高潮的科學——《科青的趕時間科學教室》

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

警告：本文不適合未成年，十八歲以下讀者請速離，謝謝。正文於圖片後開始。

BDSM 的定義與普及率

BDSM 為綁縛及調教（bondage & discipline；BD）、支配與臣服（dominance & submission；DS）以及施虐和受虐（sadism & masochism；SM）的總稱。它是兩名以上合意的個人，透過肢體約束或權力交換，達到強烈感受的性愛互動，但未必包含插入式性交。^[1]

根據系統範疇界定文獻回顧，40% 至 70% 的人口有 BDSM 相關的性幻想。^[1]問卷統計則顯示各國的文化差異：在澳洲，2.2% 的男性和 1.3% 的女性，曾於受訪前一年內進行 BDSM。^[2]美國 20% 的受訪者嘗試過綁縛；30% 具打屁股的經驗；而 13% 曾戲謔性地鞭笞。^[1]比利時有 BDSM 經驗的人口比例更高達 46.8%，而且 12.5% 常態性地執行。^[2]另外，自稱最受歡迎的免費 BDSM 社群網站 FetLife，目前有超過 1 千萬來自世界各地的會員。^[3]

BDSM 的風險

BDSM 從繩縛、鞭笞到戀物，涵蓋的範圍甚廣；潛在的健康風險，亦是類型繁多，例如：破皮、瘀青、感染、燒燙傷、血液傳染疾病、昏厥、窒息、情緒過激，以及肌肉、骨骼或神經損害等。44% 的 BDSM 實踐者，曾尋求專業的醫療建議；然而不少人擔心被歧視，即使需要也寧可不諮詢。^[1]

死亡是 BDSM 極為罕見的後果，機率比在性愛時自然死亡，或是自慰致死都低。一般性愛中自然死亡的平均年紀，男性為57.2歲，女性則是45歲，常見的肇因依序是冠狀動脈心臟病和心肌梗塞等。相對地，BDSM 愛好者多半未滿 50 歲，相關案件的平均死亡年齡為 34.9 歲，死者和性伴侶許多都不是新手。88.2% 的死因是勒斃，而 64.3% 牽扯到酒精或藥物。這兩類物質會降低人的控制能力，進而增加性愛的危險，所以不少 BDSM 團體立規禁止。^[1]

BDSM 的鑑識挑戰

當有人意外死於 BDSM，鑑識團隊就必須重建命案現場。在他們抵達之前，除了醫療人員或死者的性伴侶會在急救時移動擺設，後者也可能基於愧疚或害怕承擔責任，丟棄情趣用品和 BDSM 道具，或者乾脆逃離現場。偏偏這類案件僅有的目擊者，通常為驚嚇到支支吾吾的性伴侶。此時，警方如果想取得更多資訊，又訪談到對 BDSM 抱持負面態度的死者親戚，便會獲得偏頗的筆錄內容。因此，死者遺留的性愛錄影或隱藏式攝影機，有時就變成辦案的關鍵證據。^[1]

此外，法醫難以從受傷的部位和型態，分辨性侵與合意性行為。持有參與各方簽署的書面契約，也不一定就能完全證明自身清白。^[2]契約內容的擬定，更不該與法律牴觸。比方說，《中華民國刑法》第 296 條：「使人為奴隸或使人居於類似奴隸之不自由地位者，處一年以上七年以下有期徒刑。」^[4]這就關係到BDSM裡，支配與臣服尺度的拿捏。

延伸閱讀：〈鑑識故事系列：性虐主奴契約無效〉

BDSM 的安全措施

當然，預防勝於治療，安全詞（safeword，亦作safe word）鎮守奈何橋。使用預設的特定用語或姿勢，能讓參與者在臨界身心極限時，立刻要求停止 BDSM 活動。國際通用的交通號誌系統，也是即時反應感受的方法：「綠」代表強度良好；「黃」為要求放慢步調；「紅」則是得馬上中止行為的訊號。^[1]

