這些冬至習俗，讓湯圓不只好吃還好玩！

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

說到科學，總讓人感覺理性、冰冷、不留情面；科學家直面的是物質世界，而科學的目的即是藉由觀察和實驗，去了解世界各種現象背後的原理，並透過不斷的累積，然後歸納、化約成定律。接著再去探尋下一個現象，然後再試圖解釋，並一直重複這個循環的過程。

科學思考是違反直覺的，我們必須要去壓抑想要馬上解釋並得到答案的衝動，經由相對客觀的觀察與實驗去歸納出規則，儘管這可能不一定是最終的解答，對科學家來說仍是眾多心血，又或是一輩子、甚至是好幾個世代的共同探尋。

而這樣對自然炙熱的眼光，所看出去世界其實是相當浪漫的！這個章節的選文，讓我們試著去看看科學怎麼熱血的去回答你我身邊都有可能會碰到的問題。比如說，貝氏定理的實踐不只在課堂，在〈情人的加分扣分，請遵守貝氏定理〉裡我們來看看他如何有機會在你與人相遇、去算他是不是你真命天子或天女的機率！

還有還有，爸媽老是會說煮熟的湯圓會浮起來，但你知道這跟糊化反應有關嗎？〈煮熟的湯圓為什麼會浮起來？〉裡會告訴我們，在廚房裡，它有除了煮湯圓水餃之外更廣的應用。

身而為人我很抱歉我會挑食，不過也不用太有罪惡感。〈「它根本不是人吃的東西！」這是大腦在面對討厭食物時的內心吶喊〉裡介紹了科學家做的有關挑食的研究，發現對於挑食的人們來說，大腦看到這些食物的時候根本就不把它當作食物。

諸如此類在我們看球賽、日劇的時候，又或是在我們面對生活的時候，科學知識其實是調味料。人們很早就在仰望星空，或許這就是人類最早對於自然的觀察吧！而逐漸的，透過科學家的追尋，我們從星空中逐漸知道了宇宙的誕生，構成你我的分子是如何而來的，這是我所能想到最浪漫的事了。

讓我們從這些直面科學的人、跟科學共處的人，去看看他們眼中浪漫的世界吧！

——本文摘自《晨讀10分鐘：科學跟你想的不一樣》，2019 年 6 月，親子天下出版。

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局委託，泛科學企劃執行

撰文／林宇軒│自由寫手

在冬至這一天，自己買碗熱熱的湯圓來喝，總是令人覺得暖心。但是去年（2016）底新聞爆出了某廠商使用工業染料「玫瑰紅 B」製作紅湯圓已經十年時，大家暖暖的心大概都涼透了吧…… 因為這次食安風暴的主角，竟然是實驗室紅人、常常用來將細胞染色的螢光試劑 ── 玫瑰紅B。為何來自實驗室的玫瑰紅B會出現在喜氣的紅湯圓裡呢？

來自實驗室的艷麗螢光劑，常用作細胞顯影

尋常的實驗試劑，究竟為何會在尋常人家家中被吃下肚呢？

「玫瑰紅」這個名稱，其實是一類螢光染劑的泛稱，而這類顏色艷麗的染劑在實驗室裡的用途，也許比你想像的要多。因為這一類的分子可以放出螢光，所以幾乎可以在所有細胞顯影實驗中看見它們的身影，放光的顏色從綠色、黃色、橘色到紅色都有，端看羅丹明接上了什麼樣的官能基而定[1]。

本篇主角玫瑰紅B（Rhodamine B）看起來則是有如玫瑰般美麗的粉紅色（下圖），因為會吸收綠光，所以當白光照到它的時候，看起來就會是互補色的樣子，所以也叫「羅丹明 B」，或稱作「紅花米」。

那麼玫瑰紅B是如何將細胞染色顯影的呢？事實上玫瑰紅B和它的親戚們本身並不容易和細胞內的分子結合，所以科學家在會發亮的玫瑰紅B上接上一個可以辨認目標的小分子，我們在顯微鏡下看到亮亮的部分，就是目標的所在位置；若想要觀察其他目標分子，只要把用來辨認目標的小分子換掉，就可以專一地讓玫瑰紅B 和目標分子結合在一起了。

這個概念被套用在很多玫瑰紅類的分子上，用作細胞顯影染色劑（透過顯微鏡觀察亮區，如下圖），或是把細胞染亮之後，用螢光的強度來偵測細胞量或是細胞的物理化學性質（流式細胞術），又或者用在快速且高效地檢驗樣品（ELISA，酵素結合免疫吸附分析法）。另外，一種常使用玫瑰紅B的實驗，是把它和金胺 O（auramine O）混合，這樣的試劑可以把抗酸性菌染色，常用來檢驗結核菌，是一種有效且成本較低的檢驗方法。

同樣是顯影，玫瑰紅分子家族還會被當作水流的追蹤染劑。只要在水裡加入小於 1 ppt 的量，就可以觀察水流的方向、水流流速，以及追蹤地下伏流的流向等等。

紅色玫瑰紅B的黑色幽默？簡單揪出玫瑰紅B的存在

玫瑰紅B 被歸類為第三級致癌物，意思是有少量對動物致癌的證據，但對人體致癌性的研究不夠充分，沒辦法被判定為會致癌；儘管如此，玫瑰紅B仍然是禁止添加入食品中（添加物為正面表述，玫瑰紅B 並沒有列在許可的食品添加物清單中因此不得添加），如果接觸過多，食物經過的黏膜區域會受到刺激，肺部、喉嚨與腸胃道可能感覺不適，甚至吃進太多的話會排出紅色尿啊[4]。

過節時牆上的紅紙、桌上的紅湯圓，都是帶來喜氣的象徵，只是大概沒人想得到，這樣的紅竟然可能是來自非法添加物玫瑰紅B。不只紅湯圓，甚至連麵龜、壽桃、紅龜粿一類點綴或染成紅色的食品，都曾被玫瑰紅B 染指，讓那些看起來吉祥的紅色，各個都成了嘲笑消費者的黑色幽默。就像皂黃之於豆干、二甲基黃之於人造奶油，這次食安風暴的主角也跟之前一樣，是為了迎合消費者們對於食物外觀的想像，廠商違法地使用了能讓顏色、賣相更好的添加物。儘管玫瑰紅B的價格比合法的紅色食用色素還貴，但因為煮過之後不容易掉色，受到不肖商人的青睞[4]。其實，我們可以利用玫瑰紅B 會放螢光的特性，自己為自己做簡易的食品把關，只要拿驗鈔筆照照湯圓，如果變成了鮮紅螢光色，那麼可能就有玫瑰紅B了！（咦）

參考資料：

• Fluorescent Dyes – Leica Microsystem
• 羅丹明 B – Wikipedia
• Rhodamine B 物質安全資料表 – Alfar Aesar
• 添加工業染料 黑心湯圓賣10年 – 自由時報電子報，2016年12月10日
• 圖解食品安全全書，周琦淳等人合著，2013年出版，ISBN：9789866434488