烏干達應重新考慮其有關世界銀行資助的決定

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 / 保羅．納斯爵士（Sir Paul Nurse）
• 譯者 / 邱佳皇

編按：筆者是知名遺傳學家和細胞生物學家，致力於控制細胞複製的研究工作，也就是所有生物生長和發展的基礎。於 2001 年獲頒諾貝爾生理學／醫學獎（Nobel Prize in Physiology or Medicine），同時也是阿爾伯特．愛因斯坦世界科學獎、拉斯克獎與皇家學會科普利獎章的獲獎者。

在本書中，保羅．納斯用優美、詼諧的語調幫讀者上了一堂生物學簡史，引領我們思考科學家長久以來追尋的生命之謎，讓讀者彷彿身歷其境、穿梭在各個時代的實驗室裡，感受那些科學發現過程的挫敗和欣喜。並除了學術理解，更希望帶給讀者哲學性的思考能力。

許多其他生物透過在不同個體之間直接交換 DNA 序列來造成變異，這在細菌等較不複雜的生物中很常見，這些生物可以相互交換基因，也可以與更複雜的生物交換基因，這個過程稱為水平基因轉移，是使某些細菌產生抗生素抗性的基因可以在細菌、甚至是不相關的物種中擴散如此快的原因之一。水平基因轉移還使得在演化時期追溯某些世系變得更加困難，因為那表示基因的遺傳可以從一個族譜的分支，流向另一個族譜的分支。

無論遺傳變異的來源為何，要造成演化都必須在隨後的繁殖過程中持續產生這些變異，並產生出在各方面都有所不同的生物族群，這些變異包括抵抗疾病的能力、對伴侶的吸引力、飢餓的耐受力等些微差異和許多不同的各種特徵，然後天擇才能從這些有害的差異中篩選出有用的變異。

透過天擇所產生的演化有一大重點，就是所有生命都是血脈相連的。這表示當我們追溯生命之樹的起源時，分支會逐漸匯聚成更大的分支，最終匯聚成單個樹幹。因此可以得出一個結論，人類與地球上的所有生命型態都息息相關。比方說我們和猿類的關係就很密切，因為我們的關係就如同是樹梢上兩支相鄰的樹枝那麼近，但我們和我研究的酵母關係就要遠得多，因為我們兩者只是在非常遠古的時期有所關連，相連的地方是更接近生命之樹的主幹處。

當我徒步穿越潮濕而蒼翠的烏干達雨林，尋找山裡的大猩猩時，我的心中深刻感受到人類與其他生命的連結。我跟著嚮導走，突然之間我們遇到了一個大猩猩家庭。我就坐在一頭宏偉的銀背大猩猩對面，他正蹲在一棵樹下，距離我只有兩三公尺遠。我滿身大汗，但那不只是因為天氣又熱又潮濕。身為一名遺傳學家，我知道這隻大猩猩和我擁有 96% 的共同基因，但單單這個數字只是其中一部分。當我盯著那雙聰慧和深邃的棕色眼睛時，我看到了許多和人類相同的部分。那些猿類彼此之間的相處非常融洽，和我們人類的相處也是。

大猩猩的許多行為都不可避免地與我們非常類似，很明顯能看出大猩猩也具有同理心與好奇心。我和銀背大猩猩互相凝視了幾分鐘，就像在談天一般。然後那隻猩猩伸出一隻手，遞給我一根直徑五公分的小樹枝（牠是想告訴我些什麼嗎？），然後慢慢爬上樹，這期間那隻猩猩始終用透徹的目光凝視著我。這場戲劇性而動人的相遇讓我更加深刻感受到，我們與這些美麗的生物之間的關係有多緊密。這種緊密性不僅只限於和大猩猩之間，更擴展到其他猿類、哺乳動物和其他動物身上，甚至透過生命之樹更古老的分支，這種關係也延伸到植物和微生物上。對我來說，這就是人類為什麼要關心整個生物界的最佳論點。所有共享這個地球的不同生命形式，都和我們有所關連。

