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

• 作者／顯微觀點
• 本文轉載自顯微觀點《影像設施當「自己研究」專訪顯微攝影競賽銀獎温榮崑》

2025 Taiwan顯微攝影競賽銀獎作品，如絢爛煙火綻開的影像，呈現的卻是共軛焦染色的果蠅腸道，透過多通道螢光標記出果蠅腸道細胞與組織的細緻分布。但這幅影像並不是刻意為之，拍攝者温榮崑表示，起初只是為了節省研究資源，在一張玻片上排列最多的樣本，卻意外拍攝出效果不錯的影像。

除了這屆獲得銀獎的作品，温榮崑也曾於2023年參賽，並獲得「優選」。當時，他將拍攝的海拉細胞命名為「James P. Sullivan」——怪獸電力公司裡的那隻「毛怪」蘇利文。不同屆的得獎作品，都展現出他饒富趣味的影像敘事。

無心插柳 拍出趣味作品

温榮崑現職為中央研究院生物化學研究所的研究助技師，為影像核心設施的管理者。這次參賽作品並非他的「研究主題」，而是他在「測試」儀器極限時無心插柳所拍攝出的作品。

「近期所上添購了新的共軛焦顯微鏡，所以來測試看看Z軸堆疊的成效以及動態拍攝究竟能有多快」，温榮崑表示為了能夠更了解機器的功能，因此他會自己製備或使用諮詢的樣本來測試在何不同條件下可以拍到的影像。

排列成環狀的果蠅腸道，除了是讓玻片中承載的樣本最大化，他表示也想看整段腸道不同區段之間的變化。至於影像中的顏色漸層，反映的是果蠅腸道內本身不同腸道細胞的功能分佈以及對氧化壓力（ROS）的不同反應。

這張影像同時標記了三種不同的螢光訊號：DAPI（藍色）標記所有腸道細胞的細胞核，GFP（綠色）表現於特定果蠅腸道幹細胞當中，Phospho-Histone H3（pH3，紅色）則用於觀察腸道幹細胞在氧化壓力下的分裂與增生。「這種漸層只有在把整條腸道拍下來時才看得出來。」

至於2023年的優選作品，温榮崑笑說，這也不是刻意為之，而是當時和影像分析同好討論到色盲友善（Colorblind-friendly）影像套色議題，便試著將不同的顏色套在海拉細胞的影像上。套到青色（Cyan）時覺得很像毛怪，便以此命名參賽。

把管理核心設施當作自己的研究

之所以親自拿樣本測試機器、和研究人員深入討論影像議題，來自於温榮崑對這份工作的理念。管理影像核心設施的温榮崑一開始並非「影像專門」或「光學」相關科系畢業，但一路從大學到研究生時期，他的研究一直都離不開生物影像，並在博士班期間一路以果蠅為主要模式生物進行研究。

接下影像核心設施工作後，温榮崑用「經營者」的角度看待這份工作，刻意拉開各項設備的功能定位，透過明確區分解析度、速度、活細胞適用性等，讓研究人員可以使用最適合的儀器進行研究。

近年，他也和中研院各研究所及台大醫學院等相關影像核心研究單位，共同建立影像分析社群EABIAS（東亞生物影像分析社群），積極與其他核心設施管理者交流經驗。

「這裡就是我的研究」，雖然最後沒有走上教職之路，温榮崑認為擔任研究技師反而可以接觸到各種不同面向的領域，做得更廣、更深，也能持續探索科學與美感交會之處。

延伸閱讀：

• 3D組織學技術突破舊有視野：專訪銀獎得主簡宏任

本文轉載自顯微觀點

「醜細胞」之美

2024 台灣顯微攝影競賽金獎「致命之美：癌細胞的雙面表演」清晰呈現癌細胞分裂前張牙舞爪的瑰麗生命力。作者何俊達身為神經科學領域的博士後研究員，拍攝這張獲獎照片的動機卻是興趣使然。

