大膽創新的研發計畫，化不可能為可能——《輝瑞登月任務：拯救人類的疫苗研發計畫》

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／艾伯特．博爾拉 Dr. Albert Bourla 博士
• 譯者／廖月娟

各國疫苗分配失衡

大多數高收入國家都是第一批下訂單，以確保 2021 年一整年的疫苗供應無虞。歐洲、美國、日本與英國等多個國家都訂購了我們的疫苗。

遺憾的是，很多國家因為對 mRNA 技術沒有信心，或是由於其他藥廠承諾會在當地生產，決定完全使用其他疫苗，特別是中等收入與低收入國家。我們在當地的團隊盡了全力，可惜沒能改變這些國家領導人的想法。我看著 Excel 表格，發現分配給高收入國家的疫苗數量高得不成比例，實在令人憂心。

我親自和沒有向我們訂購疫苗的中、低收入國家接洽。我寄信給這些國家的領導人，同時我們在當地的團隊則繼續努力，但是大都沒有成功。到了 2020 年 10 月，即使在這場新冠疫苗競賽中，輝瑞顯然已經拔得頭籌，又有幾個國家向我們預購疫苗，但是訂購的中、低收入國家仍然不夠多，疫苗分配比例依然失衡。

關於美國多訂購的那一億劑

不過，當疫苗獲得證實有效之後，情況就有了變化。首先，已經訂購一億劑疫苗的美國政府與我們接洽，表明要再買一億劑。幾個月前，當我們能夠供應的疫苗產量即將售罄時，早已經告知曲速行動，最好再多訂購一億劑。然而，他們拒絕了。我親自打電話給曲速行動的領導團隊，告訴他們歐洲已經訂購兩億劑，為了謹慎起見，他們也應該這麼做。還記得我當時說，如果美國政府無法從一間美國公司獲得疫苗，豈不是挺尷尬？我還強調，輝瑞將尊重承諾，嚴格依照已經確認訂單的順序來分配疫苗。換句話說，如果他們日後改變主意，想要多訂疫苗，我們也不會從已經下訂單的國家那裡調動產量過來，結果還是遭到曲速行動拒絕。

然而，現在他們要求再多訂購一億劑，而且還要我們立即交貨。問題是，我們前六個月的預計供應量都分配好了，很難在六月前額外生產出美國政府要的一億劑疫苗，但是 2021 年下半年交貨就沒問題。然而，出於其他原因，談判陷入僵局。

這時，川普總統的女婿兼白宮顧問傑瑞德．庫許納（Jared Kushner）打電話給我，想要解決這個問題。

我們原本以為再提供美國一億劑疫苗是很單純的一件事。根據我們已經達成的協議，美國政府可以額外添購疫苗，但是官僚主義作祟，從中阻礙疫苗採購流程。此一時彼一時，現在由於疫苗已經獲得核准，他們沒辦法或者是不想依照當初疫苗等待核准時的協議下訂。我則是不願重啟談判，總覺得這像是潘朵拉的盒子，畢竟先前我們花費好幾週談判才達成協議。這時，抨擊川普政府沒有購買足夠疫苗的聲浪愈來愈大。庫許納打電話來了解問題。我向他解釋情況，並且要求在合約中新增條款以重啟談判。

庫許納指出，這些事情實在荒謬，並承認這是官僚主義的問題，他會再打電話給關鍵人物。

秉持平等原則

多虧庫許納的介入，事情終於解決了。幾天後，經過幾次的電話溝通，我們的律師擬出一個雙方都同意的解決方案。但是，交貨時程表的問題再次浮現。庫許納態度強硬，要求增購的一億劑疫苗必須在 2021 年第二季全部交貨。如果答應他的要求，我們就得把原來要給加拿大、日本與拉丁美洲國家的疫苗先調給美國，但是這些國家都比美國更早下訂單，也在等待第二季可以取得疫苗。因此，我拒絕他的要求，兩人吵得臉紅脖子粗。我還提醒他，我早就和曲速行動的負責人施勞威說得一清二楚，我們不會把其他國家的疫苗調給美國，先前簽訂第一份協議時甚至低聲下氣的請求曲速行動增購疫苗，但他們一再拒絕。