──本文摘自三采文化《生命之鑰：諾貝爾獎得主親撰　一場對生命奧祕的美麗探索》/ 保羅．納斯爵士，2021 年 12 月，三采。

SciStarter，或許會讓你立即聯想到國外知名的創意專案網路募資平台 Kickstarter，而且從字面上看來，大概就可以猜想到，這可能就是 Kickstarter 的「科學版」。近來像這樣的群眾集資（crowdfunding）網路平台越來越多，如國外獨立製片計畫募資平台 IndieGoGo、以及台灣甫成立不久的調查報導公眾委製平台 weReport，都是運用網路進行群眾集資來完成既定目標或計畫的實際案例。在這波新興浪潮之下，就算出現了一個科學版，好像也不太讓人意外，不過，蠻有意思的是，SciStarter 的主要功用不只在於徵募資金，它更是一個讓科學人與公眾連結、對話與互動的管道。而這對於科學與科技創新來說，又可能帶來什麼樣的幫助呢？

與科學與科技創新相關的這類國外平台還有 FundaGeek、TechMoola、RocketHub，以及#SciFund Challenge，雖然在這些平台進行的計畫，有些是因應國家研發經費縮減，須從民間找經費來源，所以才出現在募資平台上，不過換個角度思考，募資只是其中一種可能的面向而已，對 SciStarter 而言，集結眾人之力所能做到的事情，其實可以有更多的想像。

總的來說，SciStarter 的主要任務，是將全世界的公民科學家匯集起來，邀請各方研究者、研究機構或業界在上頭提出徵募計畫，提供相關資源、產品或服務資訊，鼓勵人們透過非正式的休閒活動或正式研究成果來學習、參與並協助科學發展。

科學家也能與有興趣協助運作研究計畫或從中學習的人們相互交流，了解更多人對自己計劃的想法，並思考如何讓自己的研究與訊息更具吸引力、與人們的生活更為切身相關。更重要的是，SciStarter 也希望藉此提升公眾對科學的關注與理解，用簡單、有趣的方式吸引大家跳進來「弄髒自己的雙手」。

除此之外，SciStarter 也與重要的科學雜誌《發現》（DISCOVER）雜誌合作，希望讓這些訊息獲得更好的曝光，《發現》會定期報導 SciStarter 上頭的提案，邀請讀者關注或參與這些科學或科研計畫。《發現》雜誌主編 Corey S. Powell 指出，讀者常常告訴他們，自己對於學習與探索這個世界有很大的熱忱，但往往不知道該從何開始，SciStarter 這個平台便提供了一個很好的管道，讓有志者或愛好者直接接觸與參與這些計畫。

舉例來說，由康乃爾大學鳥類實驗室主導、NSF 資助的一項公民科學計畫 DEVISE，就在 SciStarter 上以問卷方式廣徵眾人從事科學活動的經驗，希望從這些回饋中，建構出評估公民科學活動成果的工具，協助確保、提升往後的成果品質。

leafsnap.com 提出的 Leafsnap 計畫也很有趣，隨著行動裝置的風行，他們提供免費的行動 App，邀請大家用這款 App 拍下你生活周遭的樹葉，協助這些公民科學家們辨識、定位樹種的分布，進而描繪出完整圖像，促進對世界各地生物多樣性樣貌的理解。這與先前介紹過的諾亞計畫有些相似，一人一拍匯集起來的成果想必相當可觀。另一個 The Snake Count 計畫也是基於這樣的概念而來，雖然沒有提供特定的 App，但也是希望公民協助紀錄，藉以了解北美洲蛇類的分布狀況。

目前 SciStarter 網站上已經有許多有趣好玩的計畫，你可以針對自己有興趣的類型進行搜尋。SciStarter 已經粗略地為各式各樣的科學活動預設分類，像是「地點」（適合學校、家中或戶外）、主題（自然、海洋、天文、生物等）、「對象」（適合孩子或學生）等類目，或是依據所需費用進行分類，讓你自由選擇要參與免費或需支付小額報名費的活動，端看你的興趣與需求。當然，你也可以試試看直接下關鍵字來挖寶，或許會遇到你意想不到或尋覓已久的有趣計畫也說不定！

參考資料

SciStarter – science we can do together
Crowdfunding: A New Opportunity for Science and Innovation—todaysengineer.org [2012-06-12]