「鼠」在可怕！漢他病毒必知七大事

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

目前，世界衛生組織（WHO）表示，丹麥、美國、義大利、荷蘭、西班牙和瑞典等六個國家都已通報境內的水貂養殖場（Mink farm）出現了新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）病例。其中，荷蘭及丹麥政府為防止突變的新冠病毒擴散，已經下令撲殺境內的養殖水貂（Mink）。

世界衛生組織（WHO）也建議各國採取以下措施 ^[1]:

• 進行進一步的病毒學研究，並調查病毒的傳播性和致病性的任何變化
• 貂皮及其他毛皮養殖業的國家可增加對人類及動物的病毒序列檢測，並分享序列，以鑑識序列是否發生突變
• 在貂皮和其他毛皮農場中，強化對 COVID-19 的監測
• 加強動物養殖及畜養的生物安全措施，以防止 SARS-CoV-2 相關的人畜傳染風險

水貂，學名為 (Neovision vision)，鼬科，是半水生動物，需較大的飼養空間，如沼澤、池塘，因此無法作為居家寵物 ^[3]。水貂全身有著長而柔軟帶光澤的深棕色皮毛，牠們的皮毛可製成皮草或皮革，這對成衣廠而言是有相當高經濟價值的項目。

現下因為新冠肺炎疫情，不少水貂養殖場縮減規模甚或關閉。荷蘭約有 125 個養殖場，平均每個養殖場有 5000 隻水貂。在 2019 年，荷蘭養殖場一共養殖了 400 萬隻水貂，並且有 1200 多名全職工作者及 400 多名兼職工作者 ^[4]。因為養殖水貂是為取得皮革的目的，荷蘭的動物保育人士一直提倡政府全面關閉皮草養殖業，原訂於 2024 年全面禁止水貂養殖場，部分養殖場也因為新冠肺炎水貂疫情爆發而提前關閉。

在 2020 年 4 月，荷蘭兩個水貂養殖場的水貂先後出現了流鼻水、呼吸困難等新冠肺炎相關症狀，並且此時水貂的死亡率忽然拉高。從即時聚合酶鏈式反應（RT-PCR）或血清抗體（serology analysis）篩檢結果發現，水貂身上帶有新冠病毒，證實水貂確診新冠肺炎 ^{[2] [4]}。然而，早在發現水貂確診前，水貂養殖場的工作者及相關接觸者就已經出現新冠肺炎症狀。2020 年 5 月，人們進一步針對農場的吸入性粉塵微粒進行檢測，結果顯示粉塵是帶有新冠病毒 ^[2]。與此同時，荷蘭食物安全管理機關（Netherlands Food and Consumer Product Safety Authority, NFCPSA）要求水貂養殖場的工作者、獸醫及相關實驗室要即時回報水貂感染新冠肺炎的現狀，並建立監控系統^[5]。

為了釐清荷蘭水貂養殖場爆發新冠肺炎的原因，研究團隊結合流行病學資訊、監控資料及全基因定序（Whole-genome sequencing）進行深入研究。 這項研究的目標正是針對荷蘭境內十六間（NB1~NB16）水貂養殖場的水貂及養殖場工作者，進行檢測及分析^[7]。

荷蘭兩個水貂養殖場各別在 2020 年 4 月 23 及 25 日，發現水貂帶有新冠病毒。一旦養殖場內的水貂確診，養殖場的工作人員就會被列為追蹤及研究對象。其中，在使用 RT-PCR 檢測方法的族群中，有 49% 的人（88人中有 43 人）被檢測為陽性（確診）。在使用血清抗體檢測方法的族群中，有 51% 的人（75人中有 38 人）被檢測為陽性（確診）。綜合而言，共有 68% 的人（97人中有 66人）檢測出感染新冠肺炎。 (表一) ^[6]

