南蘇丹大學仍然關閉

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

• 本文與台灣科技媒體中心合作，內文經泛科學改寫。
• 本文轉載整合自台灣科技媒體中心《「研究使用血液快速評估人體對新冠病毒的細胞免疫力」專家意見》
• 資料更新至 2022 年 6 月 14 日，完整文章請見上方連結

最近，國際期刊《自然生物科技》（Nature Biotechnology）發表研究，發現透過血液的 PCR 定量技術，加以分析與「Ｔ細胞免疫」反應有關的細胞因子「CXCL10」在血液中的濃度，可以有效反映出Ｔ細胞對新冠病毒（SARS-CoV-2）的免疫反應程度和持續時間，未來將有助於評估疫苗追加接種的優先策略。

體液免疫力 vs 細胞免疫力

台灣大學醫學院醫學檢驗暨生物技術學系副教授 蘇剛毅 說明：這篇發表在 Nature 子期刊：《自然生物科技》的研究，建立一套量化的「趨化激素」（chemokine）：CXCL10 訊息核糖核酸（mRNA）的快速檢測技術，來判定個體對於新冠病毒感染保護性的細胞免疫能力（cellular immunity），進而預測是否可能發生再感染的風險。

CXCL10 是一個受到新冠病毒感染後，抗原特異性Ｔ細胞釋放「伽瑪干擾素」（IFN-g）去刺激單核細胞（monocyte）產生的一種趨化激素，可評估個體在保護性的細胞免疫能力。

國立陽明交通大學臨床醫學研究所副教授 陳斯婷 表示：自新冠肺炎疫情延燒至今，對於免疫力的理解大多數屬於「體液免疫力」，亦及抗體產生及其中和性的效價。然而適應性的免疫力，包含細胞免疫力以及體液免疫力，兩者協力方可徹底清除病原菌感染，以及提供完整的記憶型免疫力。

由於體液型免疫力的分析方式較為單純，且所耗費的經費以及分析的技術門檻較低，僅使用血清及蛋白質抗原便可完成分析，因此是研究之初各單位爭相開發的分析模式。相反的，細胞型免疫力因為牽涉複雜的Ｔ細胞作用機制、預測蛋白質抗源的專一性，以及分析儀器的高度研究門檻，眾多原因使得相關的研究進展較為緩慢。

蘇剛毅副教授 認為，本研究重要性在於，有別以往是偵測病毒相關抗原、抗體、核酸，更進一步了解個體本身對抗病毒的免疫能力，除了有助了解本身抗病毒能力與感染風險外，亦可幫助疫苗施打策略以及評估追加劑的必要性。而隨著病毒變異株陸續產生，這也有助我們了解，感染後康復或接種疫苗者，對這些變異株是否仍具抵抗力。

研究過程是什麼？

先前 2020 年 11 月，南非的研究團隊率先發表研究，以 SARS-CoV2 相關蛋白質刺激受試病患的血液樣本，再以高階的細胞分析儀器（高階多色流式細胞分析儀），找出血液中針對新冠病毒的Ｔ細胞活化的標幟，並以新冠病毒檢測陽性之病患與健康的人交叉比對，確認可成功分析有 SARS-CoV2 專一性的活化型Ｔ細胞群^[1]。

2022 年 6 月，紐約西奈山伊坎醫學院團隊的發表文獻，主要是採用上述團隊利用血液樣本的方式分析特定Ｔ細胞活化的標幟，但是分析Ｔ細胞活化的方式改用行之有年的一種快速的定量 PCR 方法，合併分析共同存在血液中的另一種免疫細胞（單核球）的特定基因表現（CXCL-10），此特定基因表現量會受到Ｔ細胞活化後產生的訊息（第二型干擾素）所調節，因此當共同存在血液中的免疫細胞接收到Ｔ細胞活化釋放出的訊息後，會讓此特定基因表達增加。因此團隊先透過分析各組別中血液的基因相關檔案，挑出這基因做為Ｔ細胞活化的替代標幟。

