鑑識故事系列：卡西酮類毒品，在跨年之後⋯⋯

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

F 編按：本文編譯自 Live Science

每逢歲末年初，現代人常以煙火、聚餐與跨年派對迎接新一年的到來；然而，放眼千年以前，古埃及人同樣懷抱著對來年的期盼，也有一系列獨特的慶典活動。表面上看來，他們慶祝的初衷與我們類似：感謝神祇、期盼豐收、送禮祝福親友。然而，古埃及文明在地理與文化方面都有獨到之處，使其新年慶祝方式結合了狩獵、宗教崇拜與曆法運作等多元特色。

在古埃及，所謂「新年」所對應的詞彙是「Wepet Renpet」，意指「一年的開端」。相較於現代的公曆新年固定在 1 月 1 日，古埃及的新年時間其實並不穩定。最初，他們的曆法訂有 365 天，但卻缺乏閏日或閏年機制；因此，每經過一段時間，新年的日期便會與自然時節（例如：尼羅河氾濫或冬至）產生偏移。這種「非固定新年」使古埃及人有時在一年之中，過好幾個「新年」。

一年過三次年：埃及人新年的多重起點

位於古埃及南方的埃斯納（Esna）神廟，就保留了一塊引人注目的曆法刻文，上面竟然出現了三個「新年慶典」記載。根據研究者的分析，這三次新年分別對應了三個特殊時刻：

1. 曆法年第一天
   這是古埃及官方曆法意義上的新年開端，象徵著行政、祭典與民生運作上的「一切歸零」。
2. 羅馬皇帝生日
   當時古埃及已被羅馬帝國統治，羅馬皇帝的生日被視為具有重大政治與宗教象徵意義，故亦成「新年」之一。
3. 天狼星（Sirius）再現
   當天狼星於東方地平線再次升起，象徵尼羅河泛濫臨近，而農業豐收之期即將來臨。古埃及人將此星視為蘇普迪特（Sopdet）女神的化身，代表一年生命與富饒的迴歸。

此現象導致在同一年裡，他們分別「跨」了三次年，而每次都會舉行一連串盛典，從祭祀神像到群眾歡慶，再到向親友贈禮，皆展現古埃及對神祇與自然結合的崇高敬意，也反映其曆法與信仰交織的錯綜樣貌。

陽光中的重生儀式：曝曬神像

相較於現代人舉辦煙火晚會或觀看「水晶球倒數」，古埃及最顯著的慶典之一是將神像搬離廟宇、帶至屋頂或廣闊戶外，讓神像在陽光下「再生」。他們相信，太陽神的能量能賦予這些神像新的生命力，推動一年新的循環。

根據考古學家席蒙·康納（Simon Connor）的研究，名為「Wepet Renpet」的新年節日期間，廟方人員會將主神或其他神祇的像抬到廟頂，迎接太陽光的洗禮。一些神像在這過程中會進行修補、重新上色或替換為新的雕像，象徵帶來更強的神力去保護城市與民眾。此刻，群眾可在下方圍觀或以儀式參與，共同見證「神祇自太陽中重獲能量」的神聖時刻。

金字塔與亡靈信仰

既然新年是「一年的開端」，那麼對古埃及人來說，如何兼顧祖先或亡靈，是慶典中的另一關鍵。在尼羅河西岸、吉薩金字塔群所在地，除了有聲名遠播的法老陵墓，還聚集許多神廟與祭壇。根據學者馬薩希‧富卡亞（Masashi Fukaya）在博士論文及其著作中的描述，古埃及人在新年時也會到吉薩或塞加拉（Saqqara）地區，一方面慶祝新年的到來，一方面緬懷已故親屬，祈求來年的健康與祥和。

有些文獻記載在金字塔區會進行小規模的遊行，並伴隨祭品與供品獻予法老墓葬或神廟。這同時也是與祖先對話的方式，期望藉由「新年伊始」的神力，讓亡靈與在世者都能共享陽光恩典。這點在一定程度上與現代人逢年過節會祭拜祖先的傳統，呈現出相似的文化意涵。

新年饗宴：美食、美酒和好友，缺一不可

從古埃及墓葬壁畫以及文獻來看，在「Wepet Renpet」的盛大場合裡，美酒佳餚絕不會缺席。和現今的跨年晚宴相似，古埃及人往往會準備麵包、啤酒、果乾、蔬菜和肉類等多樣食材，用於家族或社群聚會。上層階級更是準備精緻的糕點與香料飲品，尤其是當時盛行「啤酒釀製」，不少繪畫顯示人們載歌載舞，舉杯同樂。

在紛擾的宗教儀式之外，這些飲食活動能拉近社群關係，也給人喘息與娛樂的空間。就如同現代人會邀請親友一同跨年聚餐，古埃及人同樣透過共享美食的方式，在新年轉折時刻互致祝福、凝聚情感。