在將水貂養殖場中的確診水貂及工作者的病毒序列做完親緣分析後，得出圖一的分析結果，由此可知水貂養殖場工作者的新冠病毒序列和水貂序列較近，反而和人類新冠病毒資料庫中的其他確診者較遠。下圖 NA 134 2020 及 NA 376 2020 是新冠肺炎確診者的新冠病毒序列，這是全球新冠病毒資料庫中，和水貂養殖場工作者病毒序列最為接近的序列。

此結果顯示確診工作者所帶有的新冠病毒序列和確診水貂序列極為接近，雖說兩者仍有七個核甘酸細微不同 ^[7]。

在親緣分析了不同水貂養殖場的新冠病毒序列後，得出十六個水貂養殖場的新冠病毒序列可分為五個族群，如下圖的紅、橘、綠、藍和紫五種顏色。導致不同養殖場的新冠病毒序列不同的可能原因為：養殖場的經營者、工作者是否重疊？飼料供應商及獸醫等可能和水貂接觸者。例如：某些地區的不同養殖場可能屬於同個經營者。圖二以不同形狀的圖示代表，同樣的形狀代表相同經營者，例如：三角形、五角形、及方形。綜合而言，目前並沒有一個因素可以概括農場裡新冠病毒的病毒序列分群，病毒分群並不以地理區域區分。

水貂養殖場中的新冠病毒序列具有高度變異性，這可能是因為新冠病毒可能早已在水貂養殖場中循環傳播，進行演化，導致水貂被多次感染。在原先篩檢中未確診（陰性），後續篩檢才確診（陽性）的水貂病毒序列也觀察出高度變異性，這顯示了高密度的飼養絕對加速病毒傳播。

然而，現在卻沒人知道是「什麼」把病毒傳入水貂養殖場的。

從新冠病毒的親緣分析結果可知，水貂目前最為可能是養殖場工作者感染新冠病毒的傳染來源，因為水貂養殖場中水貂的病毒序列及工作者序列及來自相同地理區域的確診人類序列有清楚的被分隔。不過，目前仍無法排除的是，有部分確診的養殖場工作者可能是在家中被感染，而不一定是直接被水貂感染。為避免皮革工廠及皮革販賣市場成為下一個新冠病毒溢散的場所，仍有更多關於水貂養殖場病毒傳播的問題需要待研究及釐清。

參考資料: 

1. SARS-CoV-2 mink-associated variant strain – Denmark
2. Molenaar, Robert Jan, et al. “Clinical and pathological findings in SARS-CoV-2 disease outbreaks in farmed mink (Neovison vison).” Veterinary pathology 57.5 (2020): 653-657.
3. Mink vs Ferret: What’s the Difference? (With Pictures)
4. Oreshkova, Nadia, et al. “SARS-CoV-2 infection in farmed minks, the Netherlands, April and May 2020.” Eurosurveillance 25.23 (2020): 2001005.
5. Bedrijfsmatig gehouden dieren en SARS-CoV-2 | Nieuws en media | NVWA
6. Munnink, B. B. O., Sikkema, R. S., Nieuwenhuijse, D. F., Molenaar, R. J., Munger, E., Molenkamp, R., … & Koopmans, M. P. (2021). Transmission of SARS-CoV-2 on mink farms between humans and mink and back to humans. Science, 371(6525), 172-177.

延伸閲讀

• 中研院持續追蹤新冠病毒，發現這種突變最可怕！
• 面對疫情，該如何保護自己與毛小孩？──COVID-19 防護指南【寵物照護篇】

• 文／莊人祥，疾管署副署長，曾任陽明大學公衛所副教授。陽明醫學士、公衛碩士，美國哥倫比亞大學醫學資訊博士。

近期中國傳出鼠疫疫情，造成各地人心惶惶。而過去被稱為「黑死病」的鼠疫致死率極高，雖然近來每年的確診病例不多，但相關防疫單位不可輕忽，需持續追蹤及嚴防疫情擴張，並將疫情資訊透明化，以達到確實防疫的效果。

