為什麼吃甜的會蛀牙？——《生活中的東西都可以寫成化學式》

本文與 威力暘電子 合作，泛科學企劃執行。

想像一下，當你每天啟動汽車時，啟動的不再只是一台車，而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機，後果會有多嚴重？方向盤可能瞬間失靈，安全氣囊無法啟動，整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情，而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天，我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟，汽車的「大腦」—電子控制單元（ECU），是如何從單一功能，暴增至上百個獨立系統？而全球頂尖的工程師們，又為何正傾盡全力，試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化？

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代，當時的汽車工程師們面臨一項重要任務：如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力？「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現，關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間：火星塞的點火時機，也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內，這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一！引擎效率就能提升整整一成！這不僅意味著車子開起來更順暢，還能直接省下一成的油耗。那麼，要如何跨過這道門檻？答案就是：「電腦」的加入！

工程師們引入了「微控制器」（Microcontroller），你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法，在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內，精準計算出最佳的點火角度，並立刻執行。

從此，引擎的性能表現大躍進，油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元（ECU）的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」（Engine Control Unit）。

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功，在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像：「這 ECU 這麼好用，其他地方是不是也能用？」於是，ECU 的應用範圍不再僅限於點火，燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車，甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而，問題來了：這麼多「小電腦」，它們之間該如何有效溝通？

為了解決這個問題，1986 年，德國的博世（Bosch）公司推出了一項劃時代的發明：控制器區域網路（CAN Bus）。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上，就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是，CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如，煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息，絕對能搶先通過，避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題，但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線，並連接各種感測器和致動器。結果就是，一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里，總重量更高達 50 到 60 公斤，等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面，大量的 ECU 與錯綜複雜的線路，也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束，簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障，無疑讓人一個頭兩個大。

汽車電子革命：從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代，汽車電子架構迎來一場大改革，「分區架構（Zonal Architecture）」搭配「中央高效能運算（HPC）」逐漸成為主流。簡單來說，這就像在車內建立「地方政府＋中央政府」的管理系統。

可以想像，整輛車被劃分為幾個大型區域，像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙，就像數個「大都會」。每個區域控制單元（ZCU）就像「市政府」，負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合，並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理，就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台（HPC）擔任，統籌負責更複雜的運算任務，例如先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的環境感知、物體辨識，或是車載娛樂系統、導航功能，甚至是未來自動駕駛的決策，通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中， 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子，便精準地切入了這個趨勢，致力於開發整合 ECU 與區域控制器（Domain Controller）功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢，威力暘提供的解決方案，就像是將好幾個「分區管理員」的職責，甚至一部分「超級大腦」的功能，都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力，可同時支援 ADAS 與車載娛樂，還能兼容多種通訊協定，大幅簡化車內網路架構。如此一來，車廠在追求輕量化和高效率的同時，也能顧及穩定性與安全性。

萬無一失的「汽車大腦」：威力暘的四大策略

然而，「做出來」與「做好」之間，還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯？具體來說，威力暘電子憑藉以下四大策略，築起其產品的可靠性與安全性：

1. AUTOSAR ： 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層（RTE）和基礎軟體層（BSW）。就像在玩「樂高積木」，ECU 開發者能靈活組合模組，專注在核心功能開發，從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
   
2. V-Model 開發流程：這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般，左側從上而下逐步執行，右側則由下而上層層檢驗，確保每個階段的安全要求都確實落實。
   
3. 基於模型的設計 MBD（Model-Based Design）： 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具，把整個 ECU 要控制的系統(如煞車)，用數學模型搭建起來，然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前，就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷，，並驗證安全機制是否有效。
   
4. Automotive SPICE (ASPICE) ： ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」，它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性，而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」，也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化，並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作，其能否正常運作，自然被視為最優先項目。為此，威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準：ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統（特別是 ECU）的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」，從概念、設計、測試到生產和報廢，都詳細規範了每個安全要求和驗證方法，唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略，威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準，才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而，ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡，「大腦」變得更集中、更強大後，汽車產業又迎來了新一波革命：「軟體定義汽車」（Software-Defined Vehicle, SDV）。

