【科學簡史】誰有資格替病人做決定？–人體試驗的黑暗史（3）

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

在台灣，超過 525 萬人有便秘的困擾，我們一年甚至能吞掉約 4.6 億顆便秘相關藥物。許多人把瀉藥當成仙丹，只要肚子一脹、蹲不出來，就趕緊吞兩顆。但你是否發現，藥好像越吃越重，腸子卻越來越不想自己動了？

其實，便秘往往不是單純的「疾病」，也不是你喝水不夠或缺乏意志力，而是一場發生在腸道裡的「物理學危機」。近年來，醫學界對於便秘的治療觀念正在翻轉，美國 FDA 甚至核准了一款不含任何化學藥物成分的「吞服式震動膠囊」。今天，就讓我們放下手中的瀉藥，從物理學的角度重新認識你的腸道，並看看這項神奇的醫療新科技如何喚醒罷工的腸胃！

為什麼你拉不出來？破解腸道的 3 種「物理故障」

當你坐在馬桶上奮戰時，不妨先問問自己：你的腸道到底碰上了哪一種物理故障？臨床上，我們常常可以將便秘的成因歸納為三個字：硬、不動、澀。

1. 硬：大便太硬（水分流失問題）

正常的大便應該像「鬆軟的麵包」，保有適當的水分才能輕易變形排出。但如果糞便在腸道停留太久，水分被過度回收，大便就會變成像「餅乾屑」一樣的乾硬顆粒（在布里斯托大便分類法 BSFS 中屬於第 1 或第 2 型）。面對「硬」的問題，如果你只是一味地用猛藥催促腸子用力推，就像硬把石頭擠出水管，不僅推不出來，還會痛得要命。

2. 不動：腸子動力差（馬達失靈問題）

我們的腸子就像一條輸送帶，必須靠神經節律發出訊號，讓肌肉規律收縮來推進食物殘渣。如果輸送帶的「馬達」慢了，或是排便的肌肉協調出錯（例如該放鬆的括約肌反而收緊），這就是典型的「不動」。這時候，就算你喝再多水、吃再多菜，也只是讓貨物泡在水裡，因為輸送帶根本沒有在運轉。

3. 澀：腸道太澀（摩擦力過大）

有時候腸子有在動，大便也不算太硬，但就是有一種卡卡、排不乾淨的殘便感。這就像拿一塊乾掉的橡皮擦在桌面上推，不是推不動，而是「摩擦力太大」。糞便與腸壁之間的滑順度不足，缺乏油脂或黏液的潤滑，就會讓通道變得滯澀難行。解決這種問題，重點在於「潤滑通道」，而不是猛踩油門。

吃藥像敲引擎：為什麼瀉藥會越吃越沒感覺？

了解這三種物理故障後，你就會明白為什麼瀉藥不能亂吃。現行的便秘藥物其實都有各自負責的任務：軟便劑或滲透性瀉藥是負責「加水」（解決硬）；潤滑類藥物負責「降低摩擦力」（解決澀）；而大家最常買到的刺激性瀉藥（如番瀉葉 Senna），則是直接刺激腸壁神經，強迫腸子蠕動（解決不動）。

選錯藥物不僅無效，還會讓你更崩潰。例如，大便已經很硬的人若猛吃刺激性瀉藥，只會引發劇烈腹痛；腸道太澀的人一直吃滲透性軟便劑，可能只會覺得肚子脹得像青蛙。更危險的是，把刺激性瀉藥當成日常保養，就像是拿鐵鎚去敲壞掉的汽車引擎——剛開始敲一下引擎還會發動，久了神經變得遲鈍，你就必須敲得更大力。

雖然醫界對於瀉藥是否會造成不可逆的神經結構傷害還有討論空間，但長期依賴這類藥物，確實常見「大腸色素沉著（Melanosis coli）」的現象。這雖多半是可逆的，但絕對是腸道在警告你：「這招已經用太久了！」此外，如果是腸躁症（IBS）、阿片類止痛藥引發的便秘，或是先天神經缺失的巨結腸症，這些都需要專業醫療介入，絕對不是去藥局多買幾盒瀉藥就能解決的。