過年送禮：從「新年瓶」到香料油品

或許最能讓現代人感到熟悉的，就是古埃及也盛行「新年送禮」的風俗。在古埃及的考古發現中，有一類出土文物被稱作「新年瓶」（New Year Flask），通常材質是青瓷（faience）或陶器，容量不大，常用於盛裝香油或珍貴液體。瓶身上還會刻有「願你新年快樂」、「祈求神明保佑」等字樣。

其中，紐約大都會博物館（Metropolitan Museum of Art）收藏的一只新年瓶就有詳細的銘文，表示這件器物是為一位名叫亞蒙荷特普（Amenhotep）的祭司所準備，上面祈求蒙圖神與阿蒙-瑞神賜予他新年的平安與幸福。古埃及學者約翰·貝恩斯（John Baines）指出，這些瓶子常含有香油、水或芳香劑，象徵神祇恩典的傳遞。在充滿宗教色彩的古埃及社會，此類贈禮既代表人與人之間的關愛，也包含了對神祇的崇敬。

曆法與星象：天狼星再升與尼羅河泛濫

對古埃及而言，曆法並不只是一套抽象的時間度量工具，更牽動著農耕、祭祀與民生的大局。最早訂立的 365 天曆法，是以天狼星（Sirius）的升起作為主要觀測指標；當它自東方地平線再度出現時，象徵尼羅河即將泛濫，孕育肥沃的泥土。

然而，正因沒有閏年的修正機制，古埃及人一年又一年地發現，Wepet Renpet逐漸從夏季「漂移」到冬季，甚至後來落在羅馬帝國統治的歲月裡，也與皇帝的誕辰綁定了同樣的節日意義。如此一來，新年的日期顯得流動性極強，導致有時一年內三次不同的慶祝節點，這種現象在古代文明相當罕見，也成為古埃及曆法最富魅力與矛盾的特色之一。

與現在跨年的相比，哪個比較好玩？

綜觀古埃及的新年慶典，既有與現代相似之處：他們會盛裝慶祝、贈送祝福禮物、與親朋好友共享美食，同時也有著不一樣的宗教信仰特色，如將神像迎接至屋頂或室外曬太陽重獲力量、在吉薩金字塔與亡靈共同迎接新年等。這些傳統因曆法飄移而多次上演，不僅熱鬧，也蘊含著對自然周期的敬畏與對神祇的深層依賴。

對我們而言，古埃及的「新年」透露出一則啟示：人們對更新與希望的期待，自古至今都如出一轍；不論曆法精準與否，我們都需要一個象徵式的時刻，去將過去的遺憾與失敗歸結到「舊時身分」，迎來重頭出發的契機。古埃及人將此時刻與太陽、星象、神明與亡靈結合得天衣無縫，也展現了人類社會在理解時間上的無限想像力。

古埃及的新年慶祝雖已併入千年歷史之中，但通過考古遺跡與歷史文獻，我們依然能感受到那股對於「開始」的熱情與慎重。金字塔區的祭典煙塵、神廟頂樓的太陽洗禮、親友間互相贈與的祝福小瓶，都在訴說著古人對新一年勝利與豐收的希冀。或許，對古埃及人而言，新年不光是一個日曆換頁的動作，更是一個宇宙、神人合一的神聖時刻——在那瞬間，人與神、陽光與星宿、生者與死者，全都迎來了嶄新的生命循環。

咖啡因對大腦的影響

咖啡因是一種分子上的模仿大師。人類醒著的每一分鐘，腦中都會不斷增加腺苷（adenosine）這種化學物質，像是沙漏的沙子不斷累積，能夠告訴我們已經醒著多久，且會讓大腦運作逐漸放緩，創造出一種睡眠壓力，讓人體做好入眠的準備。所以醒著 12 個小時到 16 個小時，人就會感受到一種難以抗拒的誘惑，想回臥室躺著進入夢鄉。

然而，咖啡因的分子結構十分類似腺苷，能夠搶先一步與腺苷的受體結合，卻不會活化受體；這樣一來，反而是對這些腺苷受體形成一種化學封鎖。所以，只要你的腦中有大量咖啡因，腺苷就無法與受體結合，難以傳遞正常的訊號咖啡因就是靠著這種藥理作用來抑制睡意，使大腦保持警覺與專注。雖然腺苷依然不斷在大腦中堆積，只不過所發出的訊號就這樣被咖啡因給堵住了。但是，等到身體分解了咖啡因，腺苷就會宛如大壩潰堤，讓人感受到沛不可擋的睏意——這就是可怕的咖啡因崩潰（caffeine crash）。