軟體定義汽車 SDV：你的愛車也能「升級」！

未來的汽車，會越來越像你手中的智慧型手機。過去，車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」，想升級？多半只能換車。但在軟體定義汽車（SDV）時代，汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」，能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA（Over-the-Air）技術，車廠能像推送 App 更新一樣，遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過，這種美好願景也將帶來全新的挑戰：資安風險。當汽車連上網路，就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭，輕則個資外洩，重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV，業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略，確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程，到安全認證，這些努力，讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新，也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力，威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota，以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈，更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴，以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈，並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產，驗證其流程與品質。

毫無疑問，未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷，交由電腦判斷，比交由人類駕駛還要安全的那一天，離我們不遠了。而人類的角色，將從操作者轉為監督者，負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全，人類甘願當一個「最弱兵器」，其實也不錯！

本文轉載自食藥好文網

• 文／陳儀珈、國立臺灣大學醫學院附設牙科醫院住院醫師郭宸輔 共同撰稿

明明都有乖乖刷牙，為甚麼我們還是會蛀牙？想要解答這個疑惑，必須了解蛀牙的原因和潔牙的原理。

當我們吃甜食，我們口腔內的細菌會將食物中的糖分轉換為酸，隨著酸性物質停留在牙齒表面，酸性物質會使得牙齒的礦物質流失，使琺瑯質「去礦化」進而造成蛀牙。所謂的牙菌斑，是細菌、食物殘渣、唾液⋯⋯等的集合體，為了避免蛀牙，我們就必須清除黏附在牙齒表面的牙菌斑。

由於牙菌斑會緊緊黏附在我們的牙齒上，無法光靠漱口來清除，也沒有辦法使用泡沫或藥劑將牙菌斑變不見，因此在清除牙菌斑的方法中，目前以「物理性清潔」為主，建議大家使用牙刷、牙線或牙間刷，才能儘量把牙菌斑從牙齒上面刷掉、刮掉。

雖然牙膏並不是清除牙菌斑的主力，但也是關鍵的輔助角色，透過牙刷和牙膏的相輔相成，有助於減少蛀牙率。

牙膏如何成為最強輔助？

牙膏的主要成分包括研磨劑、氟化物以及甜味劑。

目前牙膏中常見的研磨劑包括「碳酸鈣」和「水合氧化鋁」，可以協助牙刷移除牙齒上的牙菌斑以及染色區域。需要注意的是，雖然現今被添加在牙膏中的研磨劑通常都很溫和，不太會傷害到琺瑯質，但刷牙力道仍然需要控制，儘量不要太大力刷牙。

其中，氟化物能夠將琺瑯質的主要成分「羥磷灰石」中的氫氧根離子 (OH^–) 替換為氟離子 (F^–) ，當氫氧根離子被替換為氟離子後，溶度積常數（ Ksp 值）會降低，換句話說，就是讓琺瑯質更難被細菌產生的酸性物質酸蝕，進而達到預防蛀牙的效果。

為了讓大家更願意刷牙，牙膏中也添加了甜味劑，使民眾對刷牙的接受度更高，同時也能在刷牙後有擁有一口清新的口氣。請大家別誤會，添加甜味劑並不代表牙膏被摻雜了糖，而是使用糖精、山梨糖醇、木糖醇來增加甜味。

除了上述主要成分外，有些牙膏使用不同添加物，以此達到各式各樣的功效，但基本的作用大同小異。例如，美白牙膏會添加過氧化物，藉由氧化還原牙齒表面來美白牙齒；加入如硝酸鉀等成分後，可以藉由改變鉀離子濃度或封閉牙本質小管來改善敏感狀況，成為市面上常見的抗敏感牙膏。