在美國，85% 的 BDSM 實踐者曾向前輩學習；9% 未接受指導；而 79% 有加入相關組織。在交流操作技巧和指導事後照顧之餘，BDSM 社群也提供初學者急救課程，以降低傷亡風險。於《國際法醫期刊》（International Journal of Legal Medicine）發表研究的瑞士鑑識專家，認為 BDSM 的行為和幻想還算普遍，雖然不是所有相關活動都極度危險，但是絕對得事先安排急救方案。例如：在唾手可得之處，放置能迅速解放綁縛的工具等。^[1]有鑑於此，對 BDSM 有興趣的讀者，與同好計劃活動時，請千萬別忘了將安全問題納入討論。

參考資料

1. Schori A, Jackowski C, Schön CA. (2022) ‘How safe is BDSM? A literature review on fatal outcome in BDSM play’. International Journal of Legal Medicine, 136, 287–295.
2. Koelzer SC, Bunzel LM, Holz F, et al. (2023) ‘Esophageal rupture through extreme sadomasochistic practice’. International Journal of Legal Medicine.
3. BitLove Ltd. ‘FetLife is the Most Popular Social Network for the BDSM, Fetish & Kinky Community.’ FetLife. (Accessed on 14 APR 2023)
4. 「中華民國刑法第 296 條」（08 FEB 2023）全國法規資料庫

• 作者／迪恩．柏奈特 Dean Burnett
• 譯者／鄧子衿

今天晚上不行，我頭痛。

許多人在某些地方和場合下有性興奮卻無意享受性愛。我曾經聽過許多在必要的密切醫學檢驗時，身體出現性興奮的尷尬故事。有不少男性曾說坐在巴士上時，出現了無用又讓人困擾的勃起。

這些狀況中，許多原因是一些和性興奮相關的部位受到刺激，產生反射性反應，也就是說與腦無關，而是由性器官和脊椎間的基本神經連結處理的。巴士產生的震動，可能刺激了這些反射性興奮系統，把那些震動感當成是伴侶對自己刻意的親密觸摸，而非大型交通工具內燃機運作時無可避免的結果。

杏仁體可能會評估這時的狀況，然後決定興奮並不恰當，但對於這件事，並不只是杏仁體有發言權，有時其他已介入的刺激興奮生理機制獲勝了，杏仁體戰敗退場，像孤獨的水手要奮力讓郵輪轉向，避免撞上因尷尬構成的冰山。

這樣的狀況讓我們清楚地警覺，性興奮和性慾並不是同一件事。兩者通常能夠獨立出現。但想了解兩者間的差異，最好先了解在神經層次上性慾的運作方式。

性慾主要由腦部的顳葉處理，這很合理（至少對神經科學家來說），因為邊緣系統有很多就在顳葉中，特別是杏仁體和海馬迴。邊緣系統是一個複雜的網絡，能讓情緒和本能影響理性與思考，或是讓理性與思考影響情緒和本能。對於性慾而言，是基本的動物驅力決定了我們的思考和行動方式，在此過程中，邊緣系統顯然居於樞紐地位。

在產生興奮或慾望時，杏仁體和海馬迴都會非常活躍。我們知道杏仁體在處理情緒，會同時決定現階段的興奮是否恰當。海馬迴則是處理基因的中心，這時海馬迴的活躍能夠解釋我們在性愛狀態時為何會湧現許多讓人興奮的記憶，或是性愛相關的記憶會鮮明且強烈，因為這些有助於讓興奮變得強烈，時間持續並增加，同時確保之前有用的經驗能在心中重現。

性慾也會由視丘引發，該部位亦屬於邊緣系統，像是腦部的中央車站，能夠把資訊傳送得又遠又強。這些部位的活躍都意謂著腦部「有那種感覺了」。

但是光有情緒和感覺還不夠。杏仁核與相關的區域結合而成的網絡，對於動機而言也很重要，其中一個特別重要的區域是前扣帶皮質（anterior cingulate cortex），該區域連接了負責注意力引導、思索事物、情緒調節和其他功能的部位，讓我們去追求並享受人與人之間的互動，同時對某一個特殊性愛狀況中情緒與動機產生重要影響。真的很難想像有其他比這樣更強調「人與人之間的連結」了！

這些狀況都顯示了性興奮和性慾雖彼此不同，但是經常糾纏在一起。幸好許多相關的腦中系統是共通的，能夠讓我們同時體驗到性興奮、性慾和相關動機。與此同時，也能夠為系統煞車，讓我們不會整個小時都處於色慾不受控的興奮狀態。