學術文章裡的DOI到底能幹嘛？

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

現代的科學研究不能自己關起門來，要把結果寫成論文發表；而公開發表的論文，可以再被引用。發表與引用，構成現代科學體系的基礎。

同樣研究科學，不同科學家被引用的數量卻明顯不同，但是具體狀況不容易釐清。一項研究指出，被引用數最多的前 1% 科學家，占總引用數的比例，高達 21%。

論文被引用數，前 1% 精英占 21%

如今每年新發表的論文超過一千萬篇，分析發表與引用行為很不容易。這項研究由科睿唯安 (Clarivate) 公司的資料庫「Web of Science」（簡稱 WoS）取材，分析從公元 2000 年開始到 2015 年，約 400 萬位作者的 2600 萬篇論文，探討引用狀況。

最近幾年新發表的論文，由於累積時間太短，不適合和 10 年前發表的論文相比，因此被比較的年份只到 2015 年為止。考量到資料可靠度，只有發表過 5 篇以上論文的作者，才被納入分析。

所有作者的前 1% 可謂「精英」。分析結果是，

2000 年那時，精英占所有引用的比例為 14%，接著逐漸上升，到 2015 年時提高為 21%。

上升的趨勢在 2010 年之後大幅提升，也就是說少數精英，獲得更高比例的引用。依照不同領域拆開分析，導致明顯增加的似乎只限於物理和天文，扣掉這兩個領域，其他領域算是緩緩提高。

物理和天文精英，從十年前開始存在感大幅增加。有個可能原因是，那時候起有些大規模合作計畫的論文發表，像是大型強子對撞機。這類論文發表後被極大量引用，也讓參與計畫的論文作者們存在感大增。

由一系列分析推論，15 年來科學界整體合作的程度持續增加，少數精英被引用的比例也持續提高。

被引用的前 1% 精英，多數任職於美國和英國的名牌單位，例如美國的哈佛大學、史丹佛大學；但是和 15 年前相比，美、英微幅下跌。相對地，西歐和澳洲增加較多，如荷蘭的萊登大學、澳洲的墨爾本大學。

值得注意「學術財富」不均的影響

有件事值得注意。這項研究只考慮發表超過 5 篇論文的作者，也就是說，只有 1 到 4 篇論文，博士畢業後便離開學術界，投入智庫、政府單位、產業界等其他行業的研究者會被忽略。

目前學術發表體系中，上述人士應該也有不少貢獻；具體而言，WoS 資料庫中高達 70% 作者的發表數未滿 5 篇，所以被這回的研究排除。很多人各自發表少數論文，忽略他們，會使得引用看起來更加集中在，極少數精英中的精英。

一個社會的大部分財富，集中在少數人身上是正常的，但是如果集中的趨勢大幅增加，加深貧富差距，往往會衍生出一些問題。

論文的被引用數，可謂科學家創造的「學術財富」，學術財富集中於少數人的趨勢不斷增加之下，會對科學研究造成危害嗎？

不知道。根據已知資訊，少數人不成比例地獲得大量引用，而且持續增加，是確定的事實。此一趨勢將帶來哪些負面、正面結果，或是沒什麼影響，將是值得關注的問題。

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參考資料

1. Global citation inequality is on the rise
2. ‘Elite’ researchers dominate citation space

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。

• 鄭婷宇／編譯

過往，人類將智慧記載於書籍上，透過書刊的交流傳遞知識，但礙於時空的限制，知識無法全面自由流通。如今，資訊的數位化使得重製的邊際成本大幅下降，網路的高連結性亦將傳播成本降到幾近於零，知識的共享比以往都來的更易於達成。儘管如此，由於不合時宜的著作權法，以及出版商對出版權的捍衛，知識仍舊無法完全自由流動。

有感於此，自1990年代起步的開放近用 (Open Access) 運動，便是為解放知識而生，致力於打造一個人人都有同等權利取用知識的環境。

早在 1836 年，大英博物館助理館員的 Anthony Panizzi 便發下了普及知識於世的宏願。他向國會報告：「無論貧富，我認為每個人都應擁有相同的權利與資源獲取知識。我希望貧苦的學生也能盡情探索書海，享受智慧的果實，在與專家交流的過程中滿足求知欲。我主張，政府的責任就是打造這樣一個使知識自由流通的環境，提供一切協助使每位公民都能獲得相同的知識資源。」 Anthony Panizzi 花了 20 年，將超過 50 萬本珍藏典籍納入大英博物館，使之成為當時世上最大的圖書館，並於 1856 年榮任大英圖書館館長。儘管豐富的藏書量降低了取得知識的門檻， Anthony Panizzi 的夢想仍存在無法消除的限制—─要取用書中無形的智慧財富，人們必須得先花費有形的黃金，千里跋涉到英國倫敦取經。

