【記錄】M.I.C.VII 之「猿來」：黑猩猩告訴我們人類是什麼

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

我們享受著先進的醫療服務和科學知識，應該很難想像過去的醫學在我們眼中有多麼荒謬，像是四百多年前，放血和灌腸在歐洲被視為百病之解，兩百多年前的醫師必須打開病患的胸膛才能進行心臟按摩，甚至在一百多年前，量個血壓竟然還得劃開血管 ！其實每個醫學變革都是科學家的華麗冒險，本期【M.I.C. 血刃】邀請到台大醫學工程學研究所的林啟萬教授、台北市博仁綜合醫院心臟外科的蘇上豪主任，以及中央大學機械工程學系的曾清秀教授，為大家分享醫學的發展歷史以及醫療的科技革新。

止痛晶片 體外刷一下就不痛

講者：林啟萬｜台大醫學工程學研究所教授

https://www.youtube.com/watch?v=W0P2KWshJEQ

在西方醫學上最重要的20個轉捩點，其中2/3是因為醫療器材的發明，像是哥本哈根小兒麻痺大流行時，醫療用的鐵肺幫助病童度過危險期，成績相當壯觀；醫療器材除了應用在攸關生命的重大手術，也發展到日常生活改善患者的生活品質，像是老年人的人工關節。 科技除了幫助醫生治療病患，也能讓科學家找到疾病的根源，例如，直到顯微鏡發明後，人們才能之道細菌是十二指腸潰瘍的病原。過去幾百年來，科技已經幫助醫生拯救更多病患，隨著人類基因體的解密和生物技術的發展，未來甚至能做到主動式、個人化醫學的預防和治療。

廣義的仁慈—希望減輕患者的痛苦

林啟萬老師受到前人智慧的啟發，希望能減輕疼痛對人們生活造成的不便，因此研發植入式疼痛控制元件。 常見的舒緩疼痛方法為以痛制痛，像是按摩和物理治療，科學家發現電生理學後，電療也常應用在減痛的治療。許多人因為生活壓力或工作傷害造成下背疼痛，這雖然不是致命傷害，卻令人苦不堪言，醫生可以幫病患在脊椎裝上骨釘、骨板減輕壓力，但仍有15％的病患需要接受第二次手術；服用止痛藥也有長期濫用的風險，因此醫生尋找了其他的療法－電刺激。 林啟萬老師研發的植入室疼痛控制元件「Gimer」，命名來自於電影《星際大戰》中尤達大師的神奇手杖，Gimer植入在病患特定位置可以接收無線電訊號，發出刺激阻斷疼痛訊號以減緩病痛，療效可持續三天，只要從手持裝置操控就能止痛，可以省去就醫的麻煩，大大改善生活品質。Gimer已經在動物實驗上證實了止痛的療效，現在要將產品的材料符合安全規範，才能進行人體實驗，商品化造福人群。

醫學是歷史、是生活、也是科學

講者：蘇上豪｜臺北市博仁綜合醫院心臟血管外科主任

https://www.youtube.com/watch?v=AlPSIVOKK_c

萬能的征露丸

醫學不是單獨存在的個體，醫學不只緊緊扣住生活，更是動人的歷史故事，談起醫療歷史，蘇上豪醫師說：「這一切……要從正露丸講起……」眾人滿臉疑惑，醫學史跟正露丸有什麼關係呢？

大家都知道喇叭牌正露丸可以治療腸胃不適，但大家不知道的是，正露丸以前竟然被當作治療梅毒、肺熱病的萬能仙丹！日本早期的正露丸廣告上還印有軍人的忠勇形象，因為正露丸是阿兵哥遠征水土不服時的必備良藥嗎？蘇醫師說：「這一切……要從腳氣病說起……」眾人再度一頭霧水，難道拉肚子也跟腳氣病有關？

