大自然中的空氣清淨機：氫氧負離子！

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

編按：現在的生活瞬息萬變，在未來的世代，可能會出現許多你想都沒想過的職業。讓我們與孩子一起發揮想像力，你覺得未來會有什麼樣的職業出現呢？

空氣清潔師：過濾髒空氣就是我的工作！

警報聲響起了，埃米爾馬上換服裝、戴手套、繫好安全帽，登上漂浮滑板，和其他空氣清潔師一起出發。他的工作是利用太陽能吸塵器吸取空氣汙染物，並將這些汙染物經由一條碳管打到地心。

埃米爾一直在新德里的摩天大廈區徘徊，終於要降落地面了，他穿過宛如棉花糖的厚雲層，身旁還有一群正在飛翔的鳥。突然，他好像撞到什麼東西了！

「怎麼會這樣？吸塵器吸入一隻燕子！」埃米爾大叫，連忙確認吸塵器的吸嘴，再確認碳管，可是全部空無一物。

「定位可疑的吸入物。」埃米爾呼叫語音助理，那是他的安全帽所搭載的先進系統。

「吸入物正要抵達大陸，過濾後可以刺激溫室作物生長。多餘的氣體會排入底土，永遠埋在地底，長期下來會轉為岩石。」語音助理回答。

他的面罩顯示互動式地圖，指出那隻燕子的所在位置，距離溫室不遠。「糟了！牠不應該被排進地底！」埃米爾大喊，全速朝著溫室飛去。

埃米爾隨即趕到巨大的玻璃屋，卻頓時沉浸在綠色叢林裡……他沒想到竟然有這麼多植物。他在地上發現彩色羽毛，跟著掉落在樹葉堆的羽毛走去，看見一隻燕子棲息在樹枝上，神情有點呆滯，正在和其他燕子開心聊著天。

「哇，看來還有其他空氣清潔師的吸塵器被燕子闖入！」埃米爾鬆了一口氣，把這些燕子從溫室的天窗放出去。「真沒想到今天會這麼刺激呀！」

小心這些物質！

汙染物在空氣中的濃度可能比正常狀態高，對環境十分不利，下列是大家最熟知的汙染物：

• 懸浮微粒
• 重金屬
• 臭氧
• 二氧化氮
• 苯

汙染從何而來？

空氣汙染主要是人類造成的，但也可能是自然現象。

最近幾十年，人類試圖減少排放汙染，某些歐洲國家大幅降低了部分汙染物在空氣中的濃度，甚至少了一半！但我們還不夠努力，每年仍有無數人因空氣汙染而死亡及生病，目前的數據資料顯示，我們還可以做得更好。

我們可以怎麼做？

減少大氣汙染物絕對是具體可行的目標，雖然要調整生活習慣，但好處多多，對每個人的影響都很深遠。下列有四種有效的解決方法：

• 投資再生能源，例如太陽能和風力
• 少開車，多搭乘公車、捷運等大眾運輸，腳踏車也是不錯的選擇
• 減少農業和工業的廢棄物
• 防止野火

空氣清潔師要有的能力：

○ 解決問題的能力

○ 對環境有興趣

○ 熱愛飆速

○ 不怕暈

○ 熱愛飛行

○ 喜歡乾淨

——本文摘自《拯救地球的工作者》，2022 年 10 月，和平國際出版，未經同意請勿轉載。

本文由 諾康生醫 委託，泛科學企劃執行。

環境中的負離子是怎麼來的？

在大自然環境中，走到森林裡就能感受到被芬多精的沐浴淨化，走到瀑布附近就能感受到空氣特別清新。科學家經過仔細計算，發現在不同的空間裡，每立方公分的空氣中的負離子含量都不同：（由高至低排序為）

1. 天然森林與大瀑布區 約 50,000 ions/cc
2. 高山及海邊 約 5,000 ions/cc
3. 郊外與田野 約 700~1,500 ions/cc
4. 都市公園 約 400~600 ions/cc
5. 街道綠化區 約 100~200 ions/cc
6. 都市住宅區 約 40~80 ions/cc 

※ions/cc 是負離子濃度的單位，指每 1cc 的空氣中含多少個負離子。

但是，這些負離子是怎麼來的呢？以瀑布為例，大量的瀑布水從高處落到低處，擊打到瀑潭周圍的岩石會激起大量的霧狀水花，這些落下飛散的水花（水粒子）與周圍空氣摩擦發生「電荷分離現象」就可能產生大量的負離子。而水分子正是大自然環境中最容易離子化的的分子之一。

