通過巴拿馬運河——太平洋與大西洋的連接「樓梯」│環球科學札記(39)

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

• 作者 / 張之傑

和平號第一○一回約有乘客一千人，不少已七老八十，年紀最大的一位已九十四歲，一百多天下來，難道沒人有個三長兩短？有倒是有，不過沒人喪亡。我們臨下船時，有位船上的職員說：「你們一○一回真幸運！」

六月四日，風浪很大，整天覺得暈暈的。晚餐到四樓進餐，有四位台灣團員在門口等候，我們一起進去，八人的桌子我們佔了六席。一位團員告訴我，行動不便的C先生，因前列腺問題，尿不出尿來，他們同室的三位年輕人（也六十幾了）把他抬到醫務室，導尿後已躺了一天。

七月二十九日，午餐後在八樓散步，發現有位日本畫家中村洋一用毛筆為人畫像。我們過去了解一下，才知道要領號碼牌。我們拿到十二號，當時他正為二號作畫。請他畫像要自備紙張，到小賣部去買，已賣完了，只好用複印地圖的反面充當畫紙。時間還早，內人要去上日語課，約定下午三時由我帶著號碼牌和畫紙到八樓會合。

我們到達時，早已過了號。中村先生作畫極快，畫一張小畫不過三、四分鐘，我們拿出那張 A3 的銅板紙，他並沒拒絕。狼毫落紙有聲，不到五分鐘就勾勒出兩人的神情，還落上款，寫上日期。有位北京畫家曾對我說，用毛筆作素描最難，沒想到在船上遇到了。中村先生臨下船才為人作畫，而且只畫一天，我們剛好趕上，不是緣分是什麼？

我們剛取到畫作，突然響起廣播：「有人因急症，將在硫磺島海域送醫，八至十樓甲板關閉，以便直升機降落。」這是啟程以來從沒遇到過的事，不免引起大家關注。急症病人應該是日本人，如果是華人，我們應該有所耳聞。事後才知道，果然是位日本老先生，他午餐時心臟病發作，已送往醫務室。

同一天惜別晚宴，船上的所有工作人員，包括我們的管家、常見的餐廳服務生等，和從沒見過的廚物人員，都唱著歌，揮著手，出來和大家告別。是的，一○三天旅程即將結束，已是勞燕分飛的時候了。

晚宴後響起廣播：「因天候不佳，送醫行動延至明晨六時。明日清晨八至十樓甲板關閉，以備救難直升機降落。」翌日（七月三十日），不到清晨六時就響起廣播：「救援行動已結束，和平號將繞行硫磺島一周，然後繼續航行，抵達橫濱時間不變。」

救援行動不許靠近，有位游先生以長鏡頭錄下整個救援過程，秀出錄影給我看。和平號八樓甲板太小，不能降落，國際救援組織的直升機垂吊下一人，病人早已躺在擔架上，直升機將救援者和擔架一起吊到機內，隨即飛往硫磺島急救，再轉往日本。游先生對我說，這趟救援一百萬日元跑不掉。

吃過早餐，約七時四十分，到八樓甲板，發現和平號向南航行，已繞到硫磺島西側，島上的火山口清晰可見。海濱噴氣口噴出的氣體，似乎可以聞到硫磺氣味。有位日本乘客站在船舷窗前，合十對著硫磺島膜拜。二戰時美日曾在此血戰，雙方傷亡慘重，日軍戰死二三七八六人。和平號完成救援工作繞行硫磺島一周的目的已不言可喻。

從海上救援，想起每月一次的逃生演習。四月二十日我們一上船，還沒收拾好行李就響起逃生訓練（演習）的廣播。此後乘客每月演習一次，工作人員每週演習一次。雖屬例行工作，但不怕一萬，就怕萬一，如果發生船難，這樣的演習應可發揮作用。

逃生演習所有乘客必須參加，各人取下房間衣櫃頂層的救生衣，穿綁整齊，到八樓指定地點集合。管家負責將各個房間的人清空。經過刷ID卡，確認所有的乘客皆已到齊，響過幾次逃生警報後結束，整個過程約一小時。環球期間我們作過四次逃生演習，但從沒真正登上過救生艇。

和平號的救生演習，悉依「國際海上人命安全公約」（SOLAS公約）的規定執行。SOLAS公約的訂定，和鐵達尼事件有關，一九一二年鐵達尼號擦撞冰山沉沒，二二二四名人員死難一五一四人，此事引起國際關注。一九一四年，通過SOLAS公約，經過多次修訂和補充，已擴展至郵輪安全的各個方面，要求極為嚴格。

SOLAS公約規定，郵輪配置的救生設備數量，必須為滿載人數的百分之一百二十五；水密艙高度需延伸至最高一層連續水密艙壁甲板；所有的救生艇必須能在發出棄船信號三十分鐘內，載足全部乘客和用具降落水面。鐵達尼號事件死亡眾多的主要原因，是救生艇不足，水密艙高度太低，以及船員和乘客欠缺逃生演練所致。

和平號的救生艇懸掛在九樓船舷外側，每側封閉式二艘，敞開式五艘，都有螺旋槳，這些救生艇是供乘客逃生用的。技術工人每天不停地在救生艇及其懸掛架爬上爬下，作各種檢查和上漆工作。六月十一日我們參觀八樓船頭的駕駛艙時才知道，船上掛著的滾筒狀設備，原來是塑膠救生筏，卸除外殼，落入海中就會自動充氣張開，這是供船員們用的。

如今科技進步，藉著雷達和聲納，只要小心謹慎，就可以防止觸礁、撞船或撞冰山一類的事發生。藉著氣象雲圖和天氣預報，可避開颱風或颶風。唯有意外事故所引發的火災難以避免，這從SOLAS公約有關防止火災的條款特別多、特別細可以看出端倪。

