加國研究者破解藥用植物的遺傳密碼

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

• 前情提要：歷史上第一個銷售破億的藥物 「煩寧」，如何成為羅氏的金雞母？——《疼痛帝國》

1965 年，聯邦政府開始調查利彼鎮和煩寧。美國食品藥物管理局（編按：FDA，功能類似台灣的食藥署，負責監督管理各種食品、藥物及化妝品）的諮詢委員會建議將鎮靜劑視為管制藥品，此舉會大大增加消費者取得鎮靜劑的難度，羅氏和亞瑟．薩克勒都認為這項前景是重大威脅。

與監管單位的對抗

亞瑟通常對於政府監管藥物抱持懷疑的態度，他也意識到對輕鎮靜劑的新管制可能對他的財務盈虧造成毀滅性的影響。往後近十年間，羅氏對抗美國食品藥物管理局，不讓其管制利彼鎮和煩寧，這段期間羅氏銷售這些藥物進帳數億美元。直到一九七三年，羅氏才同意「自願」接受管制。

但根據一位食品藥物管理局顧問的推測，這種態度大逆轉的時機並非偶然：羅氏讓步時，他們的鎮靜劑專利即將到期，也就是說羅氏將不再擁有製造這些藥物的排他權，他們即將面對學名藥（generic drugs）^{註 1} 的競爭，而不得不降低售價。正如亞瑟的朋友和秘密生意夥伴比爾．佛洛利克所觀察的，原廠藥（Brand drug）的商業壽命是從開始銷售到失去專利排他權之間的短暫區間。

羅氏和亞瑟不需要永遠與監管抗爭，他們只需要抗爭到專利到期為止。

為時已晚

羅氏同意自家鎮靜劑被納管時，煩寧已成為大約兩千萬美國人生活的一部分，是世界上最多人服用也最多人濫用的處方藥。美國花了一段時間才意識到煩寧的負面影響，部分原因是對普通消費者來說，他們沒想到即使醫生開的藥物也可能有危險。

美國對藥物的道德恐慌往往集中在街頭毒品，並操弄著民眾對少數群體、移民和非法勢力的恐懼。一個身穿白袍、脖子掛著聽診器、牆上有文憑的醫生所開的藥丸會讓人上癮，這可是前所未有的想法。但到後來，就連前第一夫人貝蒂．福特（Betty Ford）這樣的權勢人物都承認受煩寧成癮所苦，參議員愛德華．甘廼迪（Edward Kennedy）也歸咎於鎮靜劑造成了「依賴和成癮的惡夢」。

羅氏被控「過度推銷」這種藥物。滾石合唱團甚至寫了一首關於煩寧的歌曲〈母親的小幫手〉（Mother’s Little Helper），歌詞讓人聯想到麥亞當斯針對女性的廣告宣傳。

今天媽媽需要一些東西讓她平靜下來，

米克．傑格（Mick Jagger）唱道，

雖然她沒有真的生病，但她有一顆黃色小藥丸。

擦亮自己的招牌

「煩寧改變了我們與醫生溝通的方式，」後來亞瑟的副手溫．葛森說。他仍然為這種藥物感到自豪。「它讓某些人變成毒蟲，」他承認，「但這藥真的有效。」

然而，對於亞瑟來說，這其中有一個矛盾的情況。當他擦亮自己的公眾形象時，非常依仗得體的外表以及身為正義、富有見識的醫學家身分。然而，他的財富直接來源是猖狂銷售兩種高度成癮的鎮靜劑。當然，亞瑟還有很多事業：他不斷創辦公司，廣泛投資許多行業，但原始的薩克勒家族是從煩寧起家的。

亞瑟在餘生裡淡化他與這種藥物的連結，強調自己在其他領域的成就，並故意掩飾（或完全不提）他的第一筆財富其實是來自醫療廣告，這一點不但重要，也非常發人深省。

最終，他開始承認自己是《醫學論壇報》的出版商，把自己的名字加到刊頭，並撰寫自己的專欄，叫做「我與醫學」（One Man & Medicine），長篇大論地討論當時的醫學議題。亞瑟在這些專欄裡經常抨擊香菸的危害，不僅指出與吸菸相關的健康風險，也指出成癮的危險。他自己因推銷一種會上癮且危險的產品而得到豐厚的報酬，但他似乎無法以同樣的高標準來審視自己。

