我的大腦打結了！ 從《布魯克林孤兒》看妥瑞氏症

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

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位

• 採訪編輯｜歐宇甜、美術編輯｜林洵安

近年來，台灣的過動兒越來越多。中研院生醫所潘文涵特聘研究員，兒子從小有過動問題，累積多年照護經驗與調查研究，發現過動症與過敏、貧血和血清素偏低等因素密切相關。

過動症，全名為「注意力不集中過動症」（attention deficit hyperactivity disorder，縮寫為 ADHD），主要症狀是注意力不集中、過動和情緒控制（衝動）問題。

目前醫學界認為促成過動症的危險因子包括遺傳、難產及多種原因造成的腦傷等，主要機制為神經傳導物質（多巴胺、腎上腺素）分泌異常，影響前額葉對於衝動的抑制能力。

但，過動兒的致病因子真的只有這些嗎？是否有其他可控制的病因，也可能會引發或加重過動的症狀？中研院生醫所潘文涵特聘研究員提出假設：許多過動症狀可能與過敏、貧血和營養不良有關，若是，則可能從飲食和生活型態改變得到修正。

過動症可修正因子：過敏、貧血、血清素過低？

為了確認自己的假設，潘文涵和台大、長庚、北醫等研究團隊，前往台北市 31 間小學進行調查。

研究員由各班老師幫助，尋找有意願協助調查的過動症學童和父母簽同意書，經小兒精神科醫生確診後，一方面抽血，取得孩子血液中的各種營養素以及與過敏相關的數據，另一方面請家長填寫家庭狀況、小孩過敏狀況和飲食習慣問卷。

實驗也建立了對照組，找出與上述過動孩童相同身高、體重、性別、年齡，但沒有過動的同學，進行相同的檢查和問卷調查，以排除上述因素干擾，最後招募到 216 名的過動孩童和相對應的 216 名一般孩童對照組進行比較。

結果顯示：過敏疾病、貧血、血清素較低、嗜酸性粒細胞和免疫球蛋白較高（後面兩種與過敏有關），這四個因素都與過動症有關。當學童具有兩種以上過敏症狀（鼻炎、濕疹、氣喘），罹患過動症的風險是沒有過敏小孩的 2～3 倍，四種因素都有的孩子，罹患過動症的機率更高達 6～7 倍！

由此推測，過動症應該涉及了多重原因，也可能四項因素與過動症具有共同的前端成因。

NG食物=>營養不良=>過動?

調查結果顯示：過動症兒童血液中的維生素 B 群、礦物質鐵／磷比偏低，飲食上則明顯較少攝取蔬菜、水果、蛋白質類營養食物，比較喜歡吃高糖及高油類的 NG 食物。食物不當是否可能是過動的源頭呢?

因此下一步，就是找出這些因子與過動症的關聯！但這麼多變數誰與誰相關，誰影響了誰，誰是因、誰是果，關係非常複雜。研究團隊於是使用路徑分析法 （Path analysis），可以估計所有變數的相互關係。方法是：先假設一個因果性的模型「吃的食物會影響到血液和血液中的營養素，進而引發ADHD」，然後使用調查資料，驗證上述模型。

路徑分析結果支持：不良的營養生化狀況以及過動症導因於不健康的飲食型態。換句話說，不健康的飲食很可能是不良的營養生化狀況的前因；而不良的營養生化狀況則是過敏過動之前因。

以「快樂荷爾蒙」血清素為例，人體要合成血清素，需要維生素 B 群和鐵為輔媒，如果這類營養素攝取不夠，體內血清素濃度偏低，可能會增加過動風險。反之，如果過動症孩童能夠建立良好的飲食習慣，維持良好的營養生化狀態，就可能維持正常血清素濃度改善過動症狀。

「孩童嚴重偏食，喜歡吃油炸物、甜飲料、洋芋片和零食等加工食品，容易導致過敏、發炎和過動。」潘文涵建議所有父母：「平時孩子應該多食用蔬菜、水果、堅果、全榖類、優質蛋白質等食物。」

潘文涵原本是心血管疾病與營養流行病學家，怎麼會想到過動症與過敏、貧血、飲食等有關？原來，她也曾是一位心力交瘁的過動兒母親……

過動症抗戰二十年

潘文涵大兒子在兩歲大，即確診為過動症，之後一路服用利他能 （Ritalin），原本控制尚可，但在十歲左右，症狀卻急轉直下，轉變成會抽搐、點頭、擠眼睛或罵三字經的妥瑞氏症。

醫生懷疑是利他能的副作用，換了一次藥後，抽搐卻更加嚴重，再換一次藥，症狀變成脖子左右轉動、 喉嚨發出怪聲等症狀。

潘文涵看著孩子每況愈下，心疼不已，雖然還有其他治療用藥可以一一嘗試，但她不想讓孩子再試藥了，改由改善體質著手。

兒子國一時發現貧血，可是家裡吃的很好，不可能是飲食問題。於是她懷疑兒子從小就有的扁桃腺慢性發炎，導致假性貧血；於是諮詢醫生後拿掉扁桃腺，貧血在短期內痊癒。這讓她思考：兒子的過動難道也跟發炎或貧血有關？

