STAP死灰復燃？難道誤會小保方晴子了嗎？

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

（本文同時刊載於 dr. i 部落格 Facebook）

許多媒體在報日本女科學家小保方晴子假造研究結果，被A片商拱脫衣露胸的事情，卻沒報導關於「假造科學研究結果」這件事情的嚴重性。科學研究是一個非常嚴謹的過程，拿到了實驗數據後要和理論值比對，若是電腦計算的結果一樣也需要找相關的實驗數據，每一步都不敢怠慢。

記得頭一年在德國唸博士的時候，教授就是在磨鍊我這方面的觀念，要確認再確認，不能確認的結果不值得被討論。那段時間我真正體會科學的進步是如何一步一步被堆積起來的。因為這些過程的繁複和耗時，年輕的研究生往往會認為沒有必要，貪便宜的人甚至會在時間壓力下造假，其實我當時就知道很多數據造假其實包括指導教授在內沒有人能發覺，因為他們不可能會一步步跟著我作實驗或計算。因此，科學家的道德和操守真的很重要，甚至科學家也要訓練他們學生的操守，否則就像小保方的指導教授因蒙羞而上吊自殺，而她的另一位在哈佛大學的指導教授維次堤也因此而辭職。

也因為犯錯或造假很容易發生，因此在學術研討會上，一位研究者如果發表重大發現，會被其它學者更嚴謹的質問，因此答辯和蒐集證據的能力也是一位優秀科學家必須具備的條件。

近代造假研究結果的著名例子有2005年南韓動物複製（Cloning）專家黃禹錫（Woo-Suk Hwang）和2002年德籍凝態物理專家J. Schoen ，都是震驚學界的例子，希望後進學子會引以為鑒。

當然，也有很多例子是科學家被學界誤解，最後扳回一成獲得諾貝爾獎的例子，像是以色列物理學家特舍曼的故事《科學家意外發現的晶體與它的藝術美學》。

相關報導：

• 小保方晴子
• 道歉露胸部是常識！日出版社捧1億誘美女科學家脫衣 | 中時電子報 [2014/09/15]

本文由民視《科學再發現》贊助，泛科學獨立製作

文 / 許淑真（東京大學醫科學研究所博士生）

2014年1月，日本理化學研究所(以下簡稱理研)的小保方博士，在著名的科學期刊《Nature》上發表了一篇論文，證實將剛出生老鼠脾臟中的淋巴球細胞以酸性溶液處理，即可變成具有全能性的萬能細胞，稱為STAP（Stimulus-Triggered Acquisition of Pluripotency cells）細胞。萬能細胞因為具有分化成各式各樣組織、器官的能力，可以應用於人造器官或是器官重建(所謂的再生醫療)，因此是現在當紅的研究課題。2012年，日本的山中博士就以iPS細胞（induced pluripotent stem cells）拿下諾貝爾獎。

然而，胚胎幹細胞有道德倫理上的爭議，iPS細胞有腫瘤化的可能性，相比之下，STAP細胞簡單、安全，是幹細胞研究史上的重大發現。論文發表一個月之後，新聞熱潮絲毫沒有消退，因為世界上的科學家們竟然沒有人可以成功的做出STAP細胞！而此時更有人發現論文的數據中許多有更改過的痕跡，甚至，最關鍵的數據圖，居然與小保方博士以胚胎幹細胞為主題的畢業論文一致。從此，開啟了究竟STAP細胞存不存在的爭議。

理研的研究人員，解析之前小保方博士公開的STAP細胞基因數據。結果發現許多STAP細胞具有三條的第八對染色體。在自然界中，具有三條第八對染色體的老鼠，在胚胎發育的過程中就會死亡，因此無法出生。這點，與STAP細胞採用剛出生的小鼠的脾臟製作而成的方法矛盾。然而，長久培養之後的胚胎幹細胞，卻會出現具有三條第八對染色體的這項特徵。因此，研究人員懷疑，所謂的STAP細胞，或許是胚胎幹細胞。

2014年6月，論文的共同作者之一的若山教授，則給了STAP細胞致命的一擊。當初由若山教授提供剛出生的小鼠給小保方博士，由小保方博士採取老鼠血液做成STAP細胞之後，再交由若山教授將細胞做解析。然而若山教授分析他所保有的STAP幹細胞卻發現，有八株STAP細胞株雖然與他提供的老鼠品系相同，但是插入的螢光蛋白位置卻在不同的染色體上。而另外兩株雖然插入的螢光蛋白的位置一樣，但是老鼠的品系卻不相同。因此推測若山教授所擁有的這些STAP細胞應該不是由若山教授提供的老鼠做出來的。

所以，若山教授推論，他提供的老鼠，無法做出STAP細胞。但是他仍然語帶保留的說，不能說絕對沒有STAP細胞。而另一篇報導中，小保方博士的指導教授則說，當初的老鼠實驗都是若山教授做的，如果這中間發生了什麼變化，若山教授應該要負責任。而若山教授發表此項資料的二天，小保方博士也提出聲明，說明所有的老鼠以及細胞都是由若山教授的實驗室提供的，沒有其他的管道。看來，這場科學羅生門依然熱烈上演中。

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