這個基因標幟在免疫學中並不陌生，但是團隊從各種 COVID19 病人及疫苗注射後的健康族群採樣，以上述方式分析後，得到這個具有統計意義的交集。團隊有鑒於此方法可能在專一性及敏感度稍嫌不足，因此也將測試結果與其他傳統的分析方式進行比較。

結果顯示，快速測試特定的標幟基因，與傳統方法分析Ｔ細胞的敏感度及專一性相當接近。

這種檢測方法有風險嗎？

陳斯婷副教授認為：

• (1) 本研究雖然使用血液檢體，但仍必須經過傳統的Ｔ細胞活化流程後，包含後續的定量 PCR 分析，耗時大約兩個工作天。
• (2) 用極少量的血液（2 uL）且不抽取 DNA，直接定量分析，在台灣的檢驗量能及學術單位並不普遍，若想開發仍必須熟練此技術的操作。
• (3) 利用其中一種免疫細胞的基因表現，間接做為Ｔ細胞活化的替代性指標，若遇到Ｔ細胞活化的反應不明顯時，可能會呈現誤差，不如單純分析Ｔ細胞來得精準。
• (4) 每一種蛋白質抗原由特定分子較小的胜肽所組成，會引起特定的Ｔ細胞反應，但這些胜肽片段都是經由電腦模型模擬預測並經過實際驗證後才能得知，才有助分析專一性Ｔ細胞的免疫力，而不是直接從現有資料庫就可以得到。

蘇剛毅副教授則表示，這篇研究結果確實可以輔助醫師、感染者甚至衛生主管單位在治療與防疫上的策略。但我們也必須要了解幾件事：

• 人體免疫系統受到任何內在、外在的刺激時，本來就會產生許多分子去因應，雖本研究是利用新冠病毒的「特異性抗原」誘發免疫系統，但研究中觀察Ｔ細胞是出的細胞因子「伽瑪干擾素」與單核細胞細胞因子「CXCL10」並非只受到新冠病毒刺激才產生，本研究並沒有評估新冠病毒以外的感染源或其他生理病徵影響。因此在臨床應用上，需要考量受測者的背景因素甚至疫情發展。
• 免疫反應伴隨的「細胞激素」或「趨化激素」，在數量上都需要受到適當調控，過多或過少都會造成身體的傷害，如果本研究在數量上面可以進一步探討決策閾值的問題，將更有應用性
• 本研究應用主要仍在輔助性評估，對於防疫與治療而言，還是需要遵照常規病毒檢測、生活防疫、疫苗接種等措施。

研究原文

• Schwarz, Megan., et al. (2022) “Rapid, scalable assessment of SARS-CoV-2 cellular immunity by whole-blood PCR.” Nature Biotechnology. https://doi.org/10.1038/s41587-022-01347-6

參考文獻

• [1] Riou, C., Schäfer, G., du Bruyn, E., Goliath, R. T., Stek, C., Mou, H., Hung, D., Wilkinson, K. A., & Wilkinson, R. J. (2022). Rapid, simplified whole blood-based multiparameter assay to quantify and phenotype SARS-CoV-2-specific T-cells. The European respiratory journal, 59(1), 2100285. https://doi.org/10.1183/13993003.00285-2021

「為了健康，少吃一點」

似乎為了更健康，就得閹割自己的欲望、執行嚴苛的節食。如果能找到一種「不放棄美食」且可行性高的健康飲食法，該有多好～

食慾和健康，永恆的對抗

透過間歇式進食（或稱斷食法），進而降低糖尿病、心血管疾病的風險（或減重），是許多人的願望。

而坊間的斷食法很多，如：極度嚴苛的隔日斷食法（一日正常飲食、隔日禁食）、5：2 斷食法（一週裡 5 天正常飲食，另 2 天只能攝取極低熱量）、較人性化的 168 斷食法（一日裡，僅 8 小時能用餐）等。其目的是增加、拉長每日裡的飢餓時段，使身體有較長的時間處在低血糖濃度的狀態；進而強迫身體減少對葡萄糖的依賴和代謝，轉向消耗脂肪。

而斷食法好像真有健康上的好處。在動物模型裡，此法可增加心臟健康、降低癌症機率，甚至延長動物的壽命 ^[1]。而在人類試驗裡，雖然試驗仍不夠多，但似乎可提高人體對胰島素的敏感度、減輕體重、改善血壓，甚至抑制食慾等優點 ^[1]。