植物合成咖啡因，原本是做為一種天然的殺蟲劑，避免葉子或種子遭到啃食，甚至還能殺死昆蟲。但奇怪的是，像是包括幾種咖啡類與柑橘類植物在內，有些植物的花蜜也含有咖啡因，花蜜原本該是用來吸引昆蟲授粉的。實驗結果顯示，咖啡因能夠增強蜜蜂的嗅覺學習能力，讓蜜蜂更能記得這些花的氣味，於是不斷回訪這些有著咖啡香氣的花朵。也就是說，這些植物等於是讓蜜蜂吸了興奮劑，引誘它們成為自己忠實的授粉者；可以說，正是咖啡因讓蜜蜂願意不斷嗡嗡嗡上工。

咖啡因的另一個作用是增加依核裡的多巴胺濃度，同時也會提高多巴胺受體的敏感性。這會刺激我們前面提過的中腦邊緣報償路徑，讓人在喝到一杯好茶或咖啡的時候，感受到愉悅的好心情；但也會讓人上癮。人類之所以愛喝咖啡或茶之類的飲料，是因為這能夠刺激大腦、抑制睡意；而且只要一開始喝了，就會因為咖啡因成癮而讓人維持這樣的習慣。於是回過頭來，我們就看到咖啡因對歷史產生了長久的影響。

在啟蒙時代，咖啡在歐洲咖啡館裡刺激了知識份子的思想與話語；到了不斷變化的工業時代，則是茶讓英國工人階級的身心得以調適。工業革命淘汰了像是編織、打鐵這些傳統工藝，以龐大的機器加以取代。從煤氣燈到電燈泡，各種人造光源讓工廠開始能夠一路運作到深夜。而咖啡因不但能讓工人在單調無趣的工廠環境裡，維持清醒專注，連那些營養不良造成的飢餓感也能一併排除。茶裡面加的糖也能提供熱量，讓人在長時間的輪班期間維持體力。咖啡因就這樣將工人變成了更好的零件，更能配合那些永遠不知疲倦為何物的鋼鐵機器。

〔附注：出於類似的原因，戰爭時期的軍隊也會運用各種精神藥物。像是希特勒速度驚人的閃電戰，先是在 1939 年 9 月橫掃波蘭，接著在 1940 年初攻下法國與比利時。這一方面靠的當然是德意志國防軍裝甲師的機動性，坦克既配備了無線電裝置用於協調，還能得到德意志空軍轟炸機的空中支援。但另一方面，這項成功的背後還有另一項技術的支援：靠著合成興奮劑「甲基安非他命」（methamphetamine，分子結構類似腎上腺素），德軍能夠戰得更猛更久，而不會感覺精神倦怠或身體疲勞。安非他命的化學作用讓人進入高度警覺狀態，也大大提升了自信與攻擊性。閃電戰的成功，靠的其實也是部隊嗑了藥。就連希特勒本人也同時混打多種藥物（古柯鹼、甲基安非他命、睪固酮），提供作戰指揮時的體力。〕

所以講到工業革命，工廠與磨坊的動力靠的是蒸汽機，但如果是操作機器的工人，靠的燃料就是東印度公司帶來的茶葉、加上來自西印度群島的糖。於是，茶的歷史深深植根於對勞工的剝削——從印度的茶園、加勒比海的甘蔗栽培園、再到英國的工廠，都壓榨著這些工人所有清醒的時分。

如今，若想要控制我們的睡眠清醒週期（sleep-wake cycle），咖啡因仍然是一項重要工具。這個科技社會的步調太過急促，不允許我們被動順應自己的生物時鐘，得主動加以調整，適應數位時鐘的要求。而很多人靠的就是自行攝取咖啡因，在每天上班途中把自己叫醒、讓自己能在辦公桌前熬夜趕工，或是在長途飛行後，把生理時鐘同步到新的時區。很多咖啡因成癮者都能自己調整這種藥物的劑量，一方面巧妙發揮咖啡因的正面作用，讓自己更能面對現代世界對專注力的需求，另一方面也能避免過度攝入造成的負面作用，像是焦躁不安、心跳加速、胃部不適。

然而，咖啡因雖然讓我們得以抑制大腦發出的睡意訊號，卻也成了現代人常常睡眠不足的一大主因。咖啡和茶就這樣和人類玩著兩面手法：我們喝咖啡和茶，是為了緩解長期的嗜睡；但造成這種情形的元凶也正是咖啡因。事實上，我們早上會想趕快來杯咖啡，讓腦子清醒一點、或是提振精神，很多時候其實是在緩解一夜難眠的戒斷症狀。

——本文摘自《人類文明：生物機制如何塑造世界史》，2024 年 05 月，天下文化出版，未經同意請勿轉載。