• 作者 / 張之傑

拜寧族的火焰舞，起源於慶祝新生嬰兒誕生，或迎接收穫季節，或緬懷逝去的祖先，此外也是男孩的成年禮儀式。火焰舞只允許男子參加，女子和兒童不許參加甚至觀看。

我們到達時，有些村童在廣場靠近小溪處，用枯枝落葉燃起小規模野火，學習大人的火焰舞，即踩火活動。我忘了清明掃墓時因煙燻而眼睛不適的教訓，因靠得太近，再次被薰得眼睛紅腫發痛，一度睜不開眼睛。

這時一位老奶奶帶領一些村童坐在地上，身上披著撕開的香蕉葉，從頭披到腿部。她雙腳踏著竹筒梆子，用木棒連續敲擊，口中念念有詞。另一批身上披著香蕉葉、臉上和手臂上塗著白粉的村童，根據敲擊的韻律在原地踏步跳躍。

參訪過高林村，吃過村民們為我們準備的食物，天色已漸漸暗下來。根據《船內新聞》，這天十七時五十五分日落。太陽下山後，小廣場開始清場，不再有孩童嬉戲。四周也劃出界線，不許觀眾近前。村民將一堆柴火搬到廣場中央。當天色更暗些，小廣場一側響起叩叩叩的木杵敲擊聲，應合著嘔嘔嘔伊呀、嘔嘔嘔伊呀的呼喊聲，火焰舞即將開始了。

這時柴火已經點燃，這是廣場中的唯一光源。黑影幢幢中，十幾位舞者（實際上是降神者）只能看出頭上插著兩片顏色較淺，狀如鳥翼，上有環狀紋的裝飾，其餘一團烏黑，什麼也看不出來。直到看到業餘攝影家李枝福先生用高感光度長鏡頭拍下的照片和錄影，才知道個大概。

火焰舞暨神秘又神聖，行前工作人員一再交代，火焰舞有很多禁忌，如不許詢問等，可是高感光度的長鏡頭讓我們略窺其奧秘。舞者們從頭部到臀部，披著香蕉葉等新鮮植物，披裹得像隻穿著蓑衣的猩猩。頭上套著鳥喙狀裝飾物，可能是保護頭面部的。陰部戴著護具，看不出是用什麼做的。大腿上裹著香蕉葉，小腿上裹得較厚，狀如圓滾滾的綁腿。腳上似乎也墊著植物莖葉。

至於頭上插的兩扇繪有環紋的鳥翼狀裝飾物，少數變異成其他形狀，譬如長方形或團扇形，上頭畫著十字架。還有人圍在兩扇狀如合攏起來的貝殼的圓筒中，材質可能是用竹篾編成，上頭有深淺相間的圖案，圓筒頂端插有一根黑白相間、相當長的的朝天錐。

十幾位舞者站在樂者（擊搗木杵者）的對側，中間隔著柴火堆。隔一段時間就有人添加柴火，使之維持旺度。起先一位舞者踏著奇異的舞步走出來，繞著熊熊的柴火堆擺動身軀。舞者忽然衝進火推，踏出及踢出的火星迸散，四周隨之響起驚呼聲。接著出場的加多，有時幾位舞者接二連三地躍入火中。少數幾位還在火堆上站立有頃，令人怵目驚心。

我漸漸看出來，舞者大多踢著火，而非踏著火而過。踢起來的火星飛揚，營造出舞者被火焰包裹的效果。圍著兩扇狀如合攏起來的貝殼的圓筒中的舞者，似乎沒見有人躍入火中。為了存真，我用手機錄了幾段。正觀看著，有位當地人過來用英語對我說：「你們要上車了。」看看腕表，十九時三十分，距離預定的上車時間還有十分鐘。

摸黑走向停車場，回頭一看，廣場上擠滿了人，比我們的人多上好幾倍，看來附近村村莊的人都來了。火焰舞還會繼續下去，據說要跳到深更半夜。工作人員拿著手電筒照明，一位日本工作人員帶我上了一輛全是華人的車，等了一段時間才湊齊人數。十九時三十五分開車，一路沒有一盞路燈，麵包車一輛接一輛，利用車燈照明，在山路上蜿蜒，二十時三十分回到碼頭。

回到船上，利用中華電信的大旅行家方案，將手機的無線連結，連上筆電，將今晨和平號停靠拉包爾前寫好的一封信寄給家人和友人。信件如下：

各位：

今天是七月二十四日，將停靠巴布亞新幾內亞新不列顛島的拉包爾。和平號每到一個地方的前一兩天，往往播映與該地有關的電影。前天播映《聯合艦隊司令長官山本五十六》，從中可以看出端倪。

二戰時，日軍攻佔拉包爾，利用戰俘（包括國軍戰俘）營建強固工事，駐紮十一萬日軍，企圖進攻澳洲。一九四三年，山本五十六自拉包爾飛往布干維爾島視察，因密碼破譯，途中遭美軍擊落。

美軍隨即圍困拉包爾，阻斷其補及，但圍而不攻，日軍困守拉包爾直到戰敗投降。一九九四年，拉包爾火山大爆發，拉包爾舊城和港口悉遭摧毀，舊城區一帶海濱至今仍滿是鏽蝕不勘的日本軍車等裝備。

和平號停靠拉包爾，將攜帶大批募集的物質捐給村民。村民為了迎接和平號，將表演只有節慶才有的火焰舞。此行可說是日本人憑弔拉包爾古戰場，甚至悼念陣亡將士。船上的二百多名華人乘客，看出其底細的可能沒有幾人。

八時四十分於和平號七○六○室室

當日二十一時四十分開船，航向橫濱。