肝素為一種天然抗凝血藥物，常見來源為豬腸與牛肺。利用化學製程，可避免肝素在萃取過程中被汙染。2008年，美國就有超過80人死於肝素汙染。
根據北卡羅來納大學Chapel Hill分校Jian Liu和壬色列理工學院Robert Linhardt的研究指出。利用一系列的酵素來合成此種藥物只需10或12個反應步驟，遠少於現行的商業化學合成步驟所需的50多個反應步驟。另外這兩種新製程的產率，依序為45％和37％。對目前的合成方法來說是相當大的進步。
作者說：「他們的方法，對肝素合成的產業規模有巨大影響。」
資料來源: Nature: Fast track to blood thinner [ 02 November 2011]
譯者：蘇映慈
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。
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：
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：
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。
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）」：
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。
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：
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。
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：
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。
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
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話說，珊卓布拉克和查寧坦圖主演的失落謎城（The Lost City）近日在二輪片戲院上映了，電影本身頗具娛樂效果也讓我相當享受，但裡頭出乎意料的居然出現了水蛭吸血的橋段。
本著龜毛水蛭宅的認真心態，我當然仔仔細細地檢視了這個橋段，除了確定查寧坦圖沒有露出半根不該露出的東西（例如毛髮，請別想歪），也確定這個橋段裡面的水蛭有好些不盡正確的特徵，在此想要跟各位讀者分享，希望哪一天有人要在電影裡面用上水蛭的時候，特效或模型可以做得更精準一點。
先講優點，電影裡的水蛭模型做的還算有模有樣，體表的質感雖然乾皺了點但還算可以接受，值得一提的是水蛭正吸血時口吸盤會有的「垂直壓向皮膚」的姿態也做出來了。光是這一點，就值得為模型組的工作人員拍拍手。
好話說完了，接下來要開始挑剔了。
首先，吸血的水蛭不算是長時間游泳的高手，而且很依賴水波震動來找尋下水移動的倒楣宿主，所以通常是棲息在靜止或頂多是緩流的水域，電影裡面那樣不算開闊又有明顯水流的小溪是不太可能遇到吸血水蛭的。不過這一點相對不那麼有問題，我們就假設兩位主角涉水的溪流曾經經過一段緩流的溼地，只是畫面沒有拍到好了。
比較明顯的問題是水蛭吸血時的特徵行為和應對方式。
根據幕後花絮的說法，劇組是用膠水把水蛭黏在查寧坦圖的下背跟屁股上，也因此珊卓布拉克將水蛭拔掉的時候就像撕掉膠布一樣，甚至還可以看到膠水在水蛭跟皮膚之間拉開的黏絲。
但可惜的是，水蛭是靠著口尾兩個吸盤附著的，其他部位的體表毫無黏附的能力，所以要是你我被水蛭咬上吸血，從皮膚上把水蛭拔下來的時候，切記得要用指甲貼住皮膚把水蛭的兩個吸盤推掉，這才是最快也最安全的方法。至於為什麼這個方法最好，其他坊間流傳的火燒灑鹽法又有什麼不好，還請讀者參考先前的拙文「被水蛭咬了怎麼辦」，就不在這裡再多費唇舌了。
