保護青少年，從共進晚餐開始

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／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《轉骨有效嗎？鼻子過敏會長不高？幾歲最佳？張若偉中醫師解析登大人N個成功關鍵》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「曾經遇過一位唸國二的男生，身高僅約 150 公分，不過他來就診的原因是常常感到胸口悶痛。」張若偉中醫師表示，「經過診察後，我發現他有胃食道逆流的問題。」

因為孩子不太會表達，所以問題也就一直沒有解決。張若偉中醫師說，當時幫他從調整腸胃功能下手，經過調養後不但胸口悶痛改善了，身高也慢慢進步，目前已達 165 公分，讓家長又驚又喜。

轉骨期「三大關鍵」：營養、運動習慣、睡眠品質

影響小朋友身高與體格發育的因素，大致可以分為先天因素與後天因素。張若偉中醫師說，其中，遺傳是最重要的先天因素，也就是從父母繼承來的基因。至於後天因素，則包括營養、運動習慣、睡眠品質等。若孩子有一些先天性疾病，或在發育過程中出現內分泌異常，也可能對身高產生影響。

值得一提的是，後天因素中有一項是每個人都能掌握的關鍵，那就是「睡眠」。張若偉中醫師強調，睡眠對於身高非常重要，因為入睡之後，腦下垂體會分泌生長激素，而生長激素正是促進骨骼與身體發育的重要因子。因此，充足且良好的睡眠會大大提升孩子長高的機會。

建議要在晚上十點前就寢，並能睡滿 8 個小時。張若偉中醫師說，如果因為學業壓力、玩遊戲、滑手機而經常熬夜，影響睡眠品質，可能對身高發育造成不利影響。

如果孩子有鼻子過敏、氣喘、異位性皮膚炎等問題，都可能破壞睡眠品質，進而影響身高發育。張若偉中醫師提醒，如果有相關問題，通常需要及早處理，有助提升孩子的發育潛力。

盡早發現，盡早治療

青春期是非常重要的成長期，身高快速增加，因此我們特別強調「轉骨」的重要性。張若偉中醫師說，男生的青春期大概從 11 歲開始，女生的青春期大概從 10 歲開始。男生會逐漸出現喉結、聲音變粗等，女生會出現乳房發育與月經來潮等。

家長一定要密切觀察孩子的發育狀況，如果 6 歲以上的男生或女生，一年長高不到 4 公分，或身高落在兒童生長曲線圖中第三百分位以下就要帶孩子去兒童內分泌科就診，進行評估與諮詢。及早尋求醫療專業評估，就有機會更好地把握孩子的黃金成長期。若拖到骨頭的生長板癒合，便無法繼續長高。

對於孩子的轉骨發育，中藥與針灸可以提供輔助，張若偉中醫師說，中藥材含有成長所需的營養成分如鈣、磷、鋅、鐵、蛋白質等，在發育時期也常使用幫助補腎、健脾益氣、活血行氣、促進骨骼發育的藥材。

補腎類藥材：包括杜仲、肉蓯蓉、菟絲子、巴戟天等。

健脾益氣的藥材：包括黃耆、茯苓、黨參、白朮等。

活血行氣的藥材：包括當歸、川芎、丹參、川七、柴胡等。

促進鈣質吸收的藥材：包括補骨脂、龍骨、牡蠣、阿膠等。

幫助骨骼細胞分裂的藥材：包括熟地、赤芍、續斷、木瓜等。

轉骨期黃金關鍵！中藥 ＋ 針灸助攻骨骼發育

在針灸方面，會以大腿、小腿的穴道為主，例如足三里、三陰焦、太衝、湧泉、承山、委中等。張若偉中醫師說，一般是每週針灸 1-2 次，若不敢接受針灸，可以利用原子筆的鈍端按摩刺激，並搭配中藥服用。

在飲食調養方面，需要特別注意幾個關鍵營養素的攝取。張若偉中醫師說，首先，蛋白質的攝取非常重要，因為蛋白質是身體成長與組織修復的基本原料。此外，鈣、鋅、鐵等礦物質，對於骨骼成長也有幫助，這些都會影響孩子的整體發育與身高成長。

「建議以天然食物為主來營養來源，在日常飲食中獲得營養，對身體而言會更自然、穩定。」

張若偉中醫師說，「雞蛋、豆腐、瘦肉、魚肉是優質蛋白的來源；牛奶、優格、起司皆富含鈣質，幫助骨骼發展；小魚乾、海藻含有豐富鈣與碘。口味上盡量以清淡為主，避免過多的糖、調味與油炸。均衡飲食對於孩子的生長發育非常重要！」

在日常生活方面，建議維持正常作息、不要熬夜，在晚上十點前就寢，睡足 8 個小時。張若偉中醫師說，規律運動有助於成長發育，如游泳、慢跑等，能夠促進血液循環，也能安全地刺激骨骼發育。要盡量避免運動傷害，或過度訓練，以免傷及骨骼發育區域，而影響骨骼正常生長。

