呷這微生物，免拔獅子鬃毛也能讓掉落的頭髮長回來!?

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

本文由 蓓麗嘉國際 委託，泛科學企劃執行。

• 文／陳彥諺，皮膚專科陳昱璁醫師

看似無用的頭髮，除了防曬、保暖的功能外，還有外表上的美觀作用。「美觀」雖然乍看之下並不實用，但是，如果生得一張好看的臉，偏偏頂上荒涼，好看的外貌卻極容易因此而消減幾分。

以往在治療禿頭上，有四種主要方法：改善作息、塗抹含有米諾地爾（Minoxidil）成分的生髮水、口服抗雄性禿之藥物、植髮手術。不過，隨著科技進步，科學家們也不斷地探索著新方法！

目前除了上述四種常見方法外，還有另一種安全且可居家執行的療程，是以「低能量雷射療法（LLLT）」來照射頭皮，進而達到讓落髮毛囊重回生長期的方式。

什麼是低能量雷射療法（LLLT）？

低能量雷射療法，全名叫做 Low-Level laser(light) therapy。這是一種運用低功率雷射（通常是紅外線）來治療特定症狀的治療方式。低能量雷射與傳統雷射並不相同，傳統雷射是高能量的雷射，常用單位是瓦特（Watt），大多用在切割或止血等大手術上。然而，低能量雷射是能量較低的雷射，具有安全性外，用途也更加廣泛，常用於減輕疼痛、治癒傷口、神經再生等。

不過，會發現低能量雷射也許能增生毛髮，其實完全是歪打正著的結果，為何會這樣說呢？有個故事小插曲是發生在 1960 年代後期，匈牙利醫生恩德雷・梅斯特（Endre Mester）原本在進行一系列實驗，想證明雷射光到底會不會致癌。

他將小鼠背部毛髮剃光，再使用低功率紅寶石雷射光（694nm）照射，結果，小鼠並沒有因為照射雷射光而得到癌症，出乎他的預料，雷射光的照射，反而改善了小鼠背部剃毛區域的毛髮生長狀況。

這項發現，也引起了學界對於 LLLT 治療禿頭的關注。近年來，實際研究成果中也指出了患有雄性禿症狀的患者，在經過定時定量的低能量雷射照射下，能有效改善部分受試者的禿頭狀況。

雷射光與 LED 的差異

LED 光源就是家裡的省電燈泡，這些燈泡發出的光，波長較雷射光廣泛，也沒有特定方向性，此外由於光波的相位並不統一，會互相干擾影響光波的能量。

雷射光源的產生是來自雷射二極體，通過電流產生光後會在共振腔中共振，產生更多同波長的光。因此，雷射光源的波長較為單一，具有高度指向性，且相位一致，更容易控制能量。而這些性能也反映在價格上，雷射光源每 nW 的成本，更是高於 LED 光源近 100 倍。

皮膚專科陳昱璁醫師表示：「造成落髮常見的因素包括：雄性禿、壓力、產後落髮甚至是打完疫苗或確診後的副作用都有可能引發落髮，目前通過台灣衛福部核准改善落髮的治療方式有生髮水、口服藥、低能量雷射與植髮手術，而低能量雷射的優點是非侵入、無顯著副作用、可居家使用的生髮器材，不過，若雷射波長不同會造成波長干擾，建議民眾使用 650nm 單一雷射光，至於適合用什麼樣的方式治療建議民眾到門診由專業醫師評估。」

在傳統的髮療法當中，皆存在著潛在的副作用風險，比如，使用含米諾地爾的生髮水，有可能會造成頭皮刺激不適，初期使用也可能有掉髮增加的情形，女性也偶有出現臉部多毛症的狀況；而口服藥常見副作用包含性慾減低、勃起異常、不孕等副作用。

陳昱璁醫師也提到：「雷射生髮帽屬醫療器材，若不當使用仍會造成傷害之虞，因此不鼓勵民眾自行購買，若有異常落髮徵兆，建議尋求專業醫師諮詢，才能對症下藥，找到符合自身需求的療程。」

