台上，建立了線上教學課程。讓以德文為母語，且對日文一竅不通的受試者，學習日文單字。內容條列的 40 組德、日雙語對照詞彙，其涵蓋 20 組名詞，以及各 10 組的動詞與形容詞。兩種語言的每個單字，都超過兩個音節。日語方面，採用羅馬拼音，沒有平假名、片假名或漢字。測試香氛如何幫助記憶的數次期中和期末考，試題範圍皆限於此詞彙對照表。^[2]

分組聞香

這個研究的目的看似簡單，但是並非有鼻有腦，就能盛情參與。受試者不僅不可健忘、失眠或是嗅覺欠佳；聞香前 24 小時，還不得飲酒或使用鎮靜藥物。起先篩除條件不符的報名者，得到 195 名介於 18 至 35 歲之間的人受試。從走完整個臨床試驗的 183 人中，再扣掉某些未照規定聞香者，最後僅分析165份數據。^[2]

受試者於頭3天學習、睡覺並參加期中考；結束學習階段後，在第 4、10 和 31 天，則各有 1 次期末考。此外，第 2、3 及 4 天，需額外填寫睡眠品質問卷。（如圖。）依照不同的聞香條件，他們被分為下列 4 組：^[2]

1. 無香組（N）：全程呼吸一般空氣的對照組。^[2]
2. 學習暨睡眠組（LS）：在花香中，背單字與睡覺。^[2]
3. 學習暨測驗組（LT）：於背單字和考試時，享受花香。^[2]
4. 學習、睡眠暨測驗組（LST）：背單字、睡覺及考試的三個階段，都有花香繚繞。^[2]

分裝香氛

知名作家張愛玲曾寫道：「娶了紅玫瑰，久而久之，紅的變了牆上的一抹蚊子血，白的還是『床前明月光』；娶了白玫瑰，白的便是衣服上的一粒飯粘子，紅的卻是心口上的一顆硃砂痣。」^[3]臨床試驗力求公平精確，也不容三心二意。就怕像談感情做選擇，惹出不必要的變因。此研究統一採用美國綠葉牌（Greenleaf）玫瑰香氛袋，從一而終，一勞永逸。^[2]

莎翁說，玫瑰換了名字，依然芬芳。^[4][註]同理，香氛袋改變包裝，本質依然，氣味也應該不受影響。每個受試者都領到 3 只茶包，上頭以德文寫著「學習」、「睡眠」和「測試」，代表分別使用的時段。依據各組聞香的安排差異，有些茶包填入香氛內餡，其他的則塞把碎紙充數。比方說，LS 組考試的時候不聞香，他們的「測驗」茶包，就甭想有味道。^[2]

增強記憶

2023 年 2 月的《科學報告》（Scientific Reports）期刊上，德國研究團隊表示，在學習、睡眠和測驗時，都沉浸於玫瑰香氛之中的 LST 組受試者，比其他幾組多記得 8.5% 的單字。也就是說，暴露於玫瑰花香 3 天 3 夜以上，的確會增強記憶。儘管目前還不曉得，繼續下去到第幾天效果會到達極限，也不清楚香氛助長的記憶能維持多久，他們認為這無疑是個經濟實惠，且適用於日常生活的學習技巧。^[2]

備註

《羅密歐與茱麗葉》第二幕第二場的臺詞原文：「What’s in a name? That which we call a rose, by any other word would smell as sweet.」^[4]

參考資料

1. 滾石唱片 ROCK RECORDS（21 JUN 2012）「許紹洋Ambrouse Hui【花香】台視、三立偶像劇『薰衣草』片頭曲 Official Music Video」YouTube.
2. Knötzele J, Riemann D, Frase L, et al. (2023) ‘Presenting rose odor during learning, sleep and retrieval helps to improve memory consolidation: a real-life study’. Scientific Reports, 13, 2371.
3. 張愛玲〈紅玫瑰與白玫瑰〉白鹿書院公益圖書館（Accessed on 14 FEB 2023）
4. Shakespeare W. ‘Romeo and Juliet, Act 2, Scene 2’. myShakespeare. (Accessed on 14 FEB 2023)