如何让大便优雅地滑入水中?科学家们真的是操碎了心

使用马桶时，可能每一位读者都遇到过这样的问题：排泄物在马桶壁上留下痕迹，难以冲洗。这样不仅不美观，也带来了卫生隐患。现在，宾州州立大学的研究团队开发出一种名为“LESS”的超滑涂层。经过LESS涂层改造后，马桶不仅变得不粘，还大幅减少冲马桶的用水量，同时让马桶环境更加卫生。

相信每一位读者都深有体会：使用马桶时，以下两个难题似乎总是难以绕开：如果让排泄物沿着马桶壁滑下去，光洁的马桶表面往往会残留一些令人不快的痕迹，难以冲洗;而排泄物如果是直接落入水中，后果就像是菲律宾的跳水选手，天女散花，屁股遭殃。

当然，聪明的你可能会说，如果善于在马桶中放纸，这两个问题都能得到解决。的确，厕纸可以帮助我们抵挡第一轮攻势，但却经不住第二轮、第三轮的轮番冲击。每一次看到马桶内壁被污染，你是否想过：既然有不粘锅存在，这个世界上为什么就不能有不粘马桶呢?

冲马桶的水资源危机

其实，这是一个非常重要的问题——它的意义绝不仅仅是维护卫生间内小环境的卫生、整洁，更关系到全球数十亿人的用水与公共卫生问题。

慢着，把马桶冲水与全球人口的生存问题联系起来，会不会显得有些牵强?看了下面这组数据，你会发现这个说法一点都没有夸张：

冲马桶，是一件耗水量巨大的工程。以美国为例，24%的室内用水，都用来冲马桶了。而在全球范围内，每天用于冲马桶的水超过1400亿升，这个数字几乎是整个非洲每日用水量的6倍。要知道，全球70亿人口中，半数都面临着严重的水资源危机。在这样的背景下，冲马桶消耗的水资源过于惊人。

另一方面，水资源的不足，使得一些缺水的地区根本无法建造马桶——因为没有足够的水来冲洗。根据联合国的数据，大约有26亿人无法获得基本卫生服务，如坐厕或蹲厕。基础卫生设施的缺乏，让这些地区的人群面临更严峻的公共卫生形势。

怎样才能减少如厕过程中的水资源消耗?当然，这里并不是让大家从自身生理上做出改变。一个重要事实是，冲马桶用水中，相当一部分都是为了冲干净马桶壁上的残留物。也就是说，不粘马桶如果真正出现，将为解决全球的水资源与公共卫生问题做出一份贡献。

LESS water

目前，已经有一些防水涂层用在马桶上。这些材料面对液体效果良好，但却不能对付固体残留物。

现在，宾州州立大学自然灵感工程实验室的黄得胜教授带领研究团队，研发了一款“超滑涂层”。使用这种涂层制造的马桶内壁，真正做到了“不粘连”，可以使单次冲刷的用水量减少至少一半。在发表于《自然·可持续性》的论文中，他们将这款涂层命名为liquid-entrenched smooth surface，翻译过来就是液体固定的光滑表面。其英文缩写也相当贴切：LESS。论文第一作者，是黄得胜实验室的博士后，本科毕业于清华大学的王京。

近10年前，在哈佛大学做博士后时，黄得胜就从猪笼草身上汲取了灵感，制造出新型超滑材料。

猪笼草，一种罕见的以昆虫为食的植物，相信读者一定有所耳闻。一旦猎物进入猪笼草布下的陷阱，这种植物光滑的内壁使得它们无法再爬出来，只能落入笼底，最终被分解。这是因为，猪笼草的内壁是一层蜡质材料。在微尺度上可以发现，在恰当的位置上，水起到了润滑作用，使得昆虫在接触后迅速滑落。

现在，基于这样的思路，研究团队制造出能够让各种黏性物质滑落的升级版材料。

为了实现这样的目标，马桶内壁的材料需要满足两个条件：其一，表面的粗糙程度要尽可能地低，也就是马桶内壁要尽量光滑;其二，排泄物接触马桶时，马桶与空气的界面、排泄物与空气界面的表面自由能都要尽可能地低。要做到这一点，就要让马桶表面更加润滑。

基于这样的思路，研究团队最终打造出革命性的LESS涂层。令人惊叹的是，将普通的陶瓷马桶改造成不粘马桶，只需要两个喷涂的步骤，用时更是只需要5分钟。

首先，需要向普通马桶喷涂一层聚二甲基硅氧烷的基底。这是一种长链聚合物，其末端可以与马桶表面紧密相连，形成茂密的“纳米毛发”。不过，这样的“毛发”直径只有人类头发的百万分之一。

这层基底打好后，第二步，也就是最后一步，是喷洒一层1毫米厚的硅油润滑剂。硅油可以与基底的疏水聚合物紧密结合，同时对任何落下的物质起到润滑作用。

就这样，一款不粘马桶改造完成了。至于效果如何，研究人员进行了多轮测试。

真的好用，但是……

首先是液体。相比于液滴在普通涂层上的驻足，落在LESS涂层上的液滴迅速滚落。当然，考虑到防水涂层已经用于一些马桶中，这样的测试显然不够令人激动。

接下来，测试的主角是人工合成的粪便。出于……各种考虑，研究人员根据粪便的黏度特征，用有机材料模拟了真实的粪便。当然，由于含水量的差异，真正的粪便黏性不尽相同，这里研究团队在模拟时也进行了相应的调整。但无论是什么样的“粪便”，在LESS涂层上都是如丝般顺滑。

事实上，无论是液体、固体残留物还是细菌，黏度系数相差9个数量级的物质，在这款涂层上都会立刻滑落。

当然，你可能会说，这些人造的物质和真实的排泄物怎么能一样呢?为了进一步证实自己的结论，在研究的最后，研究团队还是做了你们最想看的试验——用真实的粪便，分别滴落在LESS涂层、陶瓷材料、特氟龙和硅树脂材料上。结果和前面一样，只有在LESS涂层上，粪便才能顺溜地滑落。

使用这样的马桶，对于节约水资源的作用也立竿见影。研究指出，使用普通的马桶，一般需要至少6升水，才能冲洗干净;而对于LESS涂层，根据“粪便”含水量的差异，冲马桶的用水量可以减少50%~90%不等。此外，这种“不粘”马桶还可以有效杜绝细菌在马桶内壁滋生，不仅更卫生，马桶的气味也不那么难闻了。

可以说，LESS涂层的效果已经得到严格的验证。现在，除了在实验室中继续开展研究，黄得胜还带领团队将这项技术投入生产中。他们已经成立了一家初创公司：spotLESS材料，而基于LESS技术的产品也已开始售卖。

如果说，到目前为止的描述都令你充满期待，接下来这个事实可能会让你更加客观冷静。LESS涂层拥有众多优点，但它也有自己的问题：不能一劳永逸。硅油属于消耗品，冲一次少一次。冲洗大约500次后，就需要喷洒新的硅油涂层了。如果是普通的一家三口使用这款马桶，可能一个月内就需要添加新的涂层。而聚二甲基硅氧烷基底虽然比硅油耐用，但长期使用后，也需要修补。由此引发的另一个问题是，在缺水的不发达地区，使用这类马桶的成本似乎过于高昂。

盖茨基金会负责水、卫生项目的高级项目官员Carl Hensman就表示，目前将这项技术用于那些发展中国家“几乎不可能”。Hensman认为，这样的技术令人激动，但它需要在将来得到改进，从而“最终实现可持续性”。

那么，这样不粘连的马桶，你想用吗?

关键词： 大便 优雅 滑入水中