當 2003 年爆發嚴重急性呼吸道症候群 (severe acute respiratory syndrome, SARS) 時，北京朝陽醫院明明已有確診疫情，但官方卻持續否認；去 (2019) 年 11 月 12 日，官方宣布朝陽醫院一對夫妻確診感染肺鼠疫 (pneumonic plague) ，亦未對此飛沫傳染的致命疾病疫情調查詳細說明。同時也傳出官方封鎖消息，禁止媒體討論，因此全球民眾對北京出現黑死病 (black death) 一事，引發集體恐慌。

普立茲得獎作家嘉瑞特 (Laurie Garrett) 也在當月 16 日針對此事於《外交政策》 (Foreign Policy) 上評論：中國國家衛生健康委員會向世界衛生組織 (World Health Organization, WHO) 保證會確實追蹤兩病例在北京、內蒙古及旅途中的所有接觸者。即使中國疾病預防控制中心近年在疾病監測的能力有相當進步，但中國對鼠疫疫情調查資訊不透明，且 SARS時曾有掩飾重大疫情的不良記錄及審查機構「河蟹」¹ 社群媒體等作法，正是引起民眾恐慌的原因。

鼠疫大流行史與重大發現

鼠疫 (plague) 由鼠疫桿菌 (Yersinia pestis) 引起，是一種人畜共通傳染病，主要藉跳蚤叮咬傳染給小型哺乳類動物，人類為意外宿主。因患者常伴有淋巴腺腫大或皮膚出現黑斑而得名黑死病。歷史上，鼠疫至少出現三次世界大流行，由於每次鼠疫的流行常導致一個時代或王朝的結束，因此讓人聞鼠疫而喪膽。

首次大流行發生於 6 世紀的查士丁尼鼠疫 (Justinian plague) ，疫情在地中海周邊傳播，近一億人死亡；第二次大流行發生於 14 世紀歐洲，並在之後的 300 多年間反覆發生，僅歐洲就有 2500 萬人死亡，占當時歐洲人口的四分之一；第三次大流行發生於 19 世紀中葉至 20 世紀中葉，從中國開始傳播到全世界，波及至少 32 個國家， 1200 萬人死亡。

鼠疫研究與防治雖不斷精進，但直到第三次大流行才有長足進展。 1894 年，由法國巴斯德研究所的細菌學家耶爾森 (Alexandre Yersin) 在香港鼠疫大流行時發現鼠疫桿菌。 1910~1911 年的中國東三省鼠疫，公衛學者伍連德博士到哈爾濱擔任清政府鼠疫全權總醫官。他發現當地的疫情並非通過跳蚤在人鼠間傳播的典型腺鼠疫 (bubonic plague) ，而是起因於當地獵人捕獵染病旱獺 (Marmota bobak) 製造皮件，獵人染病後再傳給七位同一工棚的工人，爾後散播鼠疫疫情。他推論此波疫情是由「肺鼠疫」透過飛沫傳染快速人傳人，遂下令停止捕鼠，並進行鐵路檢疫、隔離患者及封鎖疫區，有效切斷鼠疫蔓延，數月間疫情得到控制。

此外，直到 1940 年代才出現抗生素的使用，在此之前醫生常無法可施，往往只能對患者放血和針灸。

近年全球鼠疫事件

全球在 2010~2015 年間發生 3248 例鼠疫， 584 人死亡（致死率約 18 ％ ），每年約 500 例左右，主要疫區在非洲，而美洲與亞洲則以散發個案為主。非洲的馬達加斯加，約占全球鼠疫病例的四分之三，每年平均約 400 例。在 2017 年 8 月起短短四個月甚至出現超過 2400 例，約四分之三屬肺鼠疫。

即使在美國，近期於西部鄉村每年仍平均出現約 7 例鼠疫。至於中國，近年最嚴重疫情發生於 2009 年共 12 例、 2010 年為 7 例，之後每年約發生 0~3 例，截至去年 12 月 15 日共 5 例鼠疫，其中 4 例均發生於內蒙古，先前內蒙古的最後一例鼠疫是在 2004 年因將野兔剝皮而感染。至於在臺灣，則是自 1953 年起即未發生任何鼠疫案例。