原來，正露丸的誕生不是為了止瀉，而是為了治療腳氣病。工業革命後的碾米技術提昇，人們可以吃到口感Ｑ軟的精緻白米，卻因為卻少麩質中的維生素Ｂ１而導致腳氣病，但一百年前的人不知道維生素這玩意，也拿這個怪病沒辦法。他們觀察到腳氣病常見於監獄、軍隊跟療養院，三者都是擁擠、飲食衛生條件差的環境，因此當時對於腳氣病的病因有著兩派說法：毒物說和病菌說，分別認為腳氣病的病因是某種食物中毒或病菌感染，兩派學說的支持者分別是高木兼寬和森林太郎。

擁護毒物說的高木兼寬帶領海軍出征，他發現軍人上了船就得腳氣病，但到美國移地訓練後，軍人們抱怨美國食物難吃的同時，腳氣病竟也奇蹟似的好轉了，因此高木兼寬主張以和洋並食療法治療腳氣病。另一方面，留德的森林太郎堅信腳氣病是病菌造成的，因此他以殺菌用的雜酚油做成藥丸，讓日軍出征俄國時隨身攜帶。雖然以現在的知識來看，用正露丸治療腳氣病是條歪路，正露丸也當然沒有成功治療腳氣病，然而日俄戰爭的勝利，卻讓這臭臭的黑色小藥丸得到了出征露西亞（Russia）的光榮稱號——「征露丸」，這個名字一直沿用到二戰結束，為了政治考量才將這個侵略性的名字改成正露丸。

大家在高中的健康教育課，一定都跟安妮小姐有過親密接觸，但很少人知道安妮在成為CPR練習人偶之前，其實有個淒美的愛情故事！？「西施捧心，東施效顰」中的西施，成天胸悶胸痛，她究竟是得了什麼病？蘇醫師幽默道出的更多精彩醫療歷史，都在影片紀錄！

科技與手術

講者：曾清秀｜中央大學機械工程學系教授

https://www.youtube.com/watch?v=5KKbZRg1tkc

外科醫生的九把刀

醫學不僅是科學，外科醫師的手感跟技術，更可說是一門藝術，曾老師先帶大家瀏覽手術室歷史照片，從過去簡陋的、雜亂的開刀房，到未來的高科技檢測、手術儀器，其中歷經的不只是醫學革新，也是科技的進步。研究手術導航的曾清秀老師將向大家介紹科技如何領導外科手術的進行。

手術刀是外科醫師的魔杖，透過鋒利的刀刃劃開疾病和健康，黑傑克藏在大衣裡的閃亮亮的手術刀，可以咻咻兩聲往敵人射去一刀斃命，現代外科醫生放在手術房裡的能量「刀」，不僅更銳利，用途也更廣了呢，除了傳統的手術刀，外科醫生的九把刀還有哪些呢？

1. 電刀：針狀或刀狀的金屬電擊，可瞬間產熱，蒸發組織水分，連續電能可切割組織，間斷電能可止血。
2. 雷射刀：利用溫度效應（thermo effect）的原理，軟組織在吸收雷射能量後，升溫到60℃會開始凝固，有止血效果，不同組織依不同波長有不同反應，可做美容、視力矯正等手術。
3. 光子刀：用直線加速器打出電子，激發Ｘ光，損害癌細胞的DNA以殺死癌細胞或阻止其生長，可依照腫瘤形狀變更照射範圍，也可調控放射線強度，缺點是照射方向有限、精準度低。
4. 迦瑪刀：201顆鈷六十排列成球狀，發射放射線。針對腦瘤的治療，比起X光，更加準確，對表皮的傷害較小。
5. 電腦刀：可動式X光射線，定位腫瘤位置，以移動的機械手臂改變X光照射方向，減少放射線對健康細胞的傷害。
6. 螺旋刀：旋轉式X光射線，配合6D影像定位系統，X光束旋轉方位，降低對健康細胞的傷害。
7. 海扶刀：用超音波治療，精準度可集中到一個米粒大，但只能應用在靜止的目標，且需以水作為介質，應用不廣。
8. 質子刀：質子經過迴旋加速器產生帶電質子束，直接照射在腫瘤上，不像Ｘ光的能量隨距離下降，質子束在某個距離瞬間釋出能量，可以精準攻擊目標腫瘤，同時避免傷害健康的表皮細胞。

