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

本文轉載自顯微觀點

「毛髮打結」的影像看似平凡無奇，卻不僅呈現自然界隱微的結構，還蘊藏著對生命深刻的敬意。憑藉著這幅作品，格爾德．岡特（Gerd Günther）更從全球顯微攝影大賽（2024 Global Image of the Year，IOTY）中脫穎而出，榮獲材料科學優勝獎。

令人驚嘆的是，獲獎者岡特的本業並非科學家或攝影師，而是一位農場主人，顯微攝影只是他「業餘」的愛好。

岡特於1958年出生於德國杜塞道夫；中學畢業後，於哥廷根大學學習農業科學，並從1986年後一直在杜塞道夫以自耕農為業。

好奇的種子在顯微鏡下發芽

1970 年代，岡特中學期間，受到學校老師啟發開始接觸顯微攝影，讓他對這陌生又熟悉的結構產生濃厚興趣。當時岡特使用黑白底片，留下顯微攝影最初的記憶。直到 2000 年左右，數位時代來臨、數位相機系統問世，顯微攝影門檻下降，他才開始專注於顯微攝影的創作。

「……仔細觀察自然界中常見的事物，可以發現意想不到的特質，令人心生敬畏……我的目標是將普通的課本知識提升到知識認知和理解的層面，使欣賞成為一種享受。 」－《一粒沙中：探索大自然的設計》，安德烈亞斯‧費寧格（A. Feininger，1986）

這句費寧格的話醒目地呈現在岡特架設的顯微攝影作品網站中，宛如一盞明指引創作方向的明燈，點明岡特攝影的核心理念。也透露出他的攝影品大多出自於對自然的敬畏以及日常平凡細節的好奇心，讓科學變得富有美感與哲理。

「你只需走出家門，就能進入微觀世界」，岡特認為顯微攝影最吸引人之處在於，不需長途跋涉，就能不斷發現新的結構、形狀、生命形態和色彩。而驅動他持續探索微觀世界的動力，是對大自然無盡的好奇，以及對迷人卻隱而不現寶藏的嚮往。

因此，從植物的葉脈到昆蟲的鱗片、從肥皂泡泡到礦物晶體，都是他顯微鏡捕捉的影像。為了呈現更完美的影像，他也會在閒暇時，利用各種DIY小工具改良拍攝流程，讓作品兼具科學性與美感。

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連結萬物平等的生命之結

2024全球顯微攝影大賽的獲獎作品《馬鬃與人髮之結》則是岡特探索微觀世界精神的最佳表現。

這幅作品將馬鬃與人髮精心打結後(縱向人髮、橫向馬鬃），以明視野方式進行拍攝。透過150倍放大的視野，觀者得以清晰地看見兩種毛髮的粗細差異，但無論是人髮還是馬鬃，其外層覆蓋著如同魚鱗般的角蛋白鱗片，結構幾乎別無二致。

評審團盛讚這副影像是「視覺上極具感染力的證明：生命的共通性遠比差異更顯著。」

「我每天都與馬打交道，我對人髮和馬鬃在強度和外觀上的差異很感興趣」，岡特提到要創造出這幅看似簡單的作品，過程其實非常困難：要將兩根細小的毛髮打結並固定在顯微鏡下，需要極高的耐心與精細技巧。他嘗試了無數次，才終於拍到滿意的影像。

對岡特而言，這件不僅包含紀實元素也蘊含情感的作品，除了象徵人類與動物之間的友誼外，人髮與馬鬃在結構上的相似性，也提醒我們所有哺乳動物，乃至所有生物之間的聯繫，遠比我們想像的緊密許多。也因此，應該對地球上所有生物都給予同等的尊重。 岡特的生活依舊以農耕為主，但科學觀察以及對顯微世界藝術性的獨到見解，讓他經營的那片農場，不再只是農務勞作的場所，而是他日復一日汲取靈感的起點，也透過顯微鏡折射出他對自然的無盡好奇。

參考資料

• Focusing on What Ties Us Together—The 5th Annual Image of the Year Award Materials Science Winner
• Photography beyond the visible

延伸閱讀

• 動手造鏡、親手排圖 丹尼爾的微觀矽藻世界

F 編按：本文編譯自 Live Science

身為貓奴應該都思考過這個問題：「我家貓到底愛不愛我？」（尤其是你怎麼叫牠都不理你的時候）

比起狗狗總是搖尾示好、恨不得時時刻刻陪伴主人，貓咪反而顯得疏離。這些獨立、冷淡的態度，是否代表牠們根本「不愛人類」？還是只是與我們表達情感的方式不同？現有的研究並未能給出單一「是」或「否」的答案，但科學界逐漸認為：貓的性格並非冷漠，而是有著自己獨特又多變的互動模式。

為何貓比狗看起來更不「熱情」？

談到「人與動物的愛」，第一個被拿來對照的對象往往就是狗。狗傾向於把人視為社群領袖或保護者，牠們會展現出明顯的依附行為，例如跟隨、舔舐、撒嬌等。這背後牽涉到狗的馴化史，科學家普遍認為，狗至少在 2.3 萬年前（亦有其他研究推至 3 萬年以上）就已開始與人類共同生活。人類在漫長世代裡，選擇性繁殖更順從、更依賴的犬隻，讓牠們不斷強化對主人的服從與感情表達。

相較之下，貓的馴化歷史要晚得多。大約在 1 萬年前，農耕社會出現，儲藏穀物吸引老鼠，貓因捕鼠能力而漸與人共生。牠們「半自願」式的走近人類聚落，並未經過大規模的繁殖選擇，以致貓咪的野性特質與獨立性一直保存到今天。