吞下一顆「腸道鬧鐘」？FDA 核准的震動膠囊

既然許多慢性便秘的本質是「節奏失靈（不動）」，那我們能不能用純「物理」的方式，重新喚醒腸道的節律？這正是近年腸胃科的重大科技突破——吞服式震動膠囊（Vibrant System）。

這顆膠囊不含任何化學藥物，它更像是一個微型機器人。它通過了美國 FDA De Novo 核准，主要針對「成人慢性特發性便秘（CIC）」，且使用瀉藥至少 1 個月仍無法緩解的族群。患者在睡前吞下這顆膠囊，經過約 14 小時抵達大腸後，膠囊會根據預設的程式，在腸道內產生定時、間歇性的微小震動。

這個過程就像是每天固定時間幫腸子做「晨操」，利用機械性的物理刺激，模擬腸壁肌肉的節律性收縮，喚醒胃-結腸反射。它不灌水、不鞭打腸道，而是讓排便變得「更可預期」。

真實世界數據揭密：它真的有效嗎？

2025 年一項針對 1722 名患者的大規模社區真實世界研究顯示，使用震動膠囊 3 到 6 個月後，患者每週自發性完全排便次數（CSBM）顯著增加，糞便型態變得更正常，且約 76% 的人如廁時間大幅縮短至 10 分鐘以內。

最值得注意的是它的安全性。傳統的新型促腸道動力藥物（如利那洛肽）常伴隨高達 15-20% 的腹瀉率，讓許多人因為頻繁跑廁所而放棄治療。但在這項研究中，震動膠囊引發腹瀉的比例極低（僅約 0.64%）。當然，它並非毫無副作用，少數人會感覺到肚子裡有震動感或輕微腹痛，但因為它不進入血液循環、不干擾荷爾蒙，系統性的副作用可說是微乎其微。

不過，這項高科技目前仍有禁忌症。由於膠囊內含金屬與電池，吞服後排出前絕對不能進行 MRI（核磁共振）檢查，以免引發危險；有腸梗阻病史或體內裝有心律調節器的人也不適用。

從化學走向物理，找回順暢人生

從傳統的瀉藥到最新的震動膠囊，現代醫學治療便秘的思維，正在從「化學藥力」逐漸走向「物理介入與裝置節律」。下次當你又在廁所裡苦苦掙扎時，記得先辨別自己到底是硬、澀、還是不動，並尋求專業醫師的協助，找出最適合的階梯式治療方案。

讀完這篇文章，你覺得自己是哪一種便秘類型呢？你最崩潰的是蹲太久、肚子脹，還是便秘腹瀉輪流來？如果未來有越來越多這種「吞下去的微型裝置」能治病，你會覺得看見了希望，還是覺得肚子裡有機器在動有點毛毛的呢？歡迎在留言區跟我們分享你的看法！

參考資料

1. FDA De Novo Classification for Vibrant System
2. Chronic Idiopathic Constipation Epidemiology and Impact
3. Melanosis Coli and Laxative Use
4. Clinical and Translational Gastroenterology: Real-World Evidence Study of Vibrant System (2025)

第一章　陳其德的故事

居安思危的明朝鄉紳

陳其德晚年回首過去時，總是萬分感嘆。崇禎十四年七月十五日的中元鬼節（按今曆為西元一六四一年八月二十一日），陳其德懷著愁緒提筆為文，描述自己周圍世界的崩壞。他親眼看見故鄉土崩瓦解──那是位於長江三角洲，距今上海西南一百公里處的桐鄉。