處在嚴謹專業的學術領域，何俊達不僅把顯微攝影看作必要的研究技術，也是他蒐集奇妙影像、磨鍊美感的方法。何俊達笑說，「細胞愈奇怪，我就愈喜歡。我有一個小資料夾，叫做 Ugly Beautiful Cell，專門放這些奇怪的細胞。」獲得金獎的乳癌細胞影像，就屬於這個珍藏資料夾。

何俊達說，「這張照片其實是無心插柳¹，我大概只花了 30 分鐘拍攝。第一眼只覺得『好怪，好漂亮！』後來嘗試不同套色的時候才發現，我拍得滿不錯。」他補充道，雖共軛焦系統得到的螢光訊號一開始僅是單色的，但使用者可自行選擇套色，而顏色的選擇就反映了這個人的色彩美學，還有當下對影像的感受。

^{1. 金獎作品之細胞材料由Ｄrexel University, the Romano Lab – Olivia El Naggar 提供，作者何俊達鳴謝其協助。}

這個資料夾舊名「Unknown Beautiful Cell」（UBC），後來何俊達想到「醜」的台語/閩南語（䆀，bái）諧音像「my」，改名為「Ugly Beautiful Cell」，台英混合就讀做「Bái/My Beautiful Cell」。

拍攝這幅影像時，他直覺「必須省略一些資訊，才能得到最好的畫面。」便取消細胞中心區域將近一半的顯微掃描。因此影像中細胞周邊放射狀的偽足（filopodia）骨架相當清晰立體，但是細胞中心的「屋頂」骨架卻並未呈現，觀眾能直接看穿細胞膜，視野直達癌細胞的生命中心。

這個細胞即將進行分裂，染色質逐漸凝聚成染色體，在核酸染色之下形成諸多鮮明的獨立色塊，而不是螢光均勻的常見細胞核。因為染色質（chromatin）只有在細胞複製期會疊合纏繞成染色體（chromosome），其餘時候四散分布在細胞核內。

何俊達強調，「這個影像是調整染色體疊合比例的成果，透過刻意減少一部分的疊合，反而可以讓不同深度的染色體看來更有稜有角、具立體感。疊加所有的Z軸影像，反而會讓畫面變雜亂」

何俊達的構圖想像力，源自他在大學時期對攝影的愛好。他感嘆，以前經常拍攝自然風景、人物等多樣題材，在博士班期間忙碌到必須擱置相機。「有一天我用著顯微鏡，忽然想到，這樣進行顯微攝影，我其實也是在拍攝風景！」他對攝影的愛好日漸投射到顯微攝影，融入他的科學生涯。

何何俊達與實驗室主持人穆琪教授攝於卓克索大學醫學院藥理與生理學系。 何俊達提供俊達得獎感言：「 感謝顯微觀點給我這個獎項，這個金獎對我而言意義重大。我的科學研究道路並不順遂，跌跌撞撞的也過了 20 年。從微生物學，病理學，到了神經科學，我一直都相信好的結果也必須使用好的呈現方法，不然只是孤芳自賞，所以不曾忘記磨鍊自己的取景視角以及畫面美感。
我發現「美」不必然只與正常的事物有關聯，只要細細地整理觀察，美其實存在於許多小角落中，包含癌細胞之中。最後，雖然無法親自領獎與大家討論細節著實可惜，但希望大家可以享受這個展覽，體會顯微世界的美好。」

用「美國時間」精進技術

在費城卓克索大學進行博士後研究的何俊達，也曾在台灣讀過生物領域的博士班，但他直言，他的顯微攝影技術在美國才得到大幅進展。

技術進步的最大關鍵，是在卓克索大學可以得到「自由使用顯微鏡的時間」。他說，「同仁都很準時下班，因此晚上我可以待在實驗室，自由使用共軛焦顯微系統，得到反覆trial and error的機會。」