由此可見，狗對人的依附，是經過長時間精心培育的結果，而貓雖然與人類同住，也享受人類提供的食物與安全環境，但牠們在某種程度上仍維持了更高的自主意識與獨立特質。

如何判斷貓咪是愛或不愛？

每個人對於「愛」的表現，判斷上還是很主觀的。因此有些研究嘗試用「科學指標」來測試貓對人的情感，如觀察荷爾蒙水平、或偵測貓在不同情境下的行為模式。

催產素俗稱「愛的荷爾蒙」，常在親密互動或撫摸時分泌。根據 2015 年的一項實驗（收錄於 BBC節目「Cats v Dogs」）：在貓與狗都受到撫摸後，狗的催產素水平平均提升約 57.2%，但貓僅提升12%。這被部分人解讀為「貓對我們沒有那麼有愛」，但也要注意，這只是「平均值」，樣本量也僅 10 隻狗與貓，並不代表所有貓都只有「12%」的情感。此外，催產素本身也容易受其他因素干擾，例如環境壓力、個體差異等。

另外在 2021 年，英國林肯大學的研究團隊針對 3,994 位貓主做問卷調查，藉由「開放式關係、疏離關係、一般交情、相依關係、友誼」等五大類型，歸納出貓與主人的情感連結。結果顯示，約有一半的貓跟主人間呈現較緊密的情感投射，另一半則較疏離。由此可知，貓與人之間的情感並非「一面倒」的冷漠，也不見得如狗那樣強烈依附；而是要看飼主的參與度、貓的個性以及如何尊重牠們的獨立空間。

有一項早期（2008年）的一項研究則觀察到，當貓遇到自己熟悉的人類時，血壓和心率會出現上升，顯示牠們對人產生情緒波動，可能是期待食物或獎勵，也可能是情緒上的激動。這說明貓對特定人確實有「在意」的表徵，只是表達方式或目的不一定和狗相同。

你越近，貓越逃？貓咪喜歡怎麼樣的互動？

貓咪多半不喜歡被強迫互動，若人類持續不斷地撫摸、抱起貓而不顧牠們的意願，往往得到的反應是掙扎、攻擊或逃走。對貓來說，「選擇權」至關重要。若牠們能自在地決定互動距離、持續時間，以及撫摸的部位，牠們更可能接受、甚至主動親近主人。

2021 年的研究指出，若飼主能理解貓在肢體語言上的細微表達，例如耳朵朝後、尾巴抖動、身體僵硬或發出低鳴，代表牠們已有不適或抗拒；這時「收手」是上策。相反地，那些忽視貓表示不要的信號，堅持要撫摸或抱住貓的人，更容易被貓認定為「壓迫者」，長期下來貓會選擇逃避或變得易怒。

與狗一樣，每隻貓的個性也不盡相同。有些貓喜歡頻繁親密互動，也有貓更向往安靜獨處；基因、社交化過程、早期經驗都可能影響牠們長大後對人的友善度。此外，若飼主從貓幼齡期就常常輕柔地接觸牠們，並在牠們想脫離時尊重牠們，長大後通常會更願意與人類培養信任感。

如何與貓建立更深的情感連結？

既然科學研究顯示貓的「情感投放」需要更精細的方式，那麼身為飼主或愛貓人士，該如何做才能拉近與主子的距離呢？

1. 給予空間與選擇
   • 不要隨意抱起或撫摸正在休息、清潔毛髮、或顯露抗拒姿勢的貓。讓貓可以自由進出房間、躲進安全的角落，也能確保牠們在緊張或害怕時有地方可退。
2. 正向回饋與獎勵
   • 若貓主動靠近、蹭你或發出呼嚕聲，這是牠願意互動的信號，可在牠舒服的情況下溫柔撫摸。可以搭配口頭稱讚或小零食，使貓把你聯想到「好事」。
   • 但記住，貓咪不喜歡被「過度餵食」，適度才是關鍵，否則容易讓牠們失去對零食的興趣或導致肥胖。
3. 學習貓的身體語言
   • 觀察耳朵、尾巴與瞳孔的變化，若耳朵緊貼腦後、尾巴劇烈擺動或瞳孔放大並伴隨低鳴，表示貓正處於緊張或警戒狀態。此時停止撫摸、後退，給牠時間冷靜。
   • 如果貓慢慢走近你，尾巴微翹、耳朵稍微前傾，代表牠感到放鬆，可能願意互動。
4. 尊重貓的作息特質
   • 貓是夜行性動物，白天或許大部分時間都在睡覺或懶洋洋地活動；若你在白天想和貓「猛玩」，牠可能沒有興趣。選在牠清醒或精神較好的時段進行互動或遊戲，更能提升彼此感受。

貓與人的緣分，在於理解與尊重

貓咪歷經數千年從田間捕鼠者，逐漸成為受全球喜愛的寵物，卻依然保留高度獨立、選擇權至上的「個人主義」風範。許多科學研究指出，貓雖沒有狗般明顯的熱情與依賴，但仍能與人產生深厚羈絆──關鍵就在於飼主是否願意花時間、心力，並遵循「了解貓貓、尊重貓貓」的原則與牠們相處。從理解貓的生活形態、情緒信號，到給予牠們適度的獨處與自由，若能做到這些，或許某天牠就會主動跳到你的腿上呼嚕，用專屬的方式告訴你：「莎朗嘿（사랑해）～」