動手術也要開導航

開車在人生地不熟的地方，需要GPS將我們的位置顯示在地圖上，並且引導我們到目的地；治療腦瘤的手術，不僅像在玩電流急急棒，必須謹慎的擬定策略，小心翼翼走每一步，不能傷到脆弱的神經和血管，醫生用經驗斷定腫瘤位置，也像在未知國度找尋目的地一樣可能走錯路，因此醫生也需要導航指引腫瘤位置。在手術進行前，要先為身體做斷層掃描，製作「地圖」，將掃描的影像輸入電腦後，系統就像GPS的衛星，追蹤身體確切位置並結合身體地圖，放射機器得到身體地圖的資訊後，就能精確的瞄準目標。

影像定位系統不僅能用在放射線治療，也能用在其他外科手術。在脊椎打骨釘是風險很高的手術，若不小心傷到神經，可能損害運動能力，影像導航系統可以定位出脊椎的確切位置，提高準確度；相較於靜態的手術部位，在動態器官上進行放射線治療更為困難，肺部會隨著呼吸不斷的起伏，結合影像定位和X射線的電腦刀，可以及時追蹤變化的身體位置，在發射光束的前一刻瞬間更新定位，校正機械手臂的位置。

說到手術科技，不能不提到達文西機械手臂！外科醫生要執行大大小小的手術，大手術動輒好幾小時，醫生必須站在手術台旁，長時間低頭維持專注，非常耗體力，達文西機器人的引進，讓醫生可以坐在控制器前操控機器手臂，執行精密的微創手術較為輕鬆。達文西機器人的影像導引設備符合醫師的直覺動作，讓醫生能輕易上手，不僅可以為醫生節省體力，更延長了手部靈敏度逐漸下降的老醫生的執業年限，讓老醫生也能有第二春！因此醫院願意慷慨的投資這昂貴的醫療機器人。科學家仍持續研發醫療機器人的技術，未來醫生甚至可用google眼鏡和遙控器，在遠端操作機器人執行手術呢！

【關於 M. I. C.】 M. I. C.（Micro Idea Collider，M. I. C.）微型點子對撞機是 PanSci 定期舉辦的小規模科學聚會，約一個月一場，為便於交流討論，人數設定於三十人上下，活動的主要形式是找兩位來自不同領域的講者，針對同一主題，各自在 14 分鐘內與大家分享相關科學知識或有趣的想法，並讓所有人都能參與討論，加速對撞激盪出好點子。請務必認知：參加者被（推入火坑）邀請成為之後場次講者的機率非常的高！ 本場演講由科技部「科普資源整合運用推廣計畫」支持，PanSci泛科學與國家高速網路與計算中心共同舉辦。

本場演講由科技部「科普資源整合運用推廣計畫」支持，PanSci泛科學與國家高速網路與計算中心共同舉辦。感謝大邑文化支持科普好書 鐵與血之歌。歡迎大家到科技大觀園閱讀更多科學內容。

文 / 羅佩琪

唰──地脫下外套，露出胸前閃爍著耀眼藍光的弧形反應爐[1]，講者廖英凱還沒開口，就清楚揭示了今晚的演講主題：核能。

曾在《廢核大遊行》擔任公民審核四的講者，也曾主持網路社群《核能流言終結者》的對談，長期協助國內反核、擁核團體釐清核能議題中的科學論述，PanSci專欄作者廖英凱再次登陸PanSci M.I.C.[2]，嘗試放下社會火熱的反核、擁核對立，以「科學」為立場，分享（其實是澄清？）核能議題中的那些骯髒事。

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