避孕藥之父：翟若適（Carl Djerassi）

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

5月 15號，日本 twitter 上一則女高中生的推文，急速獲得關注，大意是這位女高中生的健教老師在上課時點到：「我想在妳們裡面應該沒有人在吃（避孕藥）吧？」。即便是健教老師，也都把避孕藥的作用想得過於狹隘，讓女高中生覺得相當衝擊。

連應該對於基礎藥物有一定認識的健教老師，都以為避孕藥僅用於避孕，就更不難想像一般人對於「使用避孕藥物」所存在的誤解。

避孕藥其實是一種過於簡單的俗稱，口服避孕藥其實是兩種人造荷爾蒙的混合藥物。早期的避孕藥以黃體素 (Progesterone) 為主；較新的避孕藥則還會混合少量的雌激素 (Estrogen)。雌激素與黃體素都是原本就存在於人體體內的荷爾蒙 (Hormone，也稱激素)，無論男性或女性的體內，都存有一定的比例。只不過在女性，雌激素的比例遠高於睪固酮；而男性的血液中，睪固酮的比例較雌激素高出許多。

也正是荷爾蒙濃度的改變，影響了女性經期的週期。

荷爾蒙的波動決定了月經週期

雖然月經週期的間隔因人而異，一般而言是 25-38 天左右，都與體內荷爾蒙的波動有關。以平均 28 天一次的月經週期為例，在排卵前雌激素會到達高峰，刺激黃體刺激素 (LH) 的分泌，使濾泡破裂，排出卵子，形成黃體。而黃體則會分泌黃體素，支持子宮內膜的肥厚，等待可能的著床，直到黃體退化，肥厚的子宮內膜逐漸崩解，形成經血，完成一次經期。

而服用人造荷爾蒙可以避孕的原理，便是利用體內荷爾蒙的回饋機制，「欺騙」大腦所得到的效果。

人體分泌荷爾蒙的控制中心，位在大腦的下視丘和腦下垂體。由於口服避孕藥中有少量的雌激素，會誤導下視丘，減少刺激腦下垂體分泌黃體刺激素和濾泡刺激素，讓濾泡無法成熟，抑制或延遲排卵的時間，也讓子宮內膜無法肥厚，使受精卵無法著床，並減少黏液分泌，讓精子很難與卵子結合，達到避孕的目的。口服避孕藥物雖然能干擾受精的過程，卻無法阻止已經著床的受精卵繼續發育。

目前市面上主流使用的口服避孕藥物，大多為極低劑量雌激素與第三代黃體素 (Desogestrol, Gestodene 或 Norgestimate)，或是第四代黃體素 (Drospirenone 或 Cyproterone acetate) 的混合型藥物。第三代藥物改善了過往水腫的副作用、第四代則又更降低油脂分泌過多的副作用。

人造荷爾蒙除了避孕，還有其他用途

例如健保給付的口服避孕藥黛麗安 (Diane，黃體素成分 Cyproterone，簡稱CPA)，由於 CPA 對卵巢囊腫所造成的痤瘡有治療效果，可用於輔助治療青春痘。並非所有的避孕藥都有這樣的效果，也需搭配正確的青春痘藥物進行治療。

避孕藥由於能夠調整體內荷爾蒙含量，重新整理經期的起始點，所以也用來緩解嚴重的經痛、排卵疼痛、調整經期紊亂。另外部分口服避孕藥，也用來治療因為雄性素比例過高或是卵巢囊腫導致的多毛症等症狀。也用於抑制子宮內膜異位，降緩症狀所造成的疼痛。

避孕藥的使用限制

對於使用避孕藥的錯誤認知，除了顯示日本社會對於女性需要更多同理之外，也表示多數人都應了解如何才能安全使用口服避孕藥物。目前建議，如果年紀大於 35 歲以上，過度肥胖、有抽菸習慣、高血壓、糖尿病、容易形成血栓或是曾經中風的體質，由於口服避孕藥物會使 LDL （低密度膽固醇）和血壓上升，增加風險，並不建議使用。

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自古以來，婦女總是被賦予生兒育女的責任，一旦結婚，青春往往就耗費在懷孕、生產的循環中。雖然避孕自古有之，例如四千年前的古埃及人就用磨碎的石榴籽混合蠟做成栓劑，放入女性體內；古今中外也都不乏各種千奇百怪的偏方，但這些毫無根據的方法都極不可靠，而保險套、體外射精、算安全期等方式又操之在男性手中，女性還是難以擺脫不斷懷孕生子的宿命。直到一九六○年代，口服避孕藥的問世才改變這一切。

口服避孕藥的發明始自美國一位奇女子桑格（Margaret Sanger）的大力推動。她的母親在二十二年間懷孕了十八次，終於在 49 歲時死於難產，悲憤的桑格因此自 1916 年起即致力於推廣節育運動。1951 年，高齡 72 歲的她認識了專門研究荷爾蒙與生殖系統之關聯性的平克斯（Gregory Pincus），在她的牽線之下，平克斯獲得資助，著手研發桑格畢生企求的「神奇藥丸」──口服避孕藥。

其實早在 1937 年，科學家就在動物實驗中發現高劑量的黃體激素會抑制排卵，然而天然黃體激素非常昂貴，這項發現也就束之高閣，並未衍伸出實際用途。恰好奧地利裔的化學家翟若適（Carl Djerassi）就在 1951 這一年成功合成出口服的黃體激素，第二年另一家藥廠也做出此合成黃體激素的同分異構物。但要如何做人體實驗呢？跟食品藥物管理局（FDA）說此藥毫無治療用途，只為了避孕，只怕無法通過審核。

平克斯乾脆反其道而行，他請專門治療不孕症的洛克醫生（John Rock）來做人體實驗。洛克醫生讓他的病人連續服用三個月的合成黃體激素，製造身體的「假懷孕」後，再突然停藥，藉由荷爾蒙的「反彈」增加受孕的機會。洛克醫生的實驗結果證明合成黃體激素的確能抑制排卵、改變月經週期，因而讓 14% 的不孕病人成功受孕。而同分異構物那批黃體激素恰好汙染到微量的雌激素，結果反而減少出血的副作用。

於是 1957 年的今天，FDA 核准含有黃體激素與雌激素的 Enovid 上市，不過其用途卻是為了治療月經不順與不孕症。直到 1960 年 5 月 9 日，FDA 才追認它也可用於避孕，無安全之虞；人類史上第一顆口服避孕藥終於光明正大上市。其實在此之前，至少已有五十萬名婦女為了避孕而吃過此藥了。

口服避孕藥讓女性奪回身體的自主權，不但取得更好的生活品質，也才得以追求更多的學習教育與職場生涯，對於性別平等有極大的助益。《經濟學人》因此於 1999 年評選它為二十世紀最重要的科學進步；這說法或許過譽，但口服避孕藥對於文明的影響程度絕對是名列前茅的。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。