陳其德在當地教書，沒有什麼值得一提的成就。要不是他描述明朝最慘受災年的文章傳了下來，說不定世人早已忘卻此君是何許人也。

關於陳其德，我們所知的就只有他在自己著作中提到的事情，例如他在一五七○年前後出生，當時一切欣欣向榮。陳其德提到，自己生為傳統「四民」（士農工商，先後順序就是身分高低）中的最高階級，成長於「耕讀」之家，並為此感到慶幸──這代表他們家是鄉間的中等富裕之家，明史學者會稱之為「鄉紳」。

陳其德與其他鄉紳子弟一樣，努力讀書，期盼有朝一日能中舉登科，光耀門楣，為國效勞。二十多歲時，他每隔三年應試一次，卻始終未能中舉。三十歲時，他放棄了入試出頭的抱負，決定好好過生活，轉而從事教學，並且在接下來二十五年間用心教書，知足常樂。也就是說，陳其德相當認分，他受過教育，日子還過得去，也安於當他的低階鄉紳。

陳其德為了證明萬曆年間豐衣足食，提出了充分的證詞：

斗米不過三四分。

陳其德用來稱呼穀物的字是「米」這個通用詞，指的可以是米心或米粒。「米」在長江三角洲的脈絡中通常指稻米，而不是北方人吃的小米或小麥，南方人比較愛吃米。他用「斗」這個單位來為米計價，而「斗」字面上是指一杓或一桶。陳其德提到的貨幣單位，是白銀的標準小單位「分」，「分」本意指「百分之一」，而這句話裡所說的是什麼的百分之一呢？是「兩」這種重量的百分之一。「兩」是中國主要的貨幣計算單位。

物價這麼低，榮景似乎觸手可及，至少陳其德寧願這麼想。誰都不用擔心東西不夠吃。 陳其德用戒慎的態度來勾勒這種安逸，提醒大家榮景不只能讓人豐衣足食，也會讓人鬆懈了道德。一五八八年至一五八九年這兩年間發生嚴重的天災，先是豪雨成災，然後是嚴重乾旱。身為重視道德的儒生，陳其德只能把這兩波天災歸諸於「人禍」。他認為，萬曆初年的富足，讓大家失了道德準繩。雨水與乾旱不只是天災，也是上天的警告。

令人驚心的災年物價

陳其德回過頭來談米價，把老天爺警告的嚴重程度加以量化。

當是時，積米一擔，博價一兩有六。然米價騰貴，僅以月計，便覺野無青草，樹無完膚，而流離載道，橫屍遍路。

一擔有十斗，等於一斗要價十六分，也就是說米價漲了四到五倍。米價這麼貴，窮人只好盡可能從身邊的大自然找尋替代品，從青草到樹皮都不放過。社會愈來愈動盪。

講完一五八九年的天災，陳其德跳到天啟年間的一六二○年代，宦官派系在統御無方的明熹宗治下抬頭，朝綱混亂，讓政治菁英與衛道人士大感失望。陳其德簡短描述當時的混亂，將之視為上天的警告，接著跳到他為文的主軸，也就是繼位的崇禎皇帝統治末年。

陳其德再次以米價來量化災害並追蹤其進展。

米價初自一兩餘，漸至二兩餘。至水退而吳興農父重覓苗於嘉禾，一時爭為奇貨。即七月終旬，猶然舟接尾而去也。

陳其德在此把單位往上翻了一番，從「斗」上調到「石」，大約等於一百「升」。數字除以十就能還原出每斗的價格：價格在一六四○年先漲到每斗十分，接著二十分。

這些物價對經濟的影響，是導致市場關閉。至於社會影響，則堪稱災難。連當鋪都關門大吉，因為誰都沒有東西能典當。農民還是打起精神，出門耕田，但作物才剛種下去，蝗蟲便席捲而來，連剛發芽的東西都不放過。溪流乾涸，有水桶也無用武之地。

接下來疫情爆發，很可能是鼠疫，百分之五十到六十的家戶染疫。陳其德提到有許多人「就木」，至於「無木可就者，不過以青蠅為弔客」。

接著陳其德重新回來談物價，把敘事主軸從米價轉向其他食品的價格，藉此強調物價漲到難以置信的水準。陳其德在文章最後提醒讀者「勿視為老生腐談」。光是能活命就足以感恩涕零，但大多數人都想忘記受過的苦難，假裝什麼壞事都沒發生過，那可不行。

