黑河的鱷魚——牙買加的鱷屬物種│環球科學札記(35)

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

1. 愛情召喚陣：雄性白斑河豚會藉由沙畫來吸引雌性產卵

在日本奄美大島有一種白斑河豚，會花一周的時間，在海底打造直徑為自己身長20 倍的巨大圓形沙畫，像是海底的麥田圈！但河豚這麼做的原因不是為了藝術，而是為了吸引雌性。沙畫特殊的沙丘構造使得中央留下了細緻的沙，雌性便在此產卵。

2. 非賣品：青蛙利用液壓的原理將舌頭快速射出

青蛙的舌頭上層有黏質蛋白可以用來沾附獵物，舌頭肌肉間空隙充滿了水，當發現獵物時，可以利用液壓的原理讓平時捲起的舌頭快速而精準地射出。不但如此，舌頭可以觸及的角度還十分廣闊多變喔！

3. 交叉：雄性大角羊的角重量可達身體其他骨頭的總重

大角羊的角是永久性的，不會脫落，雄性的角可重達14 公斤，跟全身的骨頭一樣重，用來對抗捕食者和爭奪交配權。但若是長的角度不正確，有可能會影響進食，導致餓死，或甚至插入自己的頭部而導致死亡。

4. 本末倒置：浣熊喜歡洗手或洗食物不是因為愛乾淨

牠們十分依靠手部觸覺來辨識物體，浣熊前爪的觸覺神經數量高出大部分的哺乳動物四到五倍。並且前爪浸泡在水裡時觸覺會變得更為敏銳，所以就產生了浣熊什麼東西都要放入水中感覺一下的習性。

5. 旋轉馬殺雞：鱷魚和成年的海牛可以和平共存

在美國的佛羅里達州的水域，可以看到海牛與鱷魚和平相處在同個環境的情況，儘管鱷魚看似兇猛，但牠們鮮少會去攻擊成年的海牛，有時甚至可以看到鱷魚和海牛共游的情況，鱷魚有時還會攀附在海牛身上搭便車。

——本文摘自《天生就是超級咖》，2022 年 10 月，遠流出版，未經同意請勿轉載。

• 作者 / 張之傑

六月十三日中午，看完黑河的鱷魚，隨即搭車前往牙買加中部的一家蘭姆酒廠，品牌是Appleton Estate Rum，成立於一七四九年，至今已二七○年！

十七、十八世紀，隨著歐洲蔗糖需求量增加，加勒比地區甘蔗種植的勞力需求也隨之增加，於是引進大批黑奴，蔗糖和奴隸貿易息息相關。蘭姆酒由製糖的副產物糖蜜釀成，加勒比地區是蘭姆酒的主要產地。一六五五年，英國據有牙買加，逐漸將供給海軍喝的酒，由白蘭地改為蘭姆酒。到了十八世紀後期，英國將檸檬汁加入蘭姆酒，用來預防壞血病。

這家歷史悠久的酒廠，具有英國貴族莊園氣派，接待室、簡報室、餐廳和廁所，至少有三星級酒店水準。午後一時許，在這家酒廠的餐廳吃自助餐，令人驚訝的是：紅燒肉和炸雞，竟是道地的中國口味！莫非當年曾聘過中國廚師，傳下一手好廚藝？ 

下午二時，在接待室喝蘭姆雞尾酒，杯子是酒廠訂製的，我從沒見過厚重如玻璃杯的壓克力杯子。每人倒滿一大杯，可以無限量續杯。我喝了一小口，很順口。問接待室的人，酒精含量多少？回答原先百分之四十，調製後約百分之十。我喝了酒會心悸，只喝了一兩口就沒再喝。內人卻將那一大杯（約三百毫升）喝個精光，頓時酒氣上了臉，坐在接待室的沙發上小憩，接下去的活動沒能參加。