筆記重點整理

• 影響小朋友身高與體格發育的因素，大致可以分為先天因素與後天因素。其中，遺傳是最重要的先天因素，至於後天因素，則包括營養、運動習慣、睡眠品質等。
• 青春期是非常重要的成長期，身高快速增加。男生的青春期大概從 11 歲開始，女生的青春期大概從10歲開始。男生會逐漸出現喉結、聲音變粗等，女生會出現乳房發育與月經來潮等。
• 家長一定要密切觀察孩子的發育狀況，如果 6 歲以上的男生或女生，一年長高不到 4 公分，或身高落在兒童生長曲線圖中第三百分位以下就要帶孩子去兒童內分泌科就診，進行評估與諮詢。及早尋求醫療專業評估，就有機會更好地把握孩子的黃金成長期。若等到骨頭的生長板癒合，便無法繼續長高。
• 對於孩子的轉骨發育中藥與針灸可以提供輔助，中藥材含有成長所需的營養成分如鈣、磷、鋅、鐵、蛋白質等，在發育時期也常使用幫助補腎、健脾益氣、活血行氣、促進骨骼發育的藥材。在針灸方面，會以大腿、小腿的穴道為主，例如足三里、三陰焦、太衝、湧泉、承山、委中等。
• 在日常生活方面，建議維持正常作息、不要熬夜，在晚上十點前就寢，睡足 8 個小時。規律運動有助於成長發育，如游泳、慢跑等，能夠促進血液循環，也能安全地刺激骨骼發育。

• 本文轉載自 Care Online 照護線上《轉骨有效嗎？鼻子過敏會長不高？幾歲最佳？張若偉中醫師解析登大人N個成功關鍵》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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• 蔡宇哲／心理學博士，主持 podcast 《哇賽心理學》與《睡眠先生的活力學》。

Take Home Message

• 美國眾議院在 2020 年決議將每年 9 月的第三週訂為「學生睡眠健康週」；臺灣教育部也在去年宣布取消高中早自習，希望青少年可以多睡一點。
• 多項國際研究發現，青少年睡眠不足會影響注意力、學習、記憶，連帶牽動到學業成績，甚至還可能影響情緒調節與自我控制能力。
• 研究發現，延後上學提升了學生的學業成績、出席率、準時上課率，並降低睏睡度；但學生對於「睡眠是否重要」的概念也會影響延後上學帶來的幫助。

教育部在去（2022）年宣布，在 111 學年度開始取消高中早自習，學生只要在上午 8 點前到校即可，希望藉由調整上學時間讓青少年能睡多一點。不過這項措施並未得到所有人的認同，尤其是華人文化一直以「勤奮」為勉，像成語焚膏繼晷、懸樑刺骨等都隱含著睡得少才會有成就的意涵。家長與老師也常以此來勉勵國高中生努力讀書。然而，這樣的傳統觀念在睡眠科學的檢驗下卻是大錯特錯。

睡眠不足將影響青少年的身心理

2020 年，美國眾議院決議將每年 9 月的第三週訂為學生睡眠健康週（Student Sleep Health Week, SSHW）。不僅如此，美國睡眠醫學學會（American Academy of Sleep Medicine, AASM）也在去年 9 月 12～18 日進行相關倡議。

不過他們為什麼要特地宣導？主因為美國國家睡眠基金會（National Sleep Foundation）統整的研究報告經專家討論後，提出青少年每日應睡 8～10 小時、平均睡眠時數達到 9 小時的建議。但美國疾病管制與預防中心（Centers for Disease Control and Prevention, CDC）的數據卻顯示，有將近八成的中學生呈現睡眠不足的狀態，因此美國政府希望能透過政策與教育推廣來倡導睡眠的重要性。

那臺灣學生呢？根據 2020 年臺灣兒福聯盟發布的調查報告顯示，臺灣高中生有將近九成每天睡不到八小時，國高中生每天的平均睡眠時數更僅有 6.9 小時，連建議值的低標都沒達到。

在挪威一項針對學生睡眠情況與學業成績的研究中，研究團隊共調查了 7798 位 16～19 歲的青少年，發現上床睡覺時間、睡眠時數，以及睡眠缺損都與學業成績有關。上床睡覺時間愈晚、睡眠時數愈少，睡眠缺損也愈嚴重，學業成績就會愈低落。簡單來說，學業成績較差與睡不夠有關。

雖然這項結果只代表兩者相關，並不表示因果關係，然而已有非常多研究都發現睡眠不足會使人的注意力、學習、記憶情況變差，而且在實驗室控制的情況下這項因果關係可以被確認。如果要有好成績便需要仰賴專注，才能讓學習與記憶的歷程能夠順利開展。因此，睡眠會影響學業這點確實有它的道理。

此外，睡眠影響的並不只是單純白天有沒有精神、注意力是否集中而已，甚至還會影響到青少年的心理健康。衛生福利部國民健康署在 2021 年一份針對臺灣國高中生的萬人抽樣調查中發現：有 25％ 的國高中生在過去一年內曾認真地考慮過自殺。就算這項數據可能被誇大了，但即使將數字折半來看依然很令人擔憂。不過自殺念頭又跟睡眠有什麼關係呢？