鼠疫流行病學與防治

鼠疫的傳染途徑，包括人感染腺鼠疫主要由被感染跳蚤叮咬、被感染家貓抓咬、處理被感染動物（如老鼠和野兔）或感染者屍體的組織時不慎接觸膿液而感染；肺鼠疫則藉空氣散播，吸入被感染動物或人類帶有致病原的飛沫而感染。

鼠疫主要臨床症狀共分三種：

1. 最常見的為腺鼠疫，在跳蚤咬傷部位附近淋巴腺發炎，經常發生於鼠蹊部、腋下或頸部，通常有發燒現象，若未經治療，約一半病人會發生瀰漫性感染而導致肺炎（即繼發性肺鼠疫）或腦膜炎等併發症。
2. 敗血性鼠疫 (septicemic plague) ，出現敗血症但無淋巴腺炎的鼠疫病例，較難被及時診斷，病程末期可能出現低血壓、瀰漫性血管內凝血與多重器官衰竭。
3. 肺鼠疫，包括原發性與繼發性肺鼠疫。原發性肺鼠疫可因吸入感染動物或人的呼吸道分泌物或懸浮微粒而發生，繼發性肺鼠疫則較常見，是由腺鼠疫或敗血性鼠疫經血行蔓延造成。鼠疫潛伏期通常為 1~7 天，原發性肺鼠疫則為 1~4 天。

患者如能及時接受適當抗生素，如鏈黴素 (Streptomycin) 或慶大黴素 (Gentamicin) ，便能大幅改善預後。腺鼠疫如未經治療，死亡率達 50~90 ％，如經治療死亡率則降至 10~20 ％；肺鼠疫如未經治療，死亡率 100 ％，治療後死亡率降至 50 ％。另需即刻以有效安全的殺蟲劑撲滅病人身上及衣服的跳蚤等，並嚴格隔離病患，以防傳染，待抗生素治療病情好轉以後方可解除隔離。鼠疫接觸者應實施滅蚤並監視 7 天，且實施預防性投藥，如去氧羥四環素 (Doxycycline) 或環丙沙星 (Ciprofloxacin) 。

北京鼠疫後續發展

一位筆者尊敬的師長於去年 11 月 17 日晚上特別來電詢問筆者對中國鼠疫疫情與該篇《外交政策》文章的看法。筆者當時表示相當同意嘉瑞特女士的看法，並猜測中國疾病預防控制中心未仔細對外說明疫情調查結果與防治作為或許另有考量。後來官方在 11 月 19 日及 21 日分別對外宣布鼠疫患者在內蒙古與北京市的密切接觸者均已解除醫學觀察。

在 11 月 29 日創刊的《中國疾病預防控制中心週報》 (China CDC Weekly) ，即詳細說明夫婦的房子附近 500 公尺處，抓到的長爪沙鼠培養出鼠疫桿菌，附近也出現大量相繼死亡的齧齒類動物，研判先生可能在農場工作時，因掘土吸入汙泥中或鼠洞中腐敗的屍體所產生傳染性懸浮微粒而被感染，至於太太則可能因照顧先生而被感染肺鼠疫。

疫情資訊透明化方能控制疫情

這是中國近年首次發生肺鼠疫在其他省市感染後移入大城市中，希望是虛驚一場。由於目前仍無法完全消滅內蒙古野鼠鼠疫之患，當地居民仍有感染鼠疫風險。雖然每年全球鼠疫發生數僅數百例，但防疫單位千萬不能低估其對人類造成的風險，因為鼠疫特別的傳播模式、疫情能快速傳播、快速臨床病程發展與如未治療的高死亡率，均極易造成民眾的恐慌。鼠疫如能早期診斷，早期施以抗生素治療，並加強公衛措施，較不會造成重大群聚或流行，而疫情資訊透明化，更是成功戰勝鼠疫不可或缺的藥引。

註解

1. 為網路用語，「和諧」的諧音，代表息事寧人之意。

〈本文選自《科學月刊》2020年1月號〉

在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。