註解

1. 編按：學名藥（Generic Drug）是指原廠藥（Brand drug）的專利權過期後，其他合格藥廠可以以同樣成份與製程生產已核准之藥品，且其在用途、劑型、安全性、療效、給藥途徑、品質、等各項特性上，皆可以與原廠藥完全相同。（資料來源：中華民國學名藥協會）

——本文摘自《疼痛帝國：薩克勒家族製藥王朝秘史》，2023 年 ３ 月，黑體文化出版，未經同意請勿轉載。

銷售的難題

利彼鎮和煩寧都是輕鎮靜劑，兩者的功效差不多。亞瑟的麥亞當斯團隊必須說服全世界（醫生和病人）相信這兩種藥物其實不同。

編按：亞瑟．薩克勒（Arthur Mitchell Sackler）的麥亞當斯（William Douglas McAdams）是藥廠的廣告代理商，負責處理藥品的行銷和推廣，而瑞士商羅氏（Roche）藥廠便是麥亞當斯的重要客戶之一。利彼鎮和煩寧都是羅氏所推出的產品，兩者皆為輕鎮靜劑，功效還差不多。利彼鎮在 1960 年甫上市沒多久就成為當時史上獲利最高的藥物，但緊接著煩寧即將在 1963 年推出，如何避免兩種藥物互相蠶食彼此的市場，成了羅氏的挑戰。

要做到這一點，方法是把兩種藥物推銷到不同的疾病。如果利彼鎮是治療「焦慮症」的藥物，那麼煩寧應該用於治療「精神緊張」。如果利彼鎮可以幫助酗酒者戒酒，那麼煩寧可以防止肌肉痙攣。

何不在運動醫學中使用它呢？很快地，醫生開始為各式各樣可笑的狀況開出羅氏鎮靜劑，以至於一位醫生在醫學期刊上寫到煩寧時問道：「我們有哪個時候沒用到這種藥物？」對亞瑟和同事來說，這就是煩寧好賣的原因。正如溫．葛森所言：

煩寧有個了不起的特點，就是幾乎各種專科都能用上它。

替自己的藥「下標籤」

正如克里德莫病房裡的女性人數超過男性，現在醫生開羅氏鎮靜劑給女性的頻率也比開給男性多很多，亞瑟和同事們逮住這個現象，開始積極向女性推銷利彼鎮和煩寧。典型的煩寧廣告所描述的理想病患是「三十五歲， 單身，精神性神經症患者」。在一則利彼鎮的早期廣告裡，一名年輕女子抱著一堆書，意即就算是讀大學的日常壓力，也最好是透過利彼鎮來解決。

事實上，行銷利彼鎮和煩寧時，用上了非常多種性別化的世紀中葉形象──神經質的單身女性、疲憊不堪的家庭主婦、生活無趣的職業婦女、更年期的潑婦，正如歷史學家安卓亞．童恩（Andrea Tone）在《焦慮時代》（The Age of Anxiety）一書中指出的，羅氏鎮靜劑真正提供的彷彿是一種應急方式， 以解決「身為女性」的問題。

成為製藥巨獸

羅氏不是唯一使用這種誇大不實廣告的公司。輝瑞公司有一款推薦給兒童使用的鎮靜劑，廣告插畫有個流淚的小女孩，還有文字說明這種藥物可以減輕對於「上學、暗處、分離、看牙、『怪物』」的恐懼。

然而，在羅氏和亞瑟．薩克勒推出利彼鎮和煩寧之後，再也沒有任何公司能望其項背。羅氏在納特利的藥廠每天生產數千萬片藥錠，巨型壓錠機的作業幾乎趕不上需求。一開始，利彼鎮在美國是處方量最多的藥物，直到一九六八年被煩寧超越。即使如此，利彼鎮仍然保持在前五名。

1964 年，大約 2200 萬張處方開的是煩寧，到了 1975 年，這個數字達到 6000 萬。煩寧是歷史上第一個銷售額達到一億美元的藥物，羅氏不僅成為世界領先的製藥公司，而且是不分類別最賺錢的公司之一。金錢源源不斷地湧入，到手之後，公司轉而將這筆錢再次投進亞瑟．薩克勒設計的行銷廣告。

——本文摘自《疼痛帝國：薩克勒家族製藥王朝秘史》，2023 年 ３ 月，黑體文化出版，未經同意請勿轉載。