例如，不同解析度、對影像反摺積（deconvolution）計算的次數，許多細微的差別只有在分析數據的時候才能發現。

何俊達指出，實驗室主持人穆琪教授（Dr. Olimpia Meucci）也不介意他下班後持續練習使用顯微系統。他說，「這邊的風氣比較寬容，很願意提供試錯的機會。嘗試很久也沒關係，能夠一起檢討、最後產出足夠的成果就好。」

對於晚間繼續操作顯微鏡的辛苦，何俊達笑稱，「一個留學生晚上就算只回家看電視，還是要花電費。我在實驗室用顯微鏡反而省錢。」這些摸索顯微技巧的時光省下多少電費是未知數，但是在後來的研究中大幅提升了影像處理的效率。

顯微攝影技術之外，何俊達也在穆琪指導下得到較多的實驗自由。他在台灣讀博士班時「感覺自己像是教授的手」，雖然看似對實驗方法有選擇空間，但實際上只能採用指導教授偏好的作法。

何俊達提及，他在美國遇到的教授通常不會對實驗方法直接提供選擇，因為許多學生的研究題目因為時代的不同，或許已經有了更新穎的工具可以回答，那他們自己對這些工具沒有使用的實際經驗，「他們會問『你想怎麼做？』然後爬梳這個提案的合理性、可行性，透過實驗設計的邏輯和經驗進行評估。」

他也坦承，在美國的生醫研究資源比較豐富，通常不用擔心經費。即使研究提案包含團隊裡無人熟練的技術，教授也通常樂意協助學生到其他實驗室去學習並合作，或是安排技師前來教學。

CXCL12：挽救認知衰退的細胞因子

2024 年夏天，何俊達終於獲得博士學位。他的研究集中於細胞趨化因子 CXCL12 如何調控神經細胞樹突棘（dendritic spines）生成及活動，並延伸到對腦皮層網絡結構的影響，未來可能成為腦部疾病的新藥物基礎。

樹突棘是神經元樹突上的小凸起，會與其他神經元的軸突末端形成突觸，接收外來訊號，是學習與記憶的基礎神經構造。新的體驗與學習行為，會讓神經元生成新的樹突棘。

何俊達以體外培養的方式純化大鼠腦部皮層的神經細胞，並使用顯微技術成像與量化分析觀察 CXCL12 分子，發現它可以促使樹突棘的新生成、導致樹突棘聚集密度增加，並穩定尚未完全成熟的樹突棘，以吸引更多的突觸蛋白質(synaptic protein)累積於樹突棘，進而得到穩定的突觸結構，鞏固神經之間的連繫。

同時，何俊達也以活體細胞成像方法，使用鼠腦急性切片（acute slice）觀察 CXCL12 的作用。他將實驗鼠大腦取出，迅速在低溫溶液中切片，浸入常溫人工腦脊髓液，以保持腦神經活性，確保在顯微鏡下觀察到腦神經接近活體的狀態。

這項技術對穆琪團隊而言相當新穎，何俊達說，「光是以類腺病毒將綠色螢光蛋白正常表現，且讓螢光能在樹突棘上漂亮表現出來，就花了我一整年的時間，連真正的實驗都還沒開始。」因為腦神經很脆弱，要找到能表現足夠螢光、同時維持神經活性的載體病毒種類、濃度並不容易。

HANDs：愛滋病毒對腦部的傷害

動物自然衰老或因疾病導致的腦部病變過程中，經常觀察到程度不一的樹突棘退化。例如阿茲海默症患者腦部經常出現嚴重的樹突棘減少、分布逐漸稀疏、萎縮等現象。而人類免疫缺乏病毒 （Human Immunodeficiency Virus/HIV）陽性的患者，也有可能會遭遇樹突棘構造退化，並發展出認知衰退障礙症（HIV- Associated Neurocognitive Disorders, HANDs）。

何俊達解釋說，「相對於台灣的肝病比例較美國多，美國則是 HIV 相關的疾病比台灣多上許多。雖然患者現在可以用雞尾酒療法抑制體內病毒的複製，血液中檢驗不出病毒量，但將近一半的患者可能因為潛伏在腦中的 HIV 出現神經發炎反應，導致神經細胞以及其樹突棘的退化，且我們已知這些退化現象與認知衰退有著高度相關性。」

