改了又改的科技部，又要回復成國科會了！聽聽三位前任首長怎麼說——《科學月刊》

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

「2024 臺灣科普環島列車」今（21）日自臺北火車站啟程，沿著西部幹線南下，將於 10 月 21 日至 26 日搭載全臺 202 所國小學生，展開 6 天的科普環島之旅。前副總統陳建仁、國科會主委吳誠文、數位發展部部長黃彥男、交通部臺灣鐵路公司副總經理賴興隆，美、荷、法、德、英國等駐臺代表、9 家車廂參與單位代表及師生們均蒞臨開幕式。

高中生成為科學傳播新力量 助力全臺科普教育

吳主委表示，自 2016 年以來，已連續 9 年舉辦科普環島列車活動，持續推動科學教育。今年活動規模擴大，火車將在 6 天內行經 17 個縣市、32 個站點，提供超過 300 項科學實驗，讓全臺學童能從小接觸科學。

更值得一提的是，近年來國科會積極邀請全臺高中學生，透過科學培訓後上車擔任「車廂關主」，帶領國小學童玩科普；高中生們由「知識接收者」轉為「科學傳播者」的角色，不僅加深其擔任小老師的使命感，也提升科學傳播、知識轉譯及組織規劃能力。

今年有 391 位來自全臺 18 所高中的學生參與培訓，其中 162 位為女學生，突破科技領域的性別刻板印象，展現女性在科學界的力量。這些科普小老師們將於 10 月 21 日至 26 日帶著全臺各縣市、鄉鎮國小學童學習更多有趣的科學實驗，為科普教育展開多面向的正循環。

2024 年的科普環島列車很不一樣! 全民一起上列車、長知識

今年臺灣科普環島列車首度開放全民上車體驗，活動開放報名迅速額滿，共有360位民眾參加，8節車廂搭載不同科技主題的特色實驗，包含今年最發燒的 AI 人工智慧、半導體、衛星通訊、以及與我們生活息息相關的隔震減震知識，都設計在車廂的科學實驗活動中，讓參與活動的學生、民眾能獲得最新最熱的科技知識。各車廂活動由台灣默克集團、友達永續基金會、瑞健醫療、ASM 台灣先藝科技、國家地震工程研究中心、數位發展部、緯創資通、聯華電子科技文教基金會和上銀科技等單位規劃設計。

國科會特別感謝各參與單位的支持與合作，讓此次活動更豐富多元。科普列車活動期間，在全國各地火車站及周邊地區也同時舉辦科學市集，歡迎各地民眾經過火車站時不要錯過難得的科學體驗機會！

博物學家如何養成？為什麼要來台灣？

大正十四年（一九二五年）鹿野忠雄特地到台灣就讀台灣總督府高等學校第一屆高等科，那年他已十九歲，硬是等到台灣有設高等科，才來台就讀。但其實他很早就開始將四處旅行的採集成果發表成文章。自中學開始就嘗試單獨採集旅行，足跡踏遍日本東北地方、北海道、庫頁島，結交當時昆蟲學者，出入他們的研究室，學習昆蟲分類學和閱讀歐美文獻的方法。

他是看到前輩從台灣帶回來的昆蟲標本後，才下定決心要到台灣讀書，以便就近上山採集。高中三年曠課不斷，留級一年，畢業後也沒有馬上回日本本島申請大學，還展開一百五十天的野外調查。這些日子裡他不斷獨自入山，聘僱原住民獵人採集並且撥制標本，走過今日南投縣信義鄉的布農族部落、阿里山鄒族部落、攀爬玉山、雪山、合歡山霧社、八仙山、蘭陽溪上游桃山南湖大山間等地，甚至前往恆春探訪排灣族，到紅頭嶼探訪雅美族。

實地調查讓他大開眼界，特別是在南方的昆蟲採集跟原住民調查當中，他發現紅頭嶼動物相跟台灣不太相同，他開始思索台灣生物到底是靠大陸系統近，還是靠菲律賓近些。這使他對自然地理學產生興趣，回本島後考上東京帝國大學的理學部地理學科。

文字版 MIT 臺灣誌——《山、雲與蕃人》

鹿野忠雄想深入山區調查，必須取得警方許可，且還要聘雇原住民幫忙背裝備，登山費用頗高。學生時期他多是仰賴母親的資助。且在日本統治台灣期間，台灣五萬分之一地形圖的側繪並未完整，因此民間或者政府的登山活動，都還沒有精確的山岳測量依據，很多地方只有主要高峰有山名，標示著山稜、溪流與「番社」的相對位置，以及粗略的等高線。因此如果想要一窺台灣山岳的面貌，當時的文獻相當欠缺，因此也才引發登山活動的熱潮，許多非原住民的民間登山隊首次登頂記錄，也約略是發生在這時期。

比如鹿野打算在雪山尋找圈谷地形時，便要聘雇原住民腳伕扛行李，同時也請他們追捕小動物跟鳥類，在路上做些標本的前期剝制處理。但是由於鹿野行速飛快，腳伕不堪折磨，最後甚至丟下行李逃走。