然而，庫許納不肯讓步。在他看來，美國無論如何都得優先拿到疫苗；不過對我而言，平等才最重要。他還堅持，一旦我們的疫苗可以從卡拉馬祖工廠出貨，必須先給美國額外的一億劑，再給其他國家。他提醒我，他代表政府，他們會設法貫徹自己的意志。

「悉聽尊便，傑瑞德，」我說：「我寧願日本首相是向你抱怨東京奧運取消，而不是向我客訴。」

幸好，我們的生產團隊繼續創造奇蹟。他們提交新的生產時程表給我，看來我們得以在 4 月至 7 月間增加產量，滿足美國添購疫苗的要求，卻不必削減給其他國家的疫苗。有了這個兩全其美的辦法，我們總算簽訂合約。兩天後，庫許納從海湖莊園（Mar-a-Lago）打電話給我，感謝我的合作，這次風波終於圓滿落幕。

——摘自《輝瑞登月任務：拯救人類的疫苗研發計畫》，2022 年 3 月，天下文化。

近一百六十萬人的研究發現，輝瑞 – BNT疫苗保護力超過九成

疫苗的三期試驗裡，儘管受試者多達萬人。但細分到人數較少的族群（如：糖尿病患者）時，由於特定族群的人數稀少，其保護力數據之可信度，仍有局限性。

以色列是新型冠狀病毒瘟疫（COVID – 19）中，疫苗覆蓋率最高的國家之一。其百萬人的施打數據，在 02/24 發表於《新英格蘭醫學期刊/ New England Journal of Medicine》 [1]。其大規模施打的研究成果，非常值得作為台灣疫苗政策、國境管理的參考和依據。

整體保護力高達 94 %！

科學家選了近 60 萬名（596,618人）接種兩劑輝瑞 – BNT 疫苗者，並從無施打疫苗的民眾中，挑選了年齡、性別等變因接近的族群做為對照組（人數亦為 596,618 人，且各族群人數相近）。藉由百萬人的對照，評估疫苗在不同年齡、族群，或時間的保護力。

表 1 為接種第 2 劑後第 7 天起計算的疫苗保護力（針對有症狀之感染）。整體保護力約 94%，而各組間的保護力相當接近，亦在九成以上（若罹患多種慢性病等高危險因子，保護力似乎略有降低）。顯示輝瑞 – BNT疫苗在真實世界裡，保護力極高！同時對高齡者、高危險族群，更展現了可靠、可信的高保護力。

依時間觀察，顯示約在施打第一劑後第 12 天出現保護力（疫苗組和對照組的被感染曲線開始出現不同，參考圖 1）。

預防重症、住院率等

疫苗最主要目的是降低住院、避免重症，以減輕醫療負擔。數據顯示，輝瑞 – BNT疫苗預防患者住院的效力達 87% 、預防重症的能力更高達 92% [1]，顯示疫苗能協助減輕醫護壓力，大幅降低病人惡化的困境。

研究限制

在報告的最末，團隊提出了研究限制：

• 以色列很少南非突變株（B.1.351）的感染者，故本研究無法證明疫苗對南非突變株的效力。
• 英國突變株（B.1.1.7）在以色列境內快速擴散（在數據截止前數日，80% 的新增患者是被英國突變株病毒感染），故本研究應可間接支持疫苗對該突變株的效力。

輝瑞 – BNT 疫苗在以色列裡，超大規模的研究，展現了驚喜的效果。且各小組裡的人數都達數萬人，其疫苗對於脆弱族群的保護力，有了堅實的證據力。

保持冷靜，繼續前進。Keep Calm and Carry On.

參考文獻

1. Noa Dagan, M.D., Noam Barda, M.D., Eldad Kepten, Ph.D., Oren Miron, M.A., Shay Perchik, M.A., Mark A. Katz, M.D., Miguel A. Hernán, M.D., Marc Lipsitch, D.Phil., Ben Reis, Ph.D., and Ran D. Balicer, M.D. (2021) BNT162b2 mRNA Covid-19 Vaccine in a Nationwide Mass Vaccination Setting. New England Journal of Medicine. DOI: 10.1056/NEJMoa2101765

其他疫苗的保護力，看影片就能知道啦！