然而，美國科學家針對斷食法進一步研究後認為，關鍵似乎不是「少吃一點」，而是「在正確的時間吃」。

現代人，幾乎醒著的時間裡，都在吃

人類和其他動物一樣，都有固定的生理時鐘、生活作息，通常是日出而活躍、日落而漸寂。體內各種內分泌，如：胰島素的濃度，也依循晝夜規律而起伏循環。因此，若能讓進食時間配合內分泌系統活躍時段，也許可最大幅度地提高身體處理食物的效率 ^[2]。

然而，現代人類已處在衣食無缺的世代，我們幾乎無時無刻都在吃。2014 年的報告發現，多數美國人一天裡的用餐時間超過 12 小時 ^[1]，換言之，身體有極長的時間裡都處在「進食中」的狀態（我覺得台灣人應該也差不多，台灣人在吃東西層面裡，無敵方便）。

因此，為了探究斷食法＋晝夜作息的好處，美國科學家依循人類正常生理時鐘、規劃了新的斷食法，希望一探新斷食法的好處。

「日出就吃、日落就不吃」—— 8 個男人、超過四個月的試驗

美國阿拉巴馬大學研究團隊，認為「隨著人類天生的作息吃飯」是健康的關鍵。為了排除「因斷食而吃較少」對結果的影響，因此他們希望在「攝取總熱量不變」的前提下，「只改變『什麼時候吃飯？』」、來研究調整用餐時間所帶來的好處。

團隊所規劃的新斷食法——eTRF（early Time-Restricted Feeding），是早上 7 點用早餐、9 點用中餐，和下午 1 點用晚餐；換言之，一日維持三餐、但僅 6 小時進食，且嚴格限制在早晨起床後的 6 小時內。

團隊設計了臨床試驗，受試者必須接受長達 5 週的 eTRF 斷食法，然後讓身體休息 7 週，再接受 5 週的普通飲食法（早上 7 點用早餐、下午 1 點用中餐，和下午 7 點用晚餐；換言之，一日維持三餐、用餐時間恢復為 12 小時，其他條件不變）。實驗期間須嚴格遵守飲食（不能亂吃、偷吃），每餐都由實驗室提供 ^[註1]、必須在實驗室人員監視下完全吃完。並且睡眠時間、運動都受到嚴格控制。

招募之初有九百多人應徵，最終僅 8 人完成實驗。結果於 2018 年刊在《細胞代謝／Cell Metabolism》科學期刊上 ^[3]。

受試者樣貌

共有8名成年男性完成試驗 ^[註2]，其他資訊如下：

• 年齡：56±9 歲
• BMI（身體質量指數, Body Mass Index）：32.2±4.4 kg/m²（正常：18.5~24。過重：24~27。輕度肥胖：27~30。中度肥胖：30~35。重度肥胖：超過35）
• 空腹血糖為 102±9 mg/dL（糖尿病前期：100~125。糖尿病：126以上）
• 口服葡萄糖耐受試驗，第 2 小時血漿血糖為 154±17 mg/dL（異常：140~200。糖尿病：200以上）
• 空腹胰島素為 25.1±14.5 mU/L

因此可以發現，本次實驗的受試者，也是慢性病高風險者、糖尿病前期之肥胖患者。換言之，若 eTRF 斷食法對他們的健康有幫助，就有機會幫助許多處在疾病前期的人，扭轉病情、恢復健康（在台灣，約四分之一的成人是糖尿病前期患者）。

結果 —— eTRF 斷食法，提高人體的胰島素敏感性

糖尿病的病徵，是人體失去控制血糖的能力，而其病因之一是胰島素敏感過低、人體需要更高的胰島素，才能喚醒細胞吸收糖分子、降低血液裡的糖濃度。

在試驗結果中發現，eTRF 斷食法不影響血糖值、變化趨勢，但降低了體內胰島素濃度（提高胰島素敏感性）。如圖 2A、B，在口服葡萄糖耐受試驗（Oral Glucose. Tolerance Test，OGTT） ^[註3]結果發現，血糖變化並無差別；換言之，eTRF 斷食法沒有影響血糖變化。但在胰島素濃度層面，有了極佳的發現。相較於普通飲食，eTRF 斷食法期間，空腹、及 OGTT 試驗的第 60、90 分鐘，其胰島素濃度更低（圖 2C、D）。換言之，eTRF 斷食法，使人體能用更低的胰島素、控制體內的血糖，提升人體的胰島素敏感性 ^[註4]。