就連豬都比人貴？

災難還沒到頭。陳其德在一六四一年中元節擱筆時，也沒想過情況還可以變得更糟。一年又一個多月之後，陳其德在中秋節（一六四二年九月十九日）再度提筆為文，把去年的故事接著說下去。他在文章開頭提到，那年冬天嚴重缺米。他不是說米價有多高，而是沒提價格，因為根本沒米可以標價。

填不飽肚子的人或者拋棄自己的孩子，或者殺了他們來吃。染疫的比率上升到百分之九十。情況愈來愈慘，無計可施的老百姓甚至不惜把自己討來的丁點食物拿去拜拜，尤其疫情復燃之後更甚，期盼神明能出手幫忙。陳其德說，這種可悲的做法只會讓糧價變得更貴。

又因病者祈祝太甚，食物倍貴於去年。大雞二足，得錢一千；即小而初能鳴者，亦五百六百。湯猪一口，動輒自五兩至六七兩；即乳豬一口，亦一兩五六錢至一兩七八錢。若小廝婦女，反不過錢一千二千。又安見人貴而畜賤耶？

陳其德此處提到物價時，講到兩種不同的貨幣。豬用銀兩，雞用銅錢，人也用銅錢。社會上普遍把「銅」跟「銀」的用處區分得很清楚，銅錢用來買便宜的東西，銀兩則是用於大手筆的買賣。陳其德用銅錢替奴僕定價，其實是反指不該用銅錢給人標價，銅錢應該是用來給雞標價才對。然而在經濟崩潰的年代，就連豬都比人貴。

大明王朝的儒家宇宙觀

人們往往在逆境中尋求倫理教訓，尤其是陳其德這種道學之士。身居鄉紳底端的他，不停反省自己享有的那一點點特權，免得讓僅有的一絲絲福德溜走。他父母之所以為他取名「其德」（大概可以解為「有德之人」），或者也有這一番期許吧。陳其德身家有限，又沒有中過舉，只能仰賴其德來維持自己的社會地位，而他對此也是戒慎恐懼。

儒家把倫理與宇宙觀緊密結合，讓兩者之間幾乎沒有分別。雨水來自天上，天不下雨，是因為天決定不下雨，做為某種警告或懲罰。今日的我們抱持著大不相同的宇宙觀，但就連我們都會在日常生活中替天氣與疾病生態所受到的擾動賦予道德意義，宛如破壞環境與氣候變遷的警告。

所以，雖然我們的道德權衡基準與明代百姓截然不同，但我們跟他們其實相去不遠。在本書裡，我希望大家各退一步，試圖找回明代百姓生活的世界。我們如今把「世界」想成某個深受條件變化影響的有形生態體系，而他們當年則是把「世界」看成某種形而上的桌上遊戲，主導遊戲走向的則是上天。兩種觀念的建構方式並不相同，我也不覺得非得採用儒家道理，但我確實覺得當時人有他們的體會，他們用自己覺得有意義的方式在理解世界，我們不妨盡可能去貼近他們的體悟與認知。如果我們不去觀照生存危機對他們的意義，就等於是掏空了歷史。

其實，無論是我們還是他們，大家都生活在一個容易遭受擾動的全球生態系，擾動的因素也許是蒼生愚昧阻礙了天恩，也許是人類製造的碳與氣膠阻擋了太陽能。我們大家還有一個共同習慣，就是從必需支付的物價來看自己財富的變化。本書要順著陳其德的腳步，觀察糧價，但為的不是當成天怒程度的氣壓計，而是做為氣候變遷的衡量指標。

——本文摘自《價崩：氣候危機與大明王朝的終結》，2024 年 05 月，衛城出版出版，未經同意請勿轉載。