網路科技的進步看似已能破除過往的限制，那為何解放知識的夢想仍未實現呢？現存最大的難處有兩項，其一是僵化的著作權法，其二是出版商的抗議。

跟不上網路時代的著作權法

三百年前著作權相關法規開始成形之際，在資訊傳播技術方面，還是類比訊號的時代，當時產出原創作品成本較高、數量稀少且易於控管。根據定義，一旦原創作品已定型，將自動受到著作權保護，授予作者杜絕任何對其作品複製的權利。然而，時過境遷，現今的網路科技降低了創作成本，將創意化為作品再也不是少數藝術階級的特權，人人都能輕易的將想法寫為文章，將創意拍為影片上傳到 YouTube ，並對任何作品發表看法。透過散播及接收訊息，資訊不斷以片段或完整的形式被複製或再製而散播出去，因而促成人們在網路上的交流。

網路行為可說是建立在「複製」之上，其本質與既存的著作權規範相悖。除非做到全面監控，否則我們不可能完全杜絕網路上的複製行為，執行著作權法審查網路上的侵權案件。

現代人習慣上傳圖片、影片到社交平台上，其中許多使用者生成內容是擷取既存素材諸如圖片、音樂等修改，置入內容，這些使用者並不清楚這些行為已使他們身陷觸犯著作權法的疑慮；研究所需的文字與資料探勘，也礙於著作權大為擴張保護範圍的影響，實務上常難以取得探勘所需的資料；圖書館或資料庫廠商即使想數位化那些沒有明顯著作權所有者的「孤兒著作」 (Orphan works) ，以網路推動作品流通，也受限於孤兒著作難以查找到權利所有者，而於法不得數位化的困境。研究者、大量網路使用者與資料儲存機構對現行著作權規定的不滿，因而極力要求修正。

根據 2007 年美國法學教授 John Tehranian 的研究，人們習以為常的網路行為諸如收發電子郵件、轉貼文章、發送照片等都違反了著作權保護，若依法計算，各國的網路使用者每年都因其日常行為面臨巨額的罰鍰，過時的著作權法難以規範現狀。

即使著作權法跟不上數位時代的事實明擺在眼前，推動著作權法的改革仍難如登天。

出版業者等著作權利擁有者與企業早已習慣法律依其利益而修正，從 1710 年最初的著作權法保護著作財產權 14 年的期限，不斷延長至今日的 70 年期限。對出版業、音樂與電影製作產業而言，給予網路使用者多些數位版權上的運用彈性，就如同威脅他們生存命脈的詛咒，自然極力阻止法律規範的更新。

推動規範更新的路途漫長且阻礙重重，第一場紛爭可追溯到「孤兒著作」 (Orphan works) 數位化的爭議。在圖書館、網路搜尋引擎與資料公司支持法定例外允許孤兒作品免費數位化，與出版業者認定事先許可制的拉鋸戰中，歐盟執行委員會終於 2012 年宣布採用「孤兒著作指令」，為公眾利益著想，允許孤兒著作線上發行與流通。同年，歐盟執行委員會號召利益關係人，討論修正著作權保護規定的討論，然而，從議題的設定到出席討論的成員，均明顯傾斜於有利出版業的修正方向。解決方式一味著重於特許著作權使用者的資格究竟該如何定義，似乎從未考慮過「非商業用途的使用者生產內容不必申請著作權授權」此一選項。因此，文字與資料探勘者被迫離開討論以示抗議，造成議程無法持續。

其後，歐盟執行委員舉辦著作權討論的公眾諮詢論壇，以線上資料及問卷收集眾多回饋，廣納民眾意見。加上德國海盜黨的 Julia Reda 努力帶動人民討論、彙整意見並作成報告，歐盟於 2015 年通過修正案，賦予圖書館、資料庫線上化其收藏的權利、開放電子書於網路流傳，同時批准資料與文字探勘不須再取得任何特許憑證。即使取得這些勝利，著作權法的規定仍未完全修正到符合現狀的境界，需要持續推動改革。

