比目魚是兩隻左眼還是右眼？晚餐桌上聊科普

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

蓮藕是蓮花（荷花）的地下莖，可作為食品。將蓮藕折斷，仍有細絲相連。這一從生活經驗中觀察到的現象，就演變為成語藕斷絲連。比喻表面上關係已經斷絕，實際上仍有牽連。常用來指男女之間情意未絕。

書上都說，這個成語出自唐代詩人孟郊的詩〈去婦〉：「妾心藕中絲，雖斷猶牽連。」去婦，指被丈夫拋棄的婦女。詩中的婦女雖被拋棄了，仍想念著丈夫。章老師認為，這類從生活經驗中衍生出的成語，很難說是出自哪個人，只能說最早見於某人的作品而已。

談到這裡，該造兩個句了。

他們離婚多年，卻一直藕斷絲連，並未斷絕聯繫。

他因父母反對，只得和女友分手，但仍藕斷絲連。

那麼藕斷絲連的「絲」是什麼？這要從植物的輸導組織維管束說起。維管束由韌皮部和木質部構成。葉子行光合作用所產生的養份，由韌皮部的篩管輸送到身體各部。根所吸收的水份，由木質部的導管輸送到身體各部。

植物和動物一樣，所有的組織或器官都是由細胞構成的。植物的輸導組織——篩管和導管，當然也不例外。以導管來說，根據細胞的排列，分成環紋導管、螺紋導管、網紋導管等類型。蓮藕的導管以螺紋導管為主。

植物和動物的細胞，有個基本差異：植物細胞有細胞壁，動物細胞沒有。將蓮藕折斷，所扯出的藕絲，就是由螺紋導管的細胞壁相連而成的。如果將藕絲放大，就可以看出它像被拉長了的彈簧。

有些植物含有膠質，譬如杜仲，將它的葉子弄斷，也會有絲連著，那是它的膠質扯出來的，和藕絲是兩碼事。含有黏液的植物，如秋葵，也會成絲，那是黏液形成的，和藕絲也不是一回事。

蓮花屬於被子植物（又稱開花植物）。被子植物分為雙子葉植物、單子葉植物兩大類。前者的維管束呈環狀，在韌皮部和木質部之間有一圈形成層，可以不斷地進行細胞分裂，使枝幹加粗。後者的維管束是散生的，沒有形成層，所以不會長得很粗。我們長見的青草和稻、麥等草本植物，屬於單子葉植物。一般木本植物屬於雙子葉植物。

話題再回到藕斷絲連。蓮藕有藕斷絲連的現象，同樣是地下莖的馬鈴薯也有嗎？馬鈴薯以儲存澱粉為主，木質部不發達，即使能把它掰斷（不是切斷），大概也扯不出絲來。山藥（薯蕷的地下莖）應該可以，不過沒做實驗，不能妄下結論。

不管是中國還是外國，大蒜除了食用，都有著許多傳說中的藥用。光是那種刺鼻的氣味，就能讓人產生「藥」的感覺來。這些傳說中的用途，包括了降低膽固醇、防治心臟病、降血壓、抗癌等等。除了直接吃蒜，各種蒜的「保健品」也應運而生，比如大蒜粉、大蒜油、大蒜藥片、大蒜提取物、大蒜膠囊等等。關於這些功效的傳說，也吸引了許多科學家的目光。

降低膽固醇是比較廣為人知的一種。一些流行病學調查以及初步的實驗支持這種「功效」，於是美國「補充與替代醫學中心」資助了一項臨床試驗來評估其有效性與安全性。192位膽固醇比較高的志願者被隨機分成4組，分別每天吃鮮大蒜、大蒜粉保健品、大蒜提取物、安慰劑，大蒜粉和提取物的量大約相當於4克鮮大蒜。每週吃6天，連吃6個月之後，檢測膽固醇的變化，發現四組之間沒有實質差別。這項研究的質量要高於其他那些「有效」的研究，所以在大蒜是否降低降膽固醇的問題上，它的結論也就更加可靠。