這些飄散在空氣中的負離子會吸納空氣中的塵埃、惡臭等細小汙染物，隨後附著到樹木、岩石或溶入到水中，達到淨化空氣的作用，這種大自然的自淨作用又稱為「萊納德效用」。除此之外，在雷雨時大氣分子也會發生「電荷分離現象」，進而產生負離子。

「氫氧負離子」超強淨化力

在我們所處的環境中，空氣充斥著各種細小塵埃、細菌、病毒、黴菌、揮發性有機化合物、花粉、香菸臭味……等，被人體吸入將造成健康損害。

而氫氧負離子能夠淨化各項空汙因子，如香菸臭味、甲硫醇、甲醛等臭氣分子，就連蟎蟲、花粉等等過敏源都能吸附帶走，使得我們呼吸空氣的範圍是清新無害的。就連禽流感病毒、新型流感病毒，黴菌、大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌……等，碰觸到氫氧負離子也會因其氧化並改變結構、進而喪失活性。

若能將「氫氧負離子」帶著走，豈不是很棒的一件事嗎？

除了大自然環境中的負離子之外，市面上也越來越多負離子式空氣清淨機與其他相關功能產品！但是空氣清淨機只能在一定範圍內（空間）使用，若能把「氫氧負離子」裝瓶隨身帶著走，那是不是更便利使用呢？現在科技技術只要將水分子進行電解，就可以辦到！

諾康生醫透過獨家專利技術，將水分子經過專利電解技術，將水分子的其中一個氫鍵切斷，形成獨立的氫氧負離子水溶液；最終製成擁有 192 億兆個氫氧負離子（544ppm）的電解納米離子水。

製造過程中，全程透過物理方法，無須額外添加、不產生化學廢物，不僅對人體友善也做到環境友善。經醫學大學新興病毒感染中心證明，能有效阻擋 AB 型流感、腸病毒、克沙奇病毒。此外，就連大腸桿菌、沙門氏菌，甚至是新冠病毒 Delta 變異株也能抑制！將氫氧負離子裝進你手裡，隨時享受瀑布般的潔淨力！

諾康生醫商品 landing page：
https://www.nanopluslife.com/products/ohtrust-mouth-spray

參考資料

1. 負離子的原理及應用|讀專文
2. 淺談負離子
3. 負離子商品後市場管理 > 常見問題
4. 行走就能享受芳療！來國家森林遊樂區做森林療癒SPA
5. 研究：國家森林遊樂區負離子濃度比都市高三倍，芬多精殺菌抗發炎焦慮
6. 空氣清淨機技術揭密6 ! 負離子真的這麼神？迷思大解析！

「隨手關燈，節能減碳」這是在我們日常生活中，絕對會看見或聽見的標語！在家裡被爸爸媽媽隨時叮嚀、到學校被老師耳提面命、忘記關燈而被罵的記憶肯定不會少。

建立節能好習慣很重要，但我們現在還有哪些跟能源相關的永續行動呢？

台灣的發電來源，主要仰賴燃煤、燃氣等化石燃料，比重高達80%，但提供穩定電量讓人類使用的同時，卻也大量排放二氧化碳及空氣汙染物、加劇氣候變遷，灰濛濛的天空就是最直接的證據。

近年，政府積極推動能源轉型，希望降低對化石燃料的依賴，發展再生能源，尤其是太陽光電和離岸風力發電。

像是今年夏天，家長跟小朋友都很期待的「班班有冷氣」政策，除了讓大家可以舒適上課，也同步規劃「校校會發電」，降低對地球的負擔。

不過大家有發現，學校的發電設備裝在哪裡嗎？

原本烈日長期曝曬，又熱又空的學校頂樓，竟然可以搖身一變，成為設置太陽能板的最佳基地！而當地球最豐沛的資源——陽光，照射到板內的矽晶片時，光子會撞擊電子並產生電流。

這些我們肉眼看不到的次原子粒子，卻悄悄在太陽能板中移動，而且發電的過程不會排放任何溫室氣體，也不會造成空氣汙染，非常不可思議！

也許我們都沒想過，學校可以從原本「電的消費者」變成「電的供給者」，將能源轉型落實在校園中，那麼大家趕快找個時間，去看看自己的學校，有沒有用來發電的太陽能板吧！