值得一提的是，當中有一位阿美族青年托泰布典，是以助手的身份隨行。他會講流利的日語，還看得懂英文，因此能幫鹿野整理英文書籍，也能看得懂藥罐上的英文標示。他眼中的鹿野忠雄，討厭警察官僚作風，尊重蕃人的風俗，而且膽子很大，喜歡走沒人走過的路線，四處拍照跟觀察地形，晚上也不休息，要馬上洗底片，以及漏夜寫筆記，記錄下白天發生的事情。

在他的重要作品《山、雲與蕃人》中，留下登山路線圖和仔細的登山日誌，當中不時出現對特殊地質現象的描繪，比如在海拔 3900 公尺處發現海底沈積的岩面有濂痕（ripple mark）。或者是當時特殊景觀的描寫，比如攀登玉山南峰與南玉山段，便曾記錄與新高駐在所的警官真瀨垣丑丙與東埔社的布農壯丁馬其里（Makili Takeshitahoan）一同登玉山絕頂，途中行經路段，不屬於東埔社布農族的狩獵範圍，因此馬其里也沒來過。真瀨垣警官則帶他們去看玉山神社，鹿野特別寫道，裡面的「御神體」是一面鏡子。

跨界整合台灣自然與人文知識

在《山、雲與蕃人》中可以讀到鹿野幾個面向的關懷：

1. 挑戰攀登台灣山岳的熱情
2. 發現原先地圖跟文獻沒有記載的地形、地質現象
3. 出於研究跟溫飽，在獵捕動物時親自體會到動物的生之本能
4. 理番政策下，警方極力希望日人不要跟蕃人來往，並產生不少突發事故，怎麼順利入山並與蕃人相處變成重要問題。

但是在這樣的旅行之眼下，卻反映出鹿野這種看似個人興趣，自發的台灣自然知識採集和分類工作，能夠一次又一次的出發調查，其實是以國家殖民統治以及研究經費為後盾。

鹿野並非台灣自然知識研究的第一個人，在他之前，西方跟日本已經陸陸續續展開零星的調查，逐步推進從平地到山地的動物相、植物相調查，相關的動植物學、礦物學和地質學的目錄、圖譜出版越來越多，以及地質學跟地形學考察也逐漸系統化發展，同時因為總督府的理蕃事業與藩地開發政策，也展開人類學的調查，這些科學政策及科學教育改革，影響到民間文化活動，如昆蟲、植物的採集旅行，大眾刊物的發表及閱讀等等。

因此鹿野忠雄的貢獻在於他是跨學科的研究者，熟悉博物學以及人種誌的調查方法，在那時代也是少數。他想徹底了解台灣山林，就連被日本以蕃地治理的狀態也想去了解，而不只是關心自然的那部分。同時他也不像是在室內的地理學家或者人類學家，只靠文獻判讀並且歸納，而是不畏艱難，親身去到現場，採集並且記錄下第一手的材料。

忘了回家的探險者

在太平洋戰爭期間，西方駐菲律賓學者貝雅，曾在馬尼拉和鹿野短暫交流過，鹿野從貝雅身上知道不少西方學術動態，而他曾經幫助貝雅，把原來的玻隕石標本收藏悄悄搬到安全的地方——帕西古河北岸的沃森大廈，但又不會落人口舌，讓人覺得日軍大敗，不敵美軍，已經在安排撤退的情勢。

而在一九四四年，鹿野被派駐到北婆羅洲，要沿著日軍的補給路線，調查一支未開化的姆錄族（Muruts），確保到時補給運送時能夠跟當地民族協調順利。他們要穿越雨季中的昏暗紅樹林，在飢餓、瘧疾等風土病的威脅下，還要面對當地人士對日軍的不滿，設法確認或更新原本很粗略的地形圖，以及正確標示部落名稱跟位置。

但隨著戰況情勢危及，美軍轟炸亞庇，日第三十七司令部南移到沙蓬，使得鹿野和助手金子必須跟著南下覆命，卻在途中失去蹤跡。在戰爭中原本就很容易失去彼此聯繫，鹿野消失的訊息是在戰爭結束後才輾轉傳開，找他的人如貝雅發現戰俘收容所裡也沒有他的蹤跡，有傳言因為抗命所以遭到日軍殺害。

參考資料

• 高嘉勵（2016）鹿野忠雄的台灣高山行旅書寫——日治時期「自然」的現代知識建構與美學表現，中外文學，第 45 卷，第 1 期，頁 119-165。
• 鹿野忠雄（2000）山、雲與蕃人——台灣高山紀行，台北：玉山社。
• 王鑫（2000）南湖大山圈谷群古冰河遺跡研究初步調查，內政部營建署太魯閣國家公園管理處八十九年度研究報告。
• 山崎柄根（1998）鹿野忠雄——縱橫台灣山林的博物學者，台北：晨星出版。