冷知識沒路用？誰說的？：《科學詭案調查局》導讀——2021 台積電盃 青年尬科學／「科普書籍閱讀寫作競賽」優選導讀文

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

約莫 30 年前，家庭經濟艱困，這名新加坡華人婦女選擇墮胎。固然有丈夫支持，仍深感愧疚羞恥。術後，她「聽到」誦經，並「看見」床舖上腐屍橫臥。^[1]

症狀再現

2017 年，婦人覺得整週被惡靈騷擾，腎臟切除術（nephrectomy）只得延期。後來在 2018 年的手術期間和之後，她分別接受兩種鴉片類藥物（opioids）止痛，卻導致不由自主的過動症狀。同時，繚繞的梵音與陳列的死屍，再次出現長達一個禮拜。她的腦電波圖及腦部核磁共振結果正常。投以具鎮靜效果的苯二氮平類藥物（benzodiazepines），兩週後外顯症狀消失並出院，但繼續用藥。此外，她術後情緒低落，有輕生的念頭，被診斷為重度憂鬱症（major depressive disorder），因此吃了兩年的選擇性血清素再吸收抑制劑（selective serotonin reuptake inhibitors）。^[1]

自殺防治專線：
 衛生福利部安心專線 1925
 生命線協談專線 1995
 張老師輔導專線 1980

2021 年，雷同的非自主性症狀重現：每日 2、3 回，胸口一股寒氣朝四肢擴散，再轉成刺痛。又哭又笑，尖叫、顫抖，手舞足蹈。幾分鐘至 1 小時下來，發汗疲憊。時年 62 歲的婦人，不禁憂心未來的日子如何是好。^[1]

4天後，在新加坡中央醫院（Singapore General Hospital）的急診室裡，婦人再次發作。肌肉注射一劑抗精神病藥物，沒幾分鐘，她就坐直身子，為自己的行為道歉。然而問診未及 10 分鐘，便再度失控。這回經靜脈打了苯二氮平類藥物，數分鐘內，又恢復鎮靜。^[1]

鑑別診斷

負責診療此婦人的精神科醫師認為，如果一個人著魔般地附體出神（possession trance），就要從心理諮商和心理治療，瞭解壓力來源，並學習調適；倘若罹患恐慌症（panic disorder），則可以再加上投藥。第一線的藥物，正是她之前手術後服用的選擇性血清素再吸收抑制劑，還有苯二氮平類藥物。理論說來簡單，偏偏兩種精神狀態，均會在壓力下的生氣和挫折時被觸發，症狀又有相似之處，診斷可得仔細鑑別。^[1][註]

恐慌症

剛入院時，婦人的生命徵象、血液、腦部斷層掃描、腦電波圖、神經功能；以及外表、情緒、表情、行為、言語、思考和感知等，精神狀態檢查（mental state examination）的項目都正常。不過住院期間，她已被病症折磨到想自盡。婦人告訴醫師，這些異狀起因於惡靈纏身。^[1]

在新加坡，22% 的華裔精神病患，將違常的思維與舉止，歸咎靈異附體：其中 40% 幻聽；32.7% 幻視。所以就是來者自稱能聽天音、見鬼神，精神科醫師想必都如禪佛入定，處變不驚。何況宗教信仰與精神醫學重疊的案例，並非當地獨有。比方說，有個 19 歲的突尼西亞裔義大利女子，描述《可蘭經》裡提到的那種精靈，侵入自己的身心。她被視為罹患恐慌症，施以選擇性血清素再吸收抑制劑，偕同心理諮商和心理治療後，情況便順利改善。^[1]

新加坡中央醫院的精神科醫師，盤點著婦人的症狀：流汗、顫抖、發寒、胸口不適、感覺異常，以及害怕失控。《精神疾病診斷與統計手冊》第 5 版中，恐慌症全數 13 種症狀，她就有 6 種。雖然墮胎與腎臟切除術的創傷經驗，有機會觸發中邪般的解離症狀；但是婦人意識清醒，未曾浮現其他人格，也無記憶斷片的現象。至於情緒不佳，主要是受到這些經驗的影響，倒不是本來就深陷低潮。換句話說，既非附體出神，也不是伴隨精神病特徵的重度憂鬱症，而是帶有文化特色的恐慌症。^[1]

婦人在對症下藥，且病情穩定後出院。她計劃一邊服藥；一邊尋求民間信仰的傳統諮商。基於文獻指出宗教活動有助預後，醫師亦樂見雙軌並行。^[1]

備註

原個案報告使用的「附體」（possession）和「出神」（trance）二詞，^[1]既有宗教意味；亦可指稱精神醫學中的附體出神障礙（possession trance disorder）。比起該醫師提到的恐慌症，附體出神障礙其實跟解離性身份障礙（dissociative identity disorder），更加相似。^[2]相關案例請見：〈精神個案系列：發瘋、中邪，還是通靈？〉

參考資料

1. Khoe HCH, Gudi A. (2022) ‘Case Report: An Atypical Presentation of Panic Disorder Masquerading as Possession Trance’. Frontiers in Psychiatry, 12:819375.
2. Pietkiewicz IJ, Kłosińska U, Tomalski R. (2022) ‘Trapped Between Theological and Medical Notions of Possession: A Case of Possession Trance Disorder With a 3-Year Follow-Up’. Frontiers in Psychiatry, 13:891859.