她從兒子慢性發炎的扁桃腺起，首先根治發炎引起之貧血，也開始帶著兒子看中醫、吃松樹皮之類黃酮萃取物，各種方法對症狀確實有不小的改善作用，於是她開始思考是否減緩過動可以從改善體質、服用抗氧化、抗發炎食物下手。

後來又發現，兒子每次感冒吃了藥就會安靜乖巧，她懷疑可能是治療過敏的抗組織胺（antihistamine）的作用。經與醫生商量，有一段時間，她讓兒子每天出門前都吃一顆抗組織胺。果然，孩子一吃藥就能好好上課達數小時，藥效過了再開始過動。她又想：難道過動跟過敏有關？

潘文涵翻閱相關文獻（30年前），在台灣醫學會誌找到一篇文章，以病童數據和一般過敏盛行率比較之無對照研究論文，結論是「妥瑞氏症的小孩過敏比例較高」。還有研究指出：過敏的小孩碰到過敏原刺激時，血清素與組織胺一起會大量分泌，但基線的血清素在過敏期是偏低的，於是過敏造成血清素波動大，是否和過動相關，也可能是一值得探究的問題。

在她試了許多改變體質的生活型態方法後，確實能減經兒子過動症狀，但無法百分之百治癒。兒子也因為過動症，求學之路異常坎坷。但峰迴路轉，兒子大學畢業後就業，因為鼻腔發炎嚴重，自己求醫開刀清除發炎部位，竟意外治癒過動症！

過動症觀念大突破

回想與過動症搏鬥的漫漫長路，潘文涵百感交集。兒子小學時有時不想上學、沒去學校，老師不聞不問；六年級時曾長達半年沒上學，老師還是不聞不問。一直到六年級快結束，老師才打電話來說哪天要舉行畢業典禮，要記得來拿畢業證書。

更別提當父母上班回家，還要面對隨時會情緒爆炸的小孩，經常心理壓力大到瀕臨崩潰！但對於過動兒使用行為管理方法極為困難，感覺事倍功半，傳統研究的過動症危險因子，像遺傳、家族病史或腦傷等，父母也無法改變。

潘文涵從自身經驗提出過動症可能修正因子之探討，發現：貧血、過敏、血清素低確實相關，都是可能用飲食來改善並減緩症狀的，不啻為過動症父母的一大福音。

如果我們把過動症當成單一原因導致的疾病，就容易忽略其他因素。很多孩子可能是擬表型 （phenocopy），根本的病因不同，卻都表現出類似的症狀。

她指出，有些小孩可能是容易過敏、也容易過動的體質，如果能一一找出並排除可能致病的可修正危險因子，就有可能改善過動、減少藥物使用、降低副作用。

「現在常常有人介紹一些過動症小孩的爸媽來找我，我都問孩子有沒有過敏？是否飲食失衡？結果幾乎都有此現象！我會提供這個新方向給他們思考。」潘文涵強烈建議家長除了尋求兒童精神科的幫助，也能注重治療過敏、貧血，注重營養，少吃一些增加致風險食物，多攝取一些有保護作用的食物。

話鋒一轉，潘文涵最後吐露一抹遺憾：「如果當年的我知道這些，早點處理兒子的鼻子發炎問題，他就能少受很多苦，也許可以多讀一點書、變成一個完全不同的人。」她從過來人的經驗得到啟發，執行卓越研究獲得能應用之成果，希望幫助更多過動症家庭走過生命的幽谷。

延伸閱讀

• 血壓飆高、心情憂鬱、注意力不集中……你吃對食物了嗎？
• 在「乾」的實驗室，找出飲食如何讓人生病
• 潘文涵個人網頁
• Attention deficit-hyperactivity disorder is associated with allergic symptoms and low levels of hemoglobin and serotonin
• Dietary Profiles, Nutritional Biochemistry Status, and Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder: Path Analysis for a Case-Control Study
• Lee SC, Yang YH, Chuang SY, Liu SC, Yang HC, Pan WH. Risk of asthma associated with energy-dense but nutrient-poor dietary pattern in Taiwanese children. Asia Pac J Clin Nutr. 2012; 21(1):73-81.
• Lee SC, Yang YH, Chuang SY, Huang SY, Pan WH. Reduced medication use and improved pulmonary function with supplements containing vegetable and fruit concentrate, fish oil and probiotics in asthmatic school children: a randomised controlled trial. Brit J Nutr. 2013; 110(1):145-55.
• Huang SL, Pan WH. Dietary fats and asthma in teenagers: analyses of the first Nutrition and Health Survey in Taiwan (NAHSIT). Clinical and Experimental Allergy. 2001; 31(12):1875-80.
• Huang SL, Lin KC, Pan WH. Dietary factors associated with physician-diagnosed asthma and allergic rhinitis in teenagers: analyses of the first Nutrition and Health Survey in Taiwan. Clinical and Experimental Allergy. 2001; 31(2):259-164.

本文轉載自中央研究院研之有物，原文為〈過動兒爸媽不哭！治療過敏、吃對食物，可能改善病情〉泛科學為宣傳推廣執行單位