在琥珀中發現的化石，不只是蚊子血

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

來自悅知文化的編按：
城市中突然出現了一扇門， 門內是一條通往下方的樓梯！啊！原來這是一個「地球的階梯」。每下一層階梯，都將迎來不同時期的生物與環境，透過松岡老師精美的繪圖，孩子們得以加深每一層的印象。另外，書中還有位地球博士，適時地補充該時期的生物與環境等知識內容，你將發現原來鳥曾經是恐龍！生命的起源，竟是在有毒的水中誕生！
當你以為已經走向地球深處時，沒想到仍只來到 7000 萬年前……別停下來，旅程還很長，地球階梯繼續延伸，和我們一起洞悉地球生命歷史吧！

【本書特別邀請國立臺灣大學生命科學系．蔡政修副教授協助審定】

6600 萬年前

大約在 6600 萬年前，宇宙中有一顆小行星撞擊到地球，導致地球被大量的灰塵覆蓋著。灰塵遮蔽了太陽光，包含恐龍在內的緒多生物，都因此而滅亡。

7000 萬年前｜白堊紀

在「白堊紀」末期，地球變得越來越寒冷。因此，有些科學家認為，暴龍的部分身體，可能覆蓋著跟鳥一樣的羽毛。

3 億 7000 萬年前｜泥盆紀

從這裡開始，我們必須潛到海底，所以請穿上潛水服。請不要懷疑，狗狗也要穿。遠古時代的海洋，真是相當精彩呢！

魚石螈的體長大約 1 公尺，是一種兩棲類動物。牠類似現代的山椒魚（Salamander），卻有 7 根指頭。

——本文摘自《地球的階梯》，2024 年 9 月，悅知文化，未經同意請勿轉載。

• 作者／瑞秋・金（Rachel King）
• 譯者／林潔盈

仿製琥珀

雷斆文中的琥珀指血紅色的琥珀。後來的作家用「蜜蠟」描述混濁的黃色琥珀。¹ 大約在一一〇〇年，宋代醫者寇宗奭寫道，中國西部使用的琥珀從「不均勻的蒼白」到「明亮清澈」皆有，而中國南方使用的則是「顏色深而混濁」。² 寇宗奭顯然很熟悉波羅的海琥珀與緬甸琥珀的不同外觀。緬甸琥珀與呈明亮藏紅花黃色或白色的琥珀色鈣鋁榴石不同，顏色可以從深棕色到非常淡的雪莉酒色，有時甚至像亮紅色，或是有鮮奶油倒入咖啡的漩渦紋路。更後來的文獻繼續將琥珀與水進行比較。其中一本寫於十八世紀關於葡萄牙人定居澳門的編年史，曾論及作為葡萄牙商品的水與金琥珀，讓紅色類型琥珀可能源於歐洲的觀點更具說服力。³

歐洲人仿製琥珀的配方側重於黃色與淨度——這是波羅的海琥珀的特點，也是他們最熟悉的類型。他們鮮少提到再現斑紋或漩渦，對於模仿形狀說得更少。法國天文學家暨醫生安東．米索（Antoine Mizauld）提出的配方特別有名，也許是因為他提出了一種可供調整以仿造任何寶石的基本混合物。米索以琥珀為例：

各位可以如此偽造琥珀。先把白水晶（石英）打成非常細的粉末備用，取蛋白……，不停攪打並將泡沫弄掉，打到蛋白變成水狀；加入前述的粉末混和均勻，如果想做黃色的琥珀，則再加入少許藏紅花細粉，然後把混和物放入中空的蘆葦稈裡，……準備一些小玻璃瓶，把混和物放在滾燙的熱水中，直到他們變硬成形，再把它們拿出來，放在大理石上磨成你喜歡的形狀。⁴

米索也概述了過濾混合物以確保透明度的方法，以及如何形塑與乾燥以做成珠子和刀柄。這裡用了藏紅花，但其他配方則用了薑黃。一篇中國古代文獻建議加入魚卵。⁵ 二〇二〇年春天，赫爾辛基（Helsinki）的研究人員按照近世的仿造琥珀配方進行實驗，結果令人著迷。⁶ 製成的一些物質，儘管可能有點黏，卻是非常令人信服的琥珀替代物；部分在幾天內發了黴，不得不丟棄。相形之下，早期歐洲幾乎沒有模仿白色琥珀（圖 46）的配方，白色琥珀通常為普魯士統治者的御用品，也是藥用首選，不過確實也有一些方法能將黃色琥珀變白，例如放在鹽水中煮沸。

人們也會將琥珀放進油裡煮，讓外觀更加清澈，如果琥珀因為年久而裂開或發紅，也可以藉著這種方法復原外觀。十七世紀末，工匠克里斯蒂安．波爾希寧（ChristianPorschinen）運用這種方法製作出琥珀鏡片與琥珀菱鏡，其工藝的知識基礎在於，將已切割和拋光的琥珀放入油中烹煮能夠漂淺琥珀的顏色。⁷ 油煮琥珀也可以替琥珀著色。此法已為羅馬人所知，後來於十八世紀重新發現，這讓琥珀可以染成「紅色、藍色、綠色等」，也能做成類似其他石材的模樣。⁸