所以頭髮禿禿別害怕！遇到落髮難題，不要遲疑，及早開啟適合的療程，才能盡早回歸頂上的繁榮景象。

※ 以上屬醫療資訊分享，任何療程效果與副作用因人而異，如有需求請以專業醫師建議為主。

現代社會因工作和生活節奏快、壓力大，再加上作息時間不規律，使得不少人的髮際線升高，甚至頂上無毛，在今日，禿頭早已不是老年人的專利，很多青壯年也面臨掉髮的煩惱。好在近期哈佛大學的團隊發表在 Nature 上的研究，揭示了長期壓力大導致掉髮的背後機制，並提出了逆轉的可能方法¹。

毛囊，頭髮生成的重要工廠

講掉髮前，勢必要先聊聊我們的頭髮是如何生長的，這就要講到毛囊 (Hair follicle) 了。

毛囊是皮膚的附屬器官 (appendages) 之一，是生成毛髮的單位，毛囊除了生長毛髮，也可幫助表皮機能，免受外界環境的損傷，在組織更新和外傷修復中發揮重要作用²。

毛囊主要由外根鞘 (Outer root sheath)、內根鞘 (Inner root sheath) 和毛球 (Hair bulb) 構成，其中毛髮的生成由最底部的毛球進行。

毛球最底部為真皮毛乳頭細胞（Dermal papilla cell，後簡稱 DP 細胞），是發送生髮訊號的重要細胞，DP 細胞將生髮訊號傳至基質細胞 (Matrix Cell) 和毛囊幹細胞 (Hair Follicle Stem Cell) 後，就會促使毛髮開始生長。

別慌，掉頭髮不等於禿頭！

如同季節會有周期變換，毛囊的生長也是有週期的，分別是生長期 (Anagen phase)、退行期 (Catagen phase) 和休止期 (Telogen phase) 三個階段，下面簡單介紹這三個階段：

（一）生長期：此時期的毛囊呈活躍增生狀態，是毛髮生長的階段。

在這個階段中，毛髮會因毛囊幹細胞不斷的細胞分裂而變長、變粗，此外，由於此時期的毛球與皮膚組織相連緊密，因此這個階段的頭髮是很難脫落的，硬拔的話，頭皮會感到疼痛。

毛髮生長期的時間依不同皮膚區域而有異，例如頭皮的生長期為 2-5 年，睫毛則只有 2-3 個月。頭皮約有 85-90% 的頭髮位於生長期，每個月約生長 1 公分。

（二）衰退期：這個時期的毛囊細胞準備進入細胞凋亡的階段，此階段毛囊幹細胞的細胞分裂會降低，因此頭髮會慢慢變細，毛球也於此時開始萎縮。頭皮約有 1% 的頭髮位於衰退期，為期 3-6 周。

（三）休止期：此時毛囊進入休眠狀態，頭髮完全停止生長，變得很容易脫落，我們梳頭髮時，那些隨著梳子一起滑順掉落的頭髮，大部分都是處在此階段。

當頭髮脫落後，毛囊會再長出新生頭髮，重新開始一個生長週期，頭皮約有 10%-15% 的頭髮處於休止期，時長約為 3 個月。

從上面可以看出，我們的頭髮是一邊生長，一邊掉落的，因此掉髮是非常正常的現象，正常狀態下，人平均一天掉髮 50-100 根。然而，一旦每日掉髮量超過這個範圍，再加上生長期的毛囊減少，就可能威脅到髮際線，甚至導致禿頭。

毛囊的生長週期受許多因素影響，除了光照、溫度、拉扯等物理因素外，飲食、作息甚至是心理因素也會影響毛囊。

長期以來，持續的慢性壓力、精神焦慮和情緒緊張等因素被認為與掉髮密切相關，但這些壓力因素導致脫髮的生理機制是什麼，一直不為人所知。而哈佛大學的團隊，就對這個問題展開深入研究。