下午兩點二十，到簡報室看視頻，為時約五分鐘，介紹牙買加及蘭姆酒，只有配樂，沒有解說。接著是參觀活動，從認識甘蔗、種植甘蔗、嚼甘蔗（歐美人士或許感到好奇），再用酒廠早已不用的老骨董機器，如人力或獸力榨甘蔗機、發酵設施、蒸餾設施等，說明從榨取甘蔗汁，到從甘蔗汁中析出不能結晶的糖蜜，經發酵、蒸餾到熟成的整個過程，等於上了一堂製糖及釀造蘭姆酒的科普課。我們每人試吃了一小勺糖蜜，生活在產糖的台灣，竟然在牙買加第一次吃到糖蜜！

解說員是典型的牙買加人，皮膚黝黑，體型高瘦。介紹甘蔗時，他說甘蔗沒有廢物，除了製糖、釀蘭姆酒，甘蔗渣可以當燃料，葉子可以做堆肥，渾身沒有廢物。解說員說了一句雙關語：The only waste is waste。翻譯岳軍先生說，waste另有醉酒的意思，他把這句雙關語翻譯成：「甘蔗唯一的廢物，是喝蘭姆酒喝成的醉漢。」這句雙關語相當幽默。

接下去解說員帶我們用人力榨取甘蔗汁，男男女女爭著推動榨汁機，氣氛相當熱烈，不一刻就榨了一桶甘蔗汁，加上冰塊，每人喝一大杯，杯子還是在接待室喝雞尾酒所用的那種厚重的壓克力杯子。這時天空已升起烏雲，六月正是牙買加的雨季，下午隨時可能降下起暴雨，解說員又每人發一件酒廠特製的雨衣。這家酒廠真大方！

喝完沁涼的甘蔗汁，去參觀蒸餾廠房，事先說明，廠房內不可攝影。從室外的階梯進入廠房，從高處的步道向下看，蒸餾裝置一覽無遺。廠房裡很熱，酒氣很濃，我們繞了一圈，看不到一個工人，大概已全部自動化。

走出蒸餾廠房，解說員帶我們去看熟成室，也就是酒窖。打開深鎖的厚重木門，裡面是一排排不鏽鋼架，上頭橫擺著橡木桶，打印著年份等資料，自三年至五十年不等。靠近門口處的一排橡木桶，其中有五個桶的桶底鑲著玻璃，分別標註著三年、六年、十二年、二十年、三十年，可以看出酒的色澤和揮發程度。蘭姆酒熟成過程中仍會揮發，儲存三十年的那一桶，已揮發得大約只剩下三分之一，色澤當然較深。

看完酒窖，解說員帶我們回到接待室，這時每人面前擺有三個高腳杯，各倒入約二十毫升蘭姆酒，杯墊上分別寫著三年、六年、十二年。三個高腳杯旁，另有一瓶礦泉水。解說員教我們用手的溫度加溫，再聞聞三杯酒的氣味。每喝過一種，要用礦泉水漱過口，再喝另一種，這樣才不致混淆。我喝了酒會心悸，內人也不敢再喝，我們將那三杯酒還給工作人員，以免浪費了美酒佳釀。

品過美酒，已是下午三點二十。解說員告退，沒作任何暗示。這家酒廠做生意的方式很特別，介紹和說明的時間多，預留的購買時間只有半個小時。我們不喝酒，又不好帶，所以沒買，其他團員幾乎都買了。一位台灣團員說：「我見過這個牌子，台灣至少貴一倍。」心想，不要說貴一倍，即使貴五倍，我喜歡喝酒的話，也不會將死重的酒瓶帶回台灣。

臨上車，導遊拿來一袋樣品酒，說是酒廠送的，每人一小瓶。我們這團大概買得不少吧，不過仍讓人感到無比溫馨。回程至少得兩個半小時，中途沒有休息，一路超車，下午六點半準時回到碼頭。急著趕回船上幹什麼呢？

原來船上的年輕人很想到市區夜店聽雷鬼音樂，牙買加的治安不好，船上擔心出事，特地透過雷鬼音樂創始人鮑勃馬利（Bob Marley）的孫女，請來當地的樂團到八樓甲板上表演。雷鬼音樂一九六○年代成形，一九七○年代開始流行。其特點是節奏強烈，與肢體動作相連結。短跑和雷鬼音樂，已成為牙買加的兩塊響亮招牌！