重量與可溶性

琥珀非常輕，會浮在鹽水上，有人甚至說會浮在啤酒上；一個成功的仿製品不僅要模仿顏色與淨度，也得模仿這個特質。有些配方給出了讓人可以計算後續體積的量。某個配方建議用三十公克櫻桃樹脂、六十公克阿拉伯膠與十六個蛋黃做成黏稠的混合物。⁹ 如此一來大約可得到四百公克的濕混合物，乾燥後可能比琥珀的重量稍重。在赫爾辛基的實驗中，正是這種類型的配方會做成導致發黴的團塊。在其他情況下，特別是使用石英粉的配方，重量會是露餡之處。可溶性也會出賣最終產物。

眾所周知，仿製琥珀在水裡會有不同的表現，而正是出於這個原因，十六世紀作家休．普拉特（Hugh Plat）警告他的讀者，仿製琥珀一定要在室內使用。¹⁰ 從當代歐洲現存仿製琥珀數量並不多的情形來看，耐久性顯然也是個問題。¹¹

氣味

除了外觀與重量以外，假琥珀的氣味是另一個挑戰。一份原始資料說明了複製真琥珀氣味的高難度，強調這個特徵可能特別有助於辨識假琥珀。¹² 真琥珀因其香氣而珍貴，古羅馬作家馬提亞爾（Martial）曾經把琥珀的香氣比作情人的吻。¹³ 後來的歐洲史料將其描述為甜美的，並以松樹的氣味比擬。還有說琥珀聞起來有苦味，並將它比作瀝青。也有人說琥珀的氣味隨著顏色而變。在德國的薩克森，蓋歐克．鮑爾發現白琥珀最令人愉悅，但表示所有的琥珀都具備沒藥的味道。¹⁴ 部分中國文獻討論到芳香琥珀。有人認為芳香琥珀是非化石樹脂，如同沒藥。十七世紀法國學者塞繆爾．恰普佐（Samuel Chappuzeau）雖然未曾造訪中國，但他評論了將琥珀扔進香罐以釋放其氣味並點燃火焰的做法，認為這種操作解釋了中國商人在巴達維亞（Batavia，今雅加達）從荷蘭人手中大量購買琥珀的情形。¹⁵

——本文摘自《琥珀之書：傳承萬物記憶、透視歷史風貌的永恆傳奇》，2023 年 9 月，積木文化出版，未經同意請勿轉載。

註解

1. 許曉東，《中國古代琥珀藝術》 (Zhongguo gu dai hu po yi shu/Chinese Ancient Amber Art) (Beijing, 2011), p. 6.
2. Laufer, Historical Jottings, p. 219.
3. 同上，p. 242.
4. 這個英文譯本來自約翰．雅各布．韋克（Johann Jacob Wecker），Eighteen Books of the Secrets of Art and Nature (London, 1660), p. 233.
5. Laufer, Historical Jottings, p. 218.
6. ‘Refashioning the Renaissance Team, Imittion Amber and Imitation Leopard Fur’, www.aalto.fi, accessed 19 September 2021; Sophie Pitman, ‘Una corona di ambra falsa: Imitating Amber Using Early Modern Recipes’, www.refashioningrenaissance.eu, 30 April 2020.
7. Johann Heinrich Zedler, Grosses vollständiges Universal Lexicon aller Wissenschafften und Künste (Halle and Leipzig, 1733), vol. III, col. 1401.
8. Johann Christian Kundmann, Rariora naturae (Wrocław and Leipzig, 1726), pp. 219–26.
9. John Houghton, A Collection for the Improvement of Husbandry and Trade (London, 1727), vol. II, p. 64.
10. Hugh Plat, The Jewell House of Art and Nature (London, 1594), pp. 67–8.
11. 關於這些資料來源的進一步細節， 參考 Rachel King, ‘To Counterfeit Such Precious Stones as You Desire: Amber and Amber Imitations in Early Modern Europe’, in Fälschung, Plagiat, Kopie: künstlerische Praktiken in der Vormoderne, ed. Birgit Ulrike Münch (Petersburg, 2014), pp. 87–97.
12. Stanislaus Reinhard Acxtelmeier, Hokus-pokeria, oder, Die Verfälschungen der Waaren im Handel und Wandel (Ulm, 1703), p. 24.
13. D.R.S. Shackleton Bailey, trans., Martial: Epigrams, 3rd edn (Cambridge and London 1993), vol. I, bk III, epi. 65.
14. M. C. Bandy and J. A. Bandy, trans., Georgius Agricola: De natura fossilium (Textbook of Mineralogy) (New York, 1955), p. 77.
15. Adrian Christ, ‘The Baltic Amber Trade, c. 1500–1800: The Effects and Ramifications of a Global Counterflow Commodity’, MA thesis, University of Alberta, 2018, p. 112.