再說，水蛭身體本來就佈滿黏液，吸血的時候絕對是又黏又滑根本抓不住，要把吸血中的水蛭從皮膚上取下來，絕對不可能像珊卓布拉克那樣輕鬆，用手指直接捏住水蛭身體如撕膠布一樣的把水蛭拿下來，這樣做只會一直把水蛭身體捏扁，把牠吸到肚子裡的血液混著體內共生菌又擠回傷口裡面增加感染風險而已，各位讀者千萬不要學啊。
另一個問題是水蛭咬上身體的部位。一般而言，水蛭游到在水裡走動的宿主身上，基本上是找尋皮膚裸露處吸血，不太會鑽進衣服覆蓋的身體部位，尤其是那麼大隻的水蛭更是如此。
所以，既然水蛭沒有那麼會鑽，吸到查寧坦圖的上衣下擺跟褲頭之間還有可能，畢竟他的上衣看起來沒有紮進褲頭可能會在水中擺動，讓上身的水蛭有機可乘；但吸到包在褲子裡面的屁股就不太合理了，大概只是為了讓觀眾大飽眼福而已。
話說回來，查寧坦圖的台詞倒是說得沒錯，像珊卓布拉克在戲裡那樣的連身緊身衣，基本上對吸血水蛭而言就是絕佳防護，所以她的身上沒有水蛭也是合情合理。
各位讀者想必有所不知，二戰時期歐美軍方在太平洋戰場體驗到吸血蛭類的擾人之後，蛭類避忌藥劑與效果研究才開始蓬勃的發展。由於水棲與陸棲吸血蛭類在東亞、東南亞與南亞地區種類繁多又常見，吸血蛭類的避忌研究也因此多以亞洲的種類為實驗物種。
例如越戰時期，美國軍方曾苦於前線官兵在越南叢林受到蛭類侵擾，便與 1955 年於台北重新設立的美國海軍第二醫學研究所（US Naval Medical Research Unit No. 2, NAMRU-2）以及瘧疾研究所合作，在屏東潮州進行一系列蛭類毒殺與避忌的實驗。
同樣是吸血蛭類，水棲種類與陸棲種類的擾人程度其實有相當的差異。吸血的水蛭生活在水中，只要不涉水就不會造成任何困擾；而且一般而言吸血水蛭的體型較大，不容易鑽過衣物間的縫隙，更不可能穿過疏鬆的衣物纖維直達皮膚。
因此，要防止吸血水蛭上身其實很簡單，只要士兵不要下水、萬一不得已下水時務必穿著衣褲襪子並且紮好紮滿，尤其是褲管必定要紮入襪子裡，確保沒入水中的身體都被衣物緊密覆蓋，吸血水蛭也就只能黏附在衣物上遊走，幾乎無法接觸皮膚吸食血液。這樣一來，就算長褲襪子沒有施用任何避忌藥物，也已經足以防止吸血水蛭的攻擊，而且避忌效果就和驅蟲劑處理過的長褲一樣好。也因此，針對吸血水蛭的避忌研究就相對少了許多。
話雖如此，美軍還是針對吸血水蛭測試了好些避忌配方，經過一番試驗，藉著混合綿羊油、礦物脂和矽氧樹脂這些成份，終於把塗抹皮膚用的驅蟲藥劑從入水後五分鐘就會失效，延長到避忌效果可達 70 分鐘左右或更久。也有研究發現有 15 種單方與複方組合，能夠在超過 200 次入水洗手後依然保持避忌效果。
不過，這些以塗抹皮膚的避忌藥物在戰場上頂多只能做為輔助配備，以軍方的角度而言，如果能在制服上施加藥物，讓避忌各種昆蟲與蛭類的效果如同軍事裝備將戰士「武裝」起來並提供持久效果，當然更是理想。
因此，為了戰場所需，當時的諸多研究便著眼於以浸泡的方式讓衣物吸附各種避忌藥劑並評估持久程度，尤其在陸棲吸血蛭類的避忌研究中更是蔚為主流。
畢竟，俗稱螞蟥的陸生吸血蛭類跟吸血水蛭的擾人程度可不是同一個等級的，這些飢腸轆轆又敏捷的小傢伙沾上身體以後，即使是附著在衣物鞋襪上也會四處遊走，無所不用其極地找到衣褲鞋襪的交界、甚至是布料纖維間的縫隙，然後死命擠過去以抵達皮膚大快朵頤。
所以，美軍測試了許多配方，就是為了找到讓吸血螞蟥厭惡至極而拒絕靠近的辦法，但到底找到了什麼配方並不是這篇文章的重點，我們還是回來討論電影裡的水蛭吧。
最後，關於傷口沒有流血這件事，實在是非提不可的大問題。自古以來，吸血水蛭的抗凝血能力就舉世皆知，甚至因此被拿來當成放血治療的醫療工具，在十九世紀末歐洲的吸血水蛭還因為採集過度搞到瀕臨絕種。像電影裡面那麼大的吸血水蛭，咬出來的傷口絕對不小，拔掉以後應該會一直流血，就算是剛吸血十幾分鐘的傷口大概也要流個半小時的血，如果已經吸血超過半小時，傷口沒流血個幾小時都是上天保佑。所以，珊卓布拉克拿掉水蛭以後那些傷口應該會持續不斷的滲血出來，查寧坦圖的下背和屁股應該會漸漸染血成片，才不可能毫不狼狽地繼續帥氣行動呢。