當壓力來臨時，小鼠也難長毛

當小鼠面臨壓力時，其腎上腺會分泌多種激素來應對，因此研究團隊的首要目標就是了解，腎上腺分泌的「壓力激素」是否會抑止小鼠毛髮的生成。

研究中，科學家比較了正常小鼠與切除腎上腺的小鼠，觀察牠們在持續慢性壓力下，兩者毛髮的生長速度是否不同。

結果顯示，切除腎上腺的小鼠，毛髮生長速度遠超過正常小鼠，也就是說，壓力激素確實會影響小鼠的毛髮生長。

另外他們也發現，腎上腺切除的小鼠，毛囊的休止期時間會大幅縮短。

腎上腺在面對壓力時會分泌多種激素，但究竟是哪種激素發揮了作用呢？

目前的研究顯示，小鼠的腎上腺應對壓力所分泌的主要激素是皮質酮。那究竟是不是皮質酮影響了毛髮的生長呢？為此研究團隊又進行了實驗。

他們讓正常情況下（沒有持續慢性壓力）的小鼠，分別飲用一般水和加有皮質酮的水。結果顯示飲用皮質酮的小鼠，毛髮的生長確實受到抑制。

接下來他們想了解，皮質酮是如何影響毛髮生長。

生髮的關鍵訊號——GAS6

研究團隊發現，皮質酮會延長毛囊幹細胞在休止期的時間，但這個影響不是直接，而是「間接」。

前文有提到，毛囊中的 DP 細胞會傳送生髮訊號來活化毛囊幹細胞，進而促使毛髮的生長，而他們發現皮質酮並非抑制毛囊幹細胞，而是抑制 DP 細胞的活性，使其無法產生生髮訊號。因此，科學家們的下一步，便是找到活化毛囊幹細胞的「訊號」到底是誰。

研究團隊在分析 DP 細胞的基因表現模式後，最終找到一個關鍵的蛋白質，那就是生長停滯特異性蛋白質 6 (Growth Arrest Specific Protein 6, GAS6)，他們發現皮質酮會抑制 DP 細胞產生 GAS6，而 GAS6 的功能正是促進細胞分裂。

科學家猜測，皮質酮（壓力）會抑制 DP 細胞產生 GAS6，讓毛囊幹細胞無法活化，進而使毛髮無法生長！為了驗證這個想法，他們又進行一系列實驗。

皮質酮會降低毛囊內的生髮訊號！

首先他們發現在壓力環境下，腎上腺切除的小鼠毛囊內，GAS6 量比正常小鼠高。但給腎上腺切除的小鼠服用皮質酮後，GAS6 的量就會降低，顯示皮質酮確實會降低毛囊內 GAS6 的量。

接著他們將小鼠的毛囊幹細胞純化出來，並加入 GAS6。結果顯示 GAS6 確實可以促進毛囊幹細胞的生長。

最後，他們用基因治療的方法將 GAS6 注射到皮膚中，讓皮膚細胞可以不斷地產生 GAS6，結果可謂非常成功！GAS6 不僅可以刺激正常小鼠的毛髮生長，也能讓長期處於慢性壓力下的小鼠長出毛髮，也就是說， GAS6 確實可以逆轉壓力對毛髮生長的抑制作用。

綜合上述所有的實驗結果，研究團隊確認皮質酮（壓力）會抑制 DP 細胞產生 GAS6，讓毛囊幹細胞無法活化，進而使毛髮無法生長。讓壓力導致掉髮的機制清晰的展現出來。

頂上無毛有救了？可能要再等等

既然已經知道壓力導致掉髮的機制，那補充 GAS6 是否也能逆轉壓力對人造成的掉髮呢？答案是：不知道。

首先，小鼠的皮質酮雖被認為相當於人的皮質醇，但皮質醇在人體內是否產生上述的機制（即抑制 DP 細胞產生 GAS6）需要實驗驗證。

其次，小鼠和人類的毛囊週期持續時間是不同的。在成年小鼠中，大多數毛囊都處於休止期，而人類的頭皮毛囊約有 90% 處於生長期。因此所以必須先測試皮質酮對生長期毛囊的影響，才能更安全的應用在人體上。

雖然這篇文章的發現，還辦法那麼快速應用到人體上，但這篇文章找出了壓力導致掉髮的機制，或許未來，我們只需要補充 GAS6 就能抵銷慢性壓力對頭髮的不良影響。但在這天來臨前，學會調適工作與生活中的壓力，或許還是最簡便與實在的方法！

參考資料

1. Choi, S., Zhang, B., Ma, S. et al. Corticosterone inhibits GAS6 to govern hair follicle stem-cell quiescence. Nature (2021)
2. Hair follicle
3. Relax to grow more hair