一篇 2018 年發表於《美國醫學會雜誌．兒科》（JAMA Pediatrics）期刊的研究，將 67615 份青少年（國三到高三）問卷資料中的睡眠時數分為八小時以上、七小時、六小時，以及少於六小時這四組，比較這些人從事危險行為的情況。結果發現，睡眠時數少於六小時的青少年在攻擊行為上比睡滿八小時的高出將近兩倍，自殺行動更高出三倍之多。

也就是說，睡眠不足這件事不僅影響了白天在課業表現上的各種層面，還包含比較容易被忽略的情緒調節與自我控制，而這對青春期的學子來說更是雪上加霜。睡眠不足的影響太容易被忽略，誰在生氣時會想到今天脾氣這麼差是因為前一晚沒睡好呢？但透過科學研究確實發現，睡眠不足會讓脾氣變得暴躁，容易看什麼事都不順眼。

青少年獨有的「生理時鐘延遲」

既然睡不夠，那應該要讓學生早點睡才對。很多人會把青少年晚睡的因素歸咎於課業壓力、網路與遊戲，但這些僅是外在因素，其實還有一個無法抗拒的內在因素，那就是青春期獨有的「生理時鐘延遲」現象，即使想早睡也睡不著。

早在 1993 年，美國睡眠領域的專家卡斯卡頓（Mary Carskadon）與不少學者都曾針對青春期生理時鐘延遲的現象進行研究，當時的網路與手機都還不像現在如此普及，且在實驗室控制的情況底下也排除了課業壓力，但依然發現學生在進入青春期之後會有作息延遲的情況。而且這個現象也非人類獨有，在恆河猴（Macaca mulatta）與一些囓齒類動物身上也會出現，因此這可能是生物體的發展所導致，而非單純社會文化與壓力的影響。

因此在生理時鐘延遲、難以提早入睡，但又必須早早起床上學的情況下，睡眠不足的現象必然會發生。再加上課業壓力與網路、遊戲等誘因，又結合了華人不用睡太多的勤奮文化，就成了臺灣青少年睡眠不足的難解困境。

延後上學，全球青少年睡眠不足的治標措施

睡眠對青少年來說如此重要，但卻又受到多重因素的影響，因此透過政策改變上學時間反而變成一種最快速的方法。十多年前英美各國就都陸續試行相關的政策，多數都發現延後上學對學生學習是幫助。因此，美國加州政府在 2020 年頒布了法令，規定公立學校的國中必須在上午 8 點以後、高中則是在 8 點 30 分以後才可以開始上課。而臺灣在去年開始，也規定高中生可以於上午 8 點前到校即可。不過這樣的措施卻受到不少反對者質疑，認為只延後這一點時間根本沒有用。針對這些質疑，我們可以透過科學研究獲得一些驗證。

2018 年發表的一篇研究就以美國西雅圖中學施行延後上學政策的學生為研究對象，該校學生的上課時間從原本的上午 7 點 50 分改成 8 點 45 分，足足延後了 55 分鐘。結果發現，延後上學後學生的整體睡眠時數增加了 34 分鐘，且學業成績、出席率、準時上課率都提高，睏睡度則降低。簡單來說，延後上學可以讓中學生睡得比較多一點，在學校的整體表現也變好。

另一篇去年進行的大規模研究，收集了橫跨 1999 ～ 2017 年的資料，參與者包含了 28 所學校、上萬名高中生都延後至上午 8 點 30 分上學。調查這些學校實施延後上學的前一年和實施後連續四年的數據，結果發現在實施後的第四年，學生的畢業率從原本的 80％ 提高到 90 ％，出席率也由 90％ 提升到 93％ 。在大樣本的情況下有如此高的提升，可說是相當驚人。

從結果來看，單單只是延後上學這件事就可以對青少年有多項正向的影響，是個有效又不用花太多錢的方法。當然這個政策影響層面很廣，還有家長接送、老師上班時間等議題，但至少延後上學這件事對於學生而言，目前的證據都是正向的。

治本之道，肯定睡眠的重要性

延後上學對青少年有幫助，但從落實到實際有好成果出現之前，需要大眾與家長對睡眠擁有正確的觀念，才能發揮政策的效果。筆者有次參與國際睡眠醫學研討會時，一位韓國學者的報告中就提到影響延後上學政策成效有個很重要的關鍵，就是「學生是否認為睡眠是重要的、自己需要睡多一點」。

如果連學生都認為睡眠不重要、自己不需要睡那麼多，那麼延後上學、獲得多一點時間睡覺的幫助自然就變小了。臺灣在取消早自習、讓高中生延後上學時，也需要搭配推廣睡眠教育，讓青少年與大眾都了解睡眠充足才是展現高效學習、身心得以平衡的基礎。

延伸閱讀

1. McKeever, P. M. et al. (2022). Delayed high school start times and graduation and attendance rates over four years: the impact of race and socioeconomics. Journal of Clinical Sleep Medicine. 18(11), 2537–2543.
2. Dunster, G. P. et al. (2018). Sleepmore in Seattle: Later school start times are associated with more sleep and better performance in high school students. Science advances, 4(12), eaau6200.

• 〈本文選自《科學月刊》2023 年 3 月號〉
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