每天至少使用含氟牙膏兩次！

根據衛生福利部口腔健康司「成人口腔保健手冊（專業版）」指出，只要有進食就要刷牙，其中，睡前的潔牙尤為重要。

我們每天至少要使用含氟離子濃度 1000 ppm 以上的牙膏潔牙 2 次，且每次不得少於 2 分鐘。含氟牙膏的使用量少於豌豆的大小即可，約 0.25 g 左右。刷牙時，須搭配「貝氏刷牙法」的潔牙順序，將刷毛傾斜，使刷毛與牙齒表面呈現 45° ~ 60° ，深入牙齦溝，每一次清潔兩顆牙齒，左右來回清刷十次後，再換下兩顆牙齒。

除了刷牙外，也建議使用牙線、牙間刷刮除牙縫沾黏的食物與牙菌斑。潔牙後避免漱口、喝水，維持口腔中氟離子的濃度，讓氟離子持續作用 30 分鐘以上。

此外，食藥署也提醒：選購一般牙膏時，記得選購標示完整的產品，不購買來路不明或標示不清的產品，使用時保留外包裝或說明書以便了解產品相關資訊。此外，以化粧品管理的一般牙膏如有添加含氟化合物，其氟總量不得超過 0.15% (1,500 ppm) ，且不具有醫療效能，不可治療牙周病等病症；若有嚴重口腔問題，應就醫治療。

• 蛀牙懶人包——認識齲齒的發生及正確潔牙方式
• 市面上的牙膏到底怎麼挑選？從牙齒保健觀點看牙膏
• 潔齒劑
• 成人口腔保健暨機構口腔照護輔導 (手冊、量表、檢核表及影片)

代糖是致癌物？還是控制血糖的聖品？

為什麼代糖吃了可以感受到甜味，卻不會產生負擔呢？它真的沒有熱量嗎？

今年 7 月 14 日，世界衛生組織（WHO）旗下的跨政府機構國際癌症研究中心（IARC）將零卡汽水、無糖口香糖中常用的人工代糖阿斯巴甜（Aspartame）列為 2B 級的「可能的人類致癌物（possible human carcinogen）」。都喝了這麼久才說，代糖啊代糖，你是完美無害的白色謊言，還是惡搞大家的黑色幽默呢？

代糖是什麼？為什麼「甜」卻無熱量？

代糖顧名思義就是糖的替代品，也稱為甜味劑。你應該知道代糖的種類很多，不過呢主要可以根據是否會產生熱量，分為營養甜味劑和非營養甜味劑兩類。

蛤？代糖還有營養的代糖喔？這裡的營養指的是食用後還是會產生熱量的代糖，但每公克產生的熱量比蔗糖低。這類營養甜味劑多數來自天然來源，也被稱為天然甜味劑，大家熟悉的就是口香糖內的木糖醇 xylitol，它是從玉米等植物中提煉、加工後製而成。

而非營養甜味劑主要為人工合成，食用後既不會產生熱量，甜度也是蔗糖的好幾百倍，其中最著名的阿斯巴甜，甜度是蔗糖的 200 倍，一公克可產生四大卡熱量，咦？不是說沒有熱量嗎？你看看，它的甜度那麼高，所以實際只需非常少的份量，就能產生我們所需的甜度，所以攝取時的熱量少到可忽略不計。

不過這些代糖竟然可以騙過我們的味覺，讓我們有「甜」的感受，到底是對我們動了什麼手腳？

其實代糖沒有動手腳，是它剛好符合我們的味覺受體。

我們如何嘗到甜味？

先複習一下，人類的舌頭分為五個區域，可以各自負責感受酸、甜、苦、鹹和鮮五種不同的味道。

其實這張始於 20 世紀初的味覺圖，早已經被證實是錯誤的，仔細想想，難道你舔冰淇淋的時候才嘗的到甜味，巧克力放進嘴巴後就吃不出來了嗎？舌頭的中間，並不是無味區，我們整個舌頭都能感受到酸、甜、苦、鹹、鮮。抱歉啦，大內密探零零發，品嚐美酒時其實不用把舌頭捲起來喔。

