臺灣萍蓬草

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

圖片來源：Lonesome George: Galapagos tortoise ‘was not the last of his kind’

2012年6月，厄瓜多爾的加拉巴哥國家公園宣布了平塔島陸龜（Pinta Island tortoise）中的最後一隻老陸龜－寂寞喬治（Lonesome George）的死訊。科學家估計牠高齡100歲，並會進行解剖以確定死因。在沒有後代及同類的陪伴下，寂寞喬治成為世界上最稀有的生物。數十年來，保育人士嘗試將平塔島路龜與加拉巴哥群島上其他相似種的母陸龜進行配種，但都沒有成功。

根據官方的說法，喬治被照顧他40年的管理員福斯發現死於畜欄中。雖然無法得知牠確切的年齡，只能估計牠是大約100歲的青少年，因為這種陸龜能活超過200歲。牠在1972年時被一位匈牙利科學家發現於加拉巴哥島上，隨著保育人士發現牠的同類 Chelonoidis nigra abingdoni 都已經滅絕了，喬治成為加拉巴哥島生殖計畫的一員。在與來自鄰近的沃夫火山（Wolf volcano）的母陸龜同居15年中，喬治雖然有與牠交配，但產下的蛋皆沒有孵化。同時牠也與基因相似度最高的艾斯潘諾拉島陸龜（Espanola Island tortoise）同居過，但卻無法成功交配。

喬治成為加拉巴哥島的象徵，每年吸引180,000人前往遊覽。牠的死亡意味著平塔島陸龜的絕跡，牠的屍體將以防腐保存留給後人紀念。在19世紀末之前，加拉巴哥島上有相當多的陸龜，但隨著水手及漁夫的捕食以及引進羊隻至本島嚴重破壞牠們的棲地，漸漸導致牠們滅絕。

加拉巴哥群島之間陸龜的外觀差異幫助達爾文（Carles Darwin）完成他著名的演化論（Theory of Evolution）。目前約有20,000隻其他不同種的陸龜存活在加拉巴哥群島上。

今年7月18日，美國自然史博物館（American Museum of Natural History, AMNH）公布寂寞喬治的標本製作照片。

為喬治量身打造的貨櫃今天送到美國自然史博物館，喬治約1.5米長，90公斤重。

拆除濕衣服、棉布及塑膠袋的包裝後，可以見到冷凍的喬治。

標本師傅測量喬治的各項數值，作為製作複製標本時的依據。

待喬治解凍後，標本師傅將牠的頭及前肢浸在海藻酸鈉（alginate）中（就是建齒模的那種材料），這個鑄模清楚的表現喬治的皮膚構造，並以包裹的方式架構出喬治的基本輪廓。

標本師傅以聚酯樹脂製作了許多頭與前肢的複製品，作為鑄模。

參考資料：

1. Autopsy finds tortoise Lonesome George died of old age. FoxNews[26 June 2012]
2. Last Pinta giant tortoise Lonesome George dies. BBC News[24 June 2012]
3. last of its kind tortoise gets royal treatment taxidermists[slide show]. Scientific American[18 July 2013]

延伸閱讀：

• 什麼？平塔島陸龜並沒有絕種！Lonesome George: Galapagos tortoise ‘was not the last of his kind’

台灣萍蓬草
是花還是草
長在水中央
亭亭玉立風情好

台灣萍蓬草
越來越稀少
何處尋芳蹤
千山萬水路迢迢

台灣萍蓬草
戀戀美麗島
但願永綻放
它是我們的國寶

「風微微，風微微，孤單悶悶在池邊，水蓮花，滿滿是，靜靜等待露水滴….」
一首台語老歌–孤戀花，歌詞中的水蓮花就是它–台灣萍蓬草

第一批到達太平洋群島的人類（筆者按：應為南島語族 Austronesian），也造成了許多鳥類的絕種。究竟有多少種鳥在那段時間絕種？因為沒有化石紀錄，因此數量變得難以估計。最近在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)發表的研究結果估計，我們的老祖宗們大約造成了1000種鳥類的滅絕，這個數字約佔全世界鳥類的十分之一。

人類不論到了哪裡，總是會引發物種的滅絕。比較常見的是陸生動物（如長毛象、恐鳥）因人類的狩獵行為而滅絕：例如四萬年前發生在澳洲的大型動物滅絕事件，以及一萬到兩萬年前發生在北美的大型動物滅絕事件，人類都脫不了干係。

同樣的，在三千五百到七百年前，當人類第一次到達斐濟、夏威夷等太平洋群島時，他們發現由於島上沒有掠食者，使得這些島上演化出了許多不會飛的胖鳥。這些鳥類在人類到來之後不多久，就因為狩獵以及農耕（刀耕火種）行為紛紛絕種了。

到底有多少太平洋群島上的鳥類，因為人類的到來而絕種呢？過去的估計，有人說八百種，有人說超過兩千種。坎培拉大學的Richard Duncan以及他的同仁們，決定要發展出個更好的方法來估算。

他們觀察了太平洋群島的269的島嶼中的41個較大的島上的不屬於雀形目(passerine)的陸生鳥類。由於非雀形目鳥類包括水鳥、鸚鵡、鴿子等，因為體型較大，容易成為狩獵的對象，同時骨頭也比較容易被發現。

接著他們利用現今仍存活、但是在化石中沒有被發現的鳥類種數佔所有現今仍存活鳥類種數的比例，建立一個統計的模型，來估計那些現在已經絕種或未發現（這裡的未發現應是IUCN的定義）的非雀形目鳥類數目究竟有多少。

估計的結果是，至少有983種，最多可達一千三百種的非雀形目鳥類在人類的遷移過程中絕種了；這個數目約當是目前世界鳥類種類的十分之一，跟過去估計的結果相差也不遠。

在Duke大學工作的Stuart Pimm認為，這代表了還有許多化石有待發現。筆者以為，人類的出現對世界各地的動植物都是災禍；具有骨骼的動物由於有機會留下化石，因此比較容易被發現、絕種的數目也較容易估計；但沒有堅硬骨骼的動物沒有機會留下化石，而植物在人類為農耕而放火焚燒森林的過程中，也不知有多少滅絕了？唉！

參考資料：

1. Scientists Gauge Ancient Die-Off of Pacific Birds – ScienceNOW