他外遇，便被老婆私刑去勢。先送蘇托莫醫師綜合醫院（Dr. Soetomo General Hospital）急診室，經歷二次泌尿科手術，並數度造訪精神科門診，療程可謂一波多折。根據個案報告作者耐人尋味的描述，這名 35 歲的印尼男子沒有報案，夫妻也未對簿公堂，「所以感情堪稱和睦」。且不論該說法是否合理，因為此處罪證確鑿，兇嫌坦承犯案，又無法律訴訟，^[1]實說用不上鑑識科學。因此，本故事歸類在精神個案系列，關懷男子受創的心靈。（延伸閱讀：〈鑑識故事系列：命根子沒了？！狗咬或自宮？〉）

幻肢勃起

正常狀況下，腦部能透過神經系統，感受陰莖的狀態。^[2]現在接收感官訊號的要道斷了，必須及時搶修。泌尿科事先告知男子，倘若陰莖重接術（penile reimplantation）失敗或感染，裝回去的部份得再切掉。復原期間，正養精蓄銳的腦部特定皮質迴路，不曉得受到何方刺激，竟迎來天大的驚喜：術後 2 天，男子立刻「察覺」勃起功能滿血回歸，對結果萬分滿意。無功不受祿的泌尿科醫師，深知就是華陀再世，亦無此神力，不禁懷疑男子經歷了幻肢勃起（phantom erection），^[1]這種觸幻覺（tactile hallucination）。^[3]隔日，便將他轉診。^[1]

過去美國也曾有類似病例：一個男人在 44 歲移除陰莖。64 歲時告訴醫師，自己 20 年來一直有逼真的幻肢勃起。逝去的器官平常缺乏存在感，但若有漂亮女孩路過，便活躍到他得親眼確認是不是誤會了什麼。不過，醫師似乎未採取任何行動。^[3]

調適障礙症

精神科初診時，印尼男子抱怨陰莖疼痛，心情略受影響。除此之外，他的口語、思路，以及認知人、時、地的定向力等都正常，而且當下沒有幻覺。然而 3 天後，他開始煩惱手術是否失敗。精神科醫師認為男子得了伴隨焦慮與憂鬱情緒的調適障礙症（adjustment disorder with mixed anxiety & depressed mood），並提出下列建議：^[1]

• 婚姻諮商：這是一種協助改善伴侶關係的心理治療，著重於兩人之間的性愛、溝通、問題處理與衝突平息等。對此個案來說，還要面對下體受創所帶來的衝擊等挑戰。^[1]
• 支持性心理治療：幫助病患及配偶調適手術造成的心理影響。^[1]
• 家庭心理教育：使病患和伴侶瞭解診斷，以及相應的治療選項和調適方法。^[1]
• 放鬆技巧：教導病患如何放鬆，並調節自己的情緒。^[1]
• 精神藥物學：每天早晨口服抗憂鬱劑fluoxetine。^[1]

幻肢疼痛

過沒幾天，精神尚不穩定的男子，因組織壞死（照片），同意接受陰莖切除術（penectomy）。命根子沒了，他卻依然「感覺」到那裡的痛楚，甚至以為是縫線脫落所致。這種幻肢疼痛（phantom limb pain），通常發生在截肢手術後的頭幾日。^[1]殘肢的神經過度亢奮，並長出神經瘤（neuromas）；脊髓在中央敏感化（central sensitisation）的過程中，增加神經活動，擴大感受範圍，變得異常敏感；腦部則進行皮質重組（cortical reorganisation），讓對應斷肢原處的皮質，改為負責鄰近部位，於是殘肢的痛覺可能轉移到不復存在的斷肢，也就是幻肢上。^[4]

精神科回診時，男子心情奇差，只想盡快痊癒復工。醫師見他病況惡化，就更強調持續治療的重要性；並透過婚姻諮商，協助他們夫妻學習彼此忍讓，重建關係。同時，處方調整為具有止痛和抗憂鬱效果的 amitriptyline；以及抗焦慮的 clobazam。一個半月後，男子在老婆的陪同下回到診間。他向精神科醫師表示，自己已經好轉，並逐漸接受現況。^[1]

參考資料

1. Arizona P, Yulianti E, Fithriyah I. (2023) ‘Psychiatric Approach in Phantom Erection Postpenectomy Patient’. Case Reports in Psychiatry, 4113455.
2. Shindel AW. (MAY 2022) ‘Erectile Dysfunction’. UCSF Health, University of California San Francisco.
3. Fisher CM. (1999) ‘Phantom Erection After Amputation of Penis. Case Description And Review of The Relevant Literature on Phantoms’. Canadian Journal of Neurological Sciences, 26(1):53-6.
4. Hanyu-Deutmeyer AA, Cascella M, Varacallo M. (04 SEP 2022) ‘Phantom Limb Pain’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.