如果你伸出舌頭仔細觀察，可以看到上面充滿一粒一粒的顆粒狀物就是「舌乳頭」。在顯微鏡下，可以看到舌乳頭內有洋蔥形構造的「味蕾」，負責接收各種由唾液溶解後的味道分子，並且把味道傳給我們的大腦。

那這些味蕾是如何產生味覺的呢？每個味蕾內約有 100 個味覺細胞，而每個味覺細胞的細胞膜表面，都只會呈現單一種類的味覺受體，就像是門鎖和鑰匙的概念。只要門鎖和鑰匙匹配了，味覺訊號就會被送出。因此我們嘗到甜味時，只有甜味分子專一性受體的味覺細胞會被活化。

當我們張嘴把一塊讓人心情愉悅的蛋糕送進嘴裡，蛋糕裡的甜味分子會與味覺細胞的膜上甜味受體結合，這個鑰匙與門鎖的結合必須精確無誤，接著就會活化一連串的下游路徑，製造傳遞物質，讓細胞內蓄積在內質網的鈣離子被釋放，引起細胞電位變化而活化感覺神經元，最後將這個「甜味」的訊號傳到腦部。

這一連串精密的流程，在 1967 年由科學家 Shallenberger 和 Acree 的「AH／B 甜味理論」中提出。

回頭來說這些甜性物質，以葡萄糖為例，要能夠與甜味受器結合，需要三個要素才能形成這把開啟「甜味」大門的鑰匙。

第一是能形成氫鍵的 AH 基團，第二是負電性很強的 B 基團，第三則是這兩個基團的距離得約為「0.3 奈米」。

必須要有這三個要素，才能讓我們味蕾上的甜味受體感知到甜味，刺激神經傳到大腦，開啟美妙的甜味饗宴。

我們的主角代糖，雖然不是會產生熱量的糖，卻正好與葡萄糖一樣，具備這三種要素。而且，有過之無不及的是，代糖不僅能產生甜味，甜味竟然還能超過一般蔗糖的百倍以上！原來代糖的結構上，還另外多帶一團帶有疏水性的「γ 基團」，這個非極性的疏水基團與味蕾上甜味受體的疏水部分對接上，增強了甜味受體所產生的神經衝動訊號強度。訊號增強，大腦感知到甜的就更甜了。

這剛好可以挑動我們的甜味受體，不會產生熱量，既是禁果又是仙丹的玩意，是怎麼被創造出來的呢？

第一個人工合成的代糖是怎麼出現的？

第一個人工合成代糖在 1879 年，由美國化學家艾拉·雷姆森和德美雙國籍的化學家康斯坦丁·法爾伯格共同發現，它就是糖精。糖精的甜度是蔗糖的 300-500 倍，卻不會被人體代謝而產生熱量。

就跟很多科學研究一樣，這個發現可以說是一個意外。

法爾伯格曾敘述那段經過，他說：「那天晚上，在實驗室工作完回家之前，我明明徹底洗手了，然而在晚餐時，我把一些麵包放進嘴裡時，發現我的手嘗起來很甜……我立刻跑回實驗室，嚐遍了工作台上的所有燒杯、小瓶和盤子，直到我終於在其中一個裡找到了味道，而且甜得驚人。」法爾伯格後來也在看到糖精的潛在商業利益後，立刻將其申請專利並大量製造。
只能說還好那時候不是合成出砒霜或氰化鉀呀！