當然，正如這篇論文的作者所說，這項研究只是說明大蒜沒有降低膽固醇。至於是否有其他的作用，並沒有進行檢測，也就不好說。對與大蒜，更吸引人的功效是「抗癌」。

世界上許多地方進行過許多癌症與飲食結構的調查，不少結果顯示大蒜可能對消化道相關的癌症有一定幫助。比如在中國，1970年代在山東的調查發現， 棲霞的癌症死亡率是蒼山的12倍。這兩個縣相距只有300公里，地理環境、生活習俗都比較相近。不同的是，蒼山是大蒜之鄉，人均每年吃掉6公斤大蒜 ，而棲霞只有0.5公斤。此外，蒼山的大蒜含硒比較多。於是，有人猜測大蒜和硒有助於抗癌。有兩項「病例-對照」研究也支持了這一猜想：吃蒜多的人胃癌的發生率要低一些。

此外還有一些動物實驗也支持「大蒜抗癌」的假設。但是，這些證據都還是不足以「證實」它。比如棲霞盛產蘋果，總不能因此說吃蘋果多是棲霞癌症多發的原因。衛生部資助齊魯醫院等機構進行了一項大型研究去驗證這一假設。在棲霞找了288個村，招募了5000多名志願者，隨機分為兩組，一組每天吃200毫 克人工合成的大蒜素，並隔天吃100微克硒，另一組則吃安慰劑。連續吃兩年之後，在以後的5年中跟蹤這些人的癌症發生狀況。結果是：對於女性，兩組沒有明顯差異；對於男性，吃大蒜素和硒的那組總的癌症和胃癌的發生率都要低一些。

日本也有多一項總共三十多個志願者的小規模實驗，顯示大蒜提取物可能對結直腸腺瘤的發生有一定抑制作用。不過北京大學和北京腫瘤醫院等機構進行的一項大型研究則不支持這個結論。那項研究在山東的另一個胃癌高發區臨朐縣進行，從13個村子中招募了3365位志願者，分別進行短期幽門螺旋桿菌治療（兩週）、長期補充多種維生素（7.3年）、長期服用大蒜補充劑（7.3年）以及安慰劑處理。最後結果是：短期幽門螺旋桿菌治療能降低胃癌前病變的出現，而維生素和大蒜補充劑都沒有效果。

面對這些互不一致，甚至互相矛盾的研究結果，美國國家癌症研究所（NCI）的態度是「不推薦任何膳食補充劑預防癌症，但認為大蒜是一種具有潛在抗癌特性的蔬菜」。對於大多數人來說，除了把大蒜弄在皮膚上會很不舒服之外，吃起來是安全的。大蒜有抗凝血的作用。這對於一般人來說也不是什麼問題。但如果在手術前後，或者拔牙之前，以及對那些容易流血並且止血困難的人，這種「副作用」就值得注意了。

不過，大蒜中的大蒜素等成分也會與一些藥物發生反應。比較重要的是治療愛滋病的藥物，大蒜可能加速其代謝從而降低藥效。這可能這與多數人關係不大， 而它與避孕藥的反應或許就更值得注意一些。避孕藥的劑量是按照正常的代謝速度來設計的，大蒜可能加速其分解，從而降低避孕效果。雖然這種反應對身體沒什麼 危害，但對於依靠藥物避孕的人，因為吃大蒜而導致避孕失敗，或許也哭笑不得。所以，對那些只依靠藥物避孕的人，暫時不吃蒜是謹慎的做法。

總的來說，蒜作為一種蔬菜或者調料都是不錯的。世衛組織推薦：一般成年人每天吃2到5克鮮大蒜，對於健康具有積極作用。2到5克鮮蒜，大致相當於一瓣，其中含有2到5毫克大蒜素。如果接受不了鮮蒜的氣味，那麼0.4到1.2克大蒜粉、2到4毫克大蒜油、0.3到1克大蒜提取物，也大致相當。

轉載自科學松鼠會，作者云無心。本文已發表於《瞭望東方週刊》