哪裡有蛭，哪裡就有我的事。今天挑剔「失落謎城」電影裡的水蛭橋段就到這裡，下次再看到電影裡面出現水蛭的時候，就是我們再會的時候啦。
無論是活體外用或是藥材內服，重點還是蛭類體內的功能性因子進入人體後產生作用。若是能夠將蛭類體內的有效成份純化萃取甚至大量製造，以注射或口服方式直接進入血液或患處發揮效果，似乎都能更加迅速而有效。
因此，過去一百多年來，東西方的學者都耗費不少心血，努力從水蛭身上萃取出各式各樣的有效成份，而這一切的濫觴當然非「蛭素（Hirudin）」莫屬。
十九世紀末，雖然蛭類放血療法在西方醫學中不再受歡迎，科學界對蛭類的抗凝血能力卻依然興味盎然。
1809 年，俄羅斯教授「迪亞科諾夫（Diakonov）」在著作中提及「歐洲醫蛭腸道內的血液並不會凝固」，因此推測其中必有溶解血液的因子；1884 年，英國學者「海克拉夫特（John Berry Haycraft）」則是發現歐洲醫蛭「唾液中有一種抗凝血因子」，之後德國學者「雅各比（Jacobj）」便在 1904 年，將此抗凝血因子濃縮並命名為「蛭素（Hirudin）」。
但一直到半世紀後的 1955 年，德國學者「馬克沃德特（Markwardt）」才將蛭素從歐洲醫蛭唾腺中萃取純化出來，並展現其抗凝血活性，於是開啟了蛭類抗凝血物質的現代研究。
1986 年，「哈維（Harvey）」解開蛭素的 cDNA 序列，利用基因工程技術，將此序列轉殖大腸桿菌，首次量產人工重組蛭素；不過，由於重組蛭素在第 63 位的酪氨酸殘基並未硫酸化，因此抗凝血活性比起天然蛭素有所下降。
即使如此，重組蛭素也早已商品化為 Lepirudin 和 Desirudin 兩種抗凝血劑上市，1998 年，蛭素通過美國 FDA 認可，可做為「肝素誘發血小板減少症」和骨科手術後預防血栓的治療藥物，同時也是唯一一個 FDA 通過臨床使用認可且提取自吸血動物的抗凝血因子。
蛭素身為至今以來最強效的天然凝血酶抑制劑，其抗凝血能力來自於蛭素與凝血酶能夠直接結合，使血液的凝血機制無法運作。
同樣具有抗凝血功能的常見藥物「肝素」，其抗凝血機制則是結合並活化「抗凝血酶 III」，活化後的抗凝血酶 III 再進一步影響抑制凝血酶和凝血因子 Xa 及其他蛋白酶。
相較之下，蛭素的抗凝血功能優勢在於不依賴凝血酶 III、特異性強大、不和內皮細胞結合、用量與抗凝血效果的相關性較好、不會誘發血小板減少症、也不增加血管通透性。
除了抗凝血功能外，蛭素也有抗血栓功能。蛭素直接針對凝血酶結合，不僅阻斷了血液凝固，也抑制了血液凝固後觸發的「纖維蛋白凝固」和「血小板聚集」，因此具有防止血管血栓生成的能力。又因為蛭素不僅能夠跟游離凝血酶結合、也能夠和血塊上的凝血酶結合，因此防止血栓形成和延伸的能力又比肝素更強大。
此外，蛭素也具有抗發炎功效，而且在心腦血管疾病、急性瀰漫性血管內凝血、腎臟疾病的臨床應用與基礎研究，甚至是皮膚疤痕和醫材塗布研究上，都持續展現影響力。
除了蛭素之外，數十年來科學家陸續又在蛭類中找到許多抗凝血因子以及各種功能性因子。值得一提的是，由於蛭類的祖先以血液為食，因此即使不是吸血維生的種類，許多蛭類體內依然會分泌少量或較原始的抗凝血因子，這也是為什麼捕食性的「寬體金線蛭」和「尖細金線蛭」體內也可以測到抗凝血活性的原因。
以下整理出在吸血與非吸血蛭類上，找到較知名的抗凝血因子和其他功能性因子。
一、抑制凝血酶：
二、作用於凝血因子 Xa 阻止凝血，經常也能對抗腫瘤轉移或抗發炎：
三、抑制血小板聚集：
四、其他功能：
吸血蛭類的唾腺能分泌「類組織胺」，能夠促進局部血管與組織通透性，這也是蛭類吸血後的傷口，會持續數十分鐘甚至數小時不斷滲血、且傷口周圍在癒合過程中經常輕微腫脹的主要原因。
值得注意的是，雖然蛭類唾腺會分泌麻醉物質，所以「咬人不痛」的說法歷久不衰，且好些研究也指出蛭類療法在某種程度上有助止痛，但目前在各種蛭類的唾腺分泌物中，依然從未找到具麻醉作用的成份。