目前代糖除了應用在糖尿病患及減肥者的醣類替代品外，我們每天都要用的牙膏也很常發現它。到目前為止聽起來代糖似乎是個好東西，但為什麼後來的科學家會對代糖提出質疑呢？

代糖健不健康？它是致癌物嗎？

一篇刊登在 2014 年《自然》(Nature) 的論文研究提出，他們在囓齒動物身上發現，人工代糖除了讓體內的腸道益生菌發生重組改變，吃入下去的代糖也有如「望梅止渴」。雖然成功騙過我們的味覺，但終究不能讓身體產生能量，無法獲得真正的飽足感。反而可能造成「葡萄糖不耐症」的代謝異常，促使動物吃下更多食物，造成糖尿病及肥胖相關疾病。但這結論也無法直接推論到人類身上。

那許多人討論的，代糖是否會致癌的問題呢？

其實目前還沒有明確、直接的實驗證據顯示代糖與人體致癌之間的關聯性。

至於先前提到的糖精，透過 1970 年的老鼠實驗，早期科學家曾懷疑糖精可能引起膀胱癌，使其遭禁用近 20 年，但仍沒有明確的證據證實糖精與人體致癌的關聯性。畢竟在老鼠身上所看到的實驗結果，不能直接套用在人體上外，動物實驗中所使用的高劑量也是一般人在生活中很難達到的，因此美國食品藥物管理局（FDA）才撤銷禁令並准許糖精加入飲料及食品中。

然而，這次事件主角阿斯巴甜被列入可能致癌又是怎麼一回事？這次真的找到對人類致癌的證據了嗎？

食用代糖的好壞，我們該如何看待？

Well, 其實沒有新的證據。我們對「阿斯巴甜是否致癌」這個問題，還需要更多的實驗才能釐清，現階段的人體研究證據有限，在動物實驗的證據也相對薄弱。那為何 IARC 會把阿斯巴甜列為致癌物呢？這是見影就開槍嗎？

——先別急！

我們先了解一下，目前 IARC 將導致癌症的物質等級分類，總共分為 4 級：

1 級確定為致癌因子、2A 級極有可能為致癌因子、2B 級可能為致癌因子、3 級無法歸類為致癌。

分類的依據為：

1. 有限的流行病學致癌證據
2. 實驗動物中有充足的致癌證據
3. 具強力的致癌機制證據

如果三個條件都符合，就會被列入第 1 級確定致癌物，像是空氣污染、酒精、檳榔等等。若是同時符合第一項以及第二或三其中一個條件，也就是有科學證據表明會可能對人類具有致癌作用，就會被列入 2A 級，像是紅肉、高溫油炸的排放物或是夜晚輪班工作等等。而現在未有確定性實驗證據的阿斯巴甜，雖然相關實驗結果相對薄弱，但致癌證據仍不容忽視，因此歸類於 2B，同類別等級的還有醃漬蔬菜跟加油站的氣體等等。

而這次 IARC 的舉動，與其說是對代糖開槍，更像是鼓勵研究者，做更多的實驗去尋找正反面的證據。

聽到這裡你可能會想說，不確定的資料也太多，到底阿斯巴甜可不可以吃？這個問題，目前可以確認的是，只要每日攝取量在每公斤體重 40 毫克的建議範圍內，都是可以安全食用的。換算下來，以一個體重 75 公斤的成年男性而言，大約是一天 5.6 公升無糖可樂的量。不過由於阿斯巴甜中包含胺基酸中的「苯丙胺酸」，而若有先天性苯丙胺酸代謝異常的患者要特別注意，避免接觸到阿斯巴甜相關食品。

目前政府准許使用的甜味劑，都經過完整的評估才被允許使用，同時也訂定「食品添加物使用範圍及限量暨規格標準」，來規範使用甜味劑使用。衛福部也指出，其實造成癌症的成因多且複雜，大可不必因此特別戒吃某種食物。

但就像我們在介紹代油時提到的，我們可以透過蘋果泥、綠豆泥等天然食材產生油脂的口感，取代部分脂肪的使用。而甜味呢，除了代糖以外，水果、蜂蜜等天然甜味來源，也是取代精緻糖的好選擇。

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識！