不合理學術出版體系的，限制知識的自由流通

學術出產品的商業模式是阻礙知識共享與自由流通的重要原因，是「開放近用 (Open Access) 運動」的緣起及運動重心。對學者而言，貢獻研究成果是為了獲得研究認可及好名聲，其著作的廣泛傳播有助於此，出版商對其著作財產權利的壟斷卻縮限了散播範圍；對人民而言，自己納稅支撐的研究，卻必須自掏腰包買來看，或是由同樣納稅營運的圖書館買入，無異於被剝兩層皮。

知識一旦被隔絕在付費高牆之後，終究會有人因負擔不起費用而被迫與之隔絕。 Elseiver 與 Springer 等大型學術出版商年年獲利 30% 至 40% ，此等獲利規模是大多產業無法企及的。光是英語寫作的科學、科技與醫藥的出版期刊總收入在 2011 年就達到全球共 94 億美金的規模。根據哈佛大學 2012 年的備忘錄，線上研究資料庫的前兩大出版供應商，六年來售價調漲了 145% 。面對越來越貴的期刊價格，就連圖書資金雄厚的哈佛大學也無力再購買學者研究需要的所有資料庫，其他圖書館的困境可想而知。

哈佛大學圖書館長在衛報的採訪中指出，研究人員免費提供研究寫作、著作審查、編輯委員會參與等服務給期刊，卻換來必須花錢將自己的勞動成果買回來的待遇，甚至面臨付不起期刊訂閱費用的窘境，整套研究出版系統實在荒謬。哈佛大學因此鼓勵學者將其著作投稿至開放近用的期刊，退出非開放近用期刊的編輯委員會。

• 想知道學界究竟是如何力抗出版界嗎？詳情可見：刊登要錢、訂閱也要錢，做研究就是要被期刊出版社剝削？學術界奮起抵抗出版巨商的血淚史

在網路普及之前，學者即使對出版系統再有諸多不滿，也因無替代選項而僅能免費奉送著作權予期刊；圖書館面對壟斷著作權的期刊出版商，幾無議價能力；公民則被剝兩次皮，想看到自己納稅資助的研究成果，只能再花錢購買。如今，網路科技的發達將改變了一切─—藉由公開網站發表著作，學者不僅可以保有自己的著作權，亦可達到廣為流傳，獲取同業指教與奠定名聲的目的。再也沒有一道豎立於學術產出與知識獲取間的高牆，圖書館再也不必用罄資金去購買有限的學術出版物，人民也終將有機會可自由取用知識資源。

本文轉載自 台灣創用CC計畫 ，原文為〈開放近用(Open Access)運動的兩大難題〉

相關連結

1. Open access: All human knowledge is there—so why can’t everybody access it?: http://arstechnica.co.uk/science/2016/06/what-is-open-access-free-sharing-of-all-human-knowledge/, 2016 Glyn Moody.
2. The battle to reform 300-year-old copyright law for the digital age: http://arstechnica.co.uk/tech-policy/2015/07/copyright-reform-for-the-digital-age/, 2015 Glyn Moody.
3. Infringement Nation: Copyright Reform and the Law/Norm Gap: http://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=1029151, 2007 John Tehranian.
4. Commissioner Barnier welcomes final adoption of the Orphan Works Directive by the Council: http://europa.eu/rapid/press-release_MEMO-12-744_en.htm?locale=en，2012 European Commission.
5. Freedom of Panorama under threat: https://juliareda.eu/2015/06/fop-under-threat/, 2015 Julia Reda.
6. The stm report – An overview of scientific and scholarly journal publishing: http://www.stm-assoc.org/2012_12_11_STM_Report_2012.pdf,  2012 STM: International Association of Scientific, Technical and Medical Publishers.
7. Faculty Advisory Council Memorandum on Journal Pricing: http://gantercourses.net/wp-content/uploads/2013/11/Faculty-Advisory-Council-Memorandum-on-Journal-Pricing-%C2%A7-THE-HARVARD-LIBRARY.pdf, 2012 The Faculty Advisory Council of Harvard University.
8. Harvard University says it can’t afford journal publishers’ prices: https://www.theguardian.com/science/2012/apr/24/harvard-university-journal-publishers-prices, 2012 Guardian News and Media Limited.

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