他補充，自第一起美國的 HIV 病患開始（1980 年代），多數患者現在年事已高，臨床上不容易判定是腦部的自然年老衰退，或是 HIV 產生的病毒蛋白、甚至由於雞尾酒藥物本身導致神經元加速退化，但認知衰退是 HIV 患者間亟需正視的臨床現象。

同時，美國 HIV 患者的感染率與藥物濫用的問題有高度相關，鴉片類藥物與 HIV 可能同時對他們的腦部產生傷害。這個集體健康議題備受美國社會重視，穆琪實驗室選擇從藥理、神經生理層面切入研究，因此得到公共經費的充分支持。

博士的窄門長路

何俊達笑稱，他很感謝他太太沒有要他放棄博士班研究。他回憶道，「前年 12 月，我太太來美國找我慶祝聖誕假期，準備一起去德國再度蜜月。我因為實驗進度不夠，還跟她說『我會晚一點回家』，她難以置信我要晾她一人在家。」幸好在聖誕節之前，何俊達順利得到實驗成果。

何俊達能加入資源豐沛、自由度高的科學團隊，並非出自好運或美國遍地都是研究經費，而是經過明確的現實考量。他解釋說，「我知道這個團隊的興趣與我相符，並且實驗室經費資源以及系所資源多元豐富，才做出選擇的。申請的門檻與競爭當然也不容易。」

當年，何俊達決定中斷讀到第五年的本地博士班，轉投海外從頭來過。他笑說，「畢竟前一個博班只讀到一半，所以投了20多家學校，沒有一家要收我。」後來經過朋友介紹，他才知道卓克索大學醫學院重視藥理與生理，畢業校友在生醫業界有一席之地。因此他瞄準了資源充沛、志趣相符的穆琪團隊。

何俊達申請加入穆琪團隊的過程並不簡單，儘管那時何俊達已經在台大的博士班磨練了5 年，他並沒有直接取得博士班的入取許可，反而是先取得了碩士班的機會。他回憶，「為了把握這個機會，我只好貸款在費城讀碩士班。」

兩年後，何俊達與一位實驗室同儕競爭直升博士班的名額，這個轉換學程的考試，要在 3 周內寫 3 份報告，接著會有 3 位教授進行口頭審核。何俊達回想自己能獲得資格的原因，「這個考試看重的並不是答案完全正確，而是能解釋為什麼自己要這麼寫。」

科學家是幸運的一群

儘管博士班路程比一般人想像的路程更加漫長，剛獲得博士學位不久的何俊達認為，自己比起很多人已經相當幸運。

他坦言，相對於可以快速應用的工程科學，多數生命科學家的研究成果無法在幾年內應用到臨床情境、形成社會貢獻，卻能持續得到公共經費進行研究，其實是幸運又奢侈的職業。

何俊達說，「其實基礎科學家像是被社會寵壞的一群夢想家，社會不問實際回報地支持他們做自己熱愛的夢。我想，社會允許這樣的一群人存在，是因為其中偶爾有一個人會做出改變社會的巨大貢獻。」他補充，「現實一點，也可以看成是對社會進步的保險」

何俊達獲得台灣顯微攝影競賽金獎，除了獎金還包含一台解剖顯微鏡。這台顯微鏡將轉贈給他的姪子。何俊達說，姪子小時候很喜歡昆蟲，負笈海外之後不知道姪子還喜不喜歡觀察昆蟲，但希望這台顯微鏡可以維持他對自然與生物的好奇心。

何俊達分享道，「每個人都該有個不求回饋的興趣，沒人提供報酬也可以得到快樂的興趣，像是攝影和顯微攝影帶給我的滿足。希望這台顯微鏡可以啟發我姪子建立自己的興趣。」

本篇專訪的英文版：“Beauty” Exists Beyond the Norm: An Interview with Chunta Ho