結果 —— eTRF 斷食法，大幅降低血壓

而在心血管疾病的風險層面，eTRF 斷食法顯示了紓緩高血壓疾病的潛力。如圖 3，受試者的早晨收縮血壓和舒張血壓，在 eTRF 斷食法期間分別降低 11±4 mmHg （p=0.03）和 10±4 mmHg（p=0.03）。這是極為驚人的降幅，其效果和服用高血壓藥物差不多。目前不清楚血壓降低的原理，可能是胰島素降低的後續效應，也可能是採行了更正常的作息後，排泄系統有更多能力調解體內滲透壓 ^[註5]。

結果 —— eTRF 斷食法，反而更不餓！

節食最大的敵人就是食慾！在自我評量裡（圖 4） ^[註6]，相較於普通進食，受試者在 eTRF 斷食法期間，夜晚的食慾更低、飢餓感更少、飽足感更高。換言之，eTRF 斷食法不僅可行，更可能降低深夜的食慾、進而遏止邪惡消夜的欲望！

小結論和研究限制

斷食有用嗎？研究結果指出，關鍵是「何時吃」！依循正常的生理時鐘，設計的新斷食法（eTRF），告訴我們——「早點吃、更健康」^[註7]。

也有其他研究做出相異的結果。2022/04 於 NEJM 刊出的研究，以類似的進食方式在肥胖病人上進行研究。結果發現，限制進食時間不會展現更好的減肥效果。顯示此類議題仍相當複雜，有待科學界再釐清。

註解

• 註 1：每餐皆為 50% 的碳水化合物，35% 的脂肪，15% 的蛋白質。
• 註 2：干預進食對身體產生的變化，不同性別有相異的影響（如：女性通常比較難瘦下來）。故相關試驗多半會限制特定性別。
• 註 3：將 75g 無水葡萄糖溶於 300ml 水，並在 5 分鐘內喝完。喝之前、喝完後各個時間裡，抽血驗血糖，以判斷身體控制血糖的能力。異常：140~200 mg/dL，糖尿病：200 mg/dL以上
• 註 4：在 eTRF 斷食法和普通飲食的期間，受試者體重變化相似，顯示 eTRF 斷食雖然提高胰島素靈敏度，但不會影響體重。
• 註 5：但試驗也發現，eTRF 斷食法期間，三酸甘油酯、總膽固醇較高，研究團隊認為是體內提升分解、代謝脂肪後的現象，也認為需要更長時間、更多證據進行討論。
• 註 6：完成長達 5 週的飲食法，隔日立即進行自我評量。
• 註 7：此試驗僅針對糖尿病前期的成年男性（且人數甚少），其結論尚無法擴及女性或其他群體。在激烈地改變飲食習慣前，請先和醫護／營養團隊討論。

參考文獻

1. Humaira Jamshed, Robbie A. Beyl, Deborah L. Della Manna, Eddy S. Yang, Eric Ravussin and Courtney M. Peterson. (2019) Early Time-Restricted Feeding Improves 24-Hour Glucose Levels and Affects Markers of the Circadian Clock, Aging, and Autophagy in Humans. Nutrients. https://doi.org/10.3390/nu11061234
2. Kelli L.Vaughan, Julie A.Mattison (2018) Watch the Clock, Not the Scale. Cell Metabolism. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.05.016
3. Elizabeth F. Sutton, Robbie Beyl, Kate S. Early, William T. Cefalu, Eric Ravussin, Courtney M. Peterson (2018) Early Time-Restricted Feeding Improves Insulin Sensitivity, Blood Pressure, and Oxidative Stress Even without Weight Loss in Men with Prediabetes. Cell Metabolism. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.04.010