小便三章

小便三章
转自科学松鼠会http://songshuhui.net/archives/39695.html
| Tags 标签：原创, 小便, 尿检芯片, 尿黄素 候戏 发表于 2010-07-04 20:00
小便请坐下
我每天生活在阳光下，阳光下又没有什么新鲜事，所以我的生活也循规蹈矩，平庸得像一块方糖。可是作为一个智力、体力正常的男人，我也偶有冲动的想法。前两天，我决定坐下小便。这个想法来得自然，就像吃腻了鲑鱼，想换个口味试试三文鱼，没有什么意义，同时，也顺便用这个方式庆祝一下三八妇女节。（文章创作时间段）
刚褪掉裤子坐下，我就发现了一个好处：即便不控制角度，小便也不会漏到容器外面——如同给烧热的油锅加了盖子。说起来，男人是天生的弹道学学者，至少是个每天的实践者，熟练的高手或许可以站在三尺开外，尿进一个铜钱的方孔里。简单的经典力学知识给了我们自信，通过控制出射速度和角度，液滴在空中划过一条美丽的弧线（可以用抛物线方程较为精确的表达），这道弧线架起了一道连接膀胱和马桶之间的友谊之桥，昭示着人与自然之间不朽的传说——大概没有其他动物可以像人那样，不仅可以不带任何生殖目标的去享受性的欢愉，而且可以不带任何学术偏见的去享受小便的乐趣。
上文中“速度”和“角度”这类参数在物理学术语里被称作“初始条件”，男人通过控制肌肉调节这它们，后面的事情用一组简单的运动学方程便可以计算求解，无需再多操心，这就是经典力学的处理方式。牛顿曾经以为经典力学就是这个世界的全部奥秘，所以才有寻找“第一推动”的念头。最后找到上帝那里，借他老人家一臂之力帝给了宇宙一个初始条件，然后宇宙就按照经典力学循规蹈矩的运行，平庸得像一杯糖水。现在我们知道了，这种机械论靠不住，命运不应该，也不能够像一泡被泼出去的尿那样简单——脱离母体之后便无法自已。幸好20世纪初期，物理学家建立了量子力学体系，给世界保留了偶尔冲动一下的权利。
言归正传，继续来谈弹道问题。以一个男人的经验，控制尿液轨迹在小便中期其实不是太大问题，因为流量-流速在此时基本保持着稳定，只需用手指进行微调，出不了太大偏差。如果喜欢唱歌，此时便可开腔，一心二用了。然而，在小便初期和末期，因为流量-流速大幅变化带来的轨迹改变，往往给我们，特别是给清洁工们，带来不少麻烦。解决这个问题的一个办法是加大目标面积，因为不是每个人都是神射手，如果只把小便器做成十环那么小，绝大多数人都得脱靶。另一个办法是减小射程，道理和猎人偷偷接近猎物一样，虽然目标大小没变，可离得越近，越容易射中，这就是为什么即便最厉害的狙击手都有可能错失目标，而吞枪自杀的人往往总能够一次命中。通过坐姿，我们可以大大缩短自己和马桶之间的距离，完全消除卫生间地板出现尿渍的几率，特别是凌晨起夜，睡眼朦胧头脑昏沉的时候，这招最为灵光。


小便请起立

有一次去酒吧，两杯印度爱尔啤酒下肚之后，我开始跑尿。这里的厕所没什么特别，灯光昏暗，墙壁斑驳，小便器里面铺满冰块儿，墙上写的全是留言。吸引我眼球的是门上贴的一张尿液颜色比色卡，长方形色块平行排列，下方一一标明对应的生理情况。比如，在浅黄色块旁边写着“正常”。在暗黄色块的旁边，写着“身体缺水，急需补充啤酒”。在深棕色的色块旁边写着“最好立刻去医院！不过且慢，既然天色已晚，医生都下班了，索性再来两杯吧”。
我就还真顺势低头看了一下自己的尿液，可惜灯光昏暗，实在区分不出到底是浅黄还是茶色，而且后面还有几个人提着裤子排队等位置，也不容我再深究。喝完酒回家，我半醉半醒之间却还惦记着那张色卡，于是歪歪斜斜的坐在电脑前上网下载，打印后歪歪斜斜贴到卫生间墙上，然后回到卧室倒头睡下。

来源: Lucozade Sport Science Academy

尿黄素，一种人体新陈代谢的产物，是尿液显黄色的主要原因。曾经，十七世纪的炼金术士们认为尿液的黄色来自于黄金，把人体当成了流动金矿。经过百般努力，有一个叫Hennig Brand的德国炼金师在玩弄尿液蒸馏后留下的残渣时，“哗”的一声，火光闪烁，把他吓了一跳——这是人类历史上第一次分离提纯出白磷。尿液中的磷酸盐通过蒸发纯化以及还原得到白磷，这是Hennig得以成功的全部秘密。因为黄金的化学性质极其稳定，即便有大户人家一日三餐拿大饼卷金条当主食，胃酸也不足以将黄金转化为化合物。黄金没有机会进入循环系统，自然不会出现在尿液中。炼金师还不如转移目标，把实验对象改为大便，成功的机会或许更大一点。
尿液的成分如今早就不再神秘，其中含有大量（95%）的水，少量的尿素，剩下的是些杂质，比如尿黄素，荷尔蒙，葡萄糖，电解质等等。如果身体某些器官出了毛病，导致尿液成分发生改变，颜色往往会跟着变化。比如深棕色尿液，就有可能表示胆囊，或者是肝脏出了问题。所以站着小便有个最大的好处，就是让人及时发现尿色异常，尽早就诊。
从酒吧回来的第二天早上，夜长尿多，我憋醒之后脑子里第一个想到的是那张比色卡。于是，我揉揉眼拐进卫生间，尿到一半，却发现颜色怎么也对不上，仔细一看才明白，原来我家的打印机是黑白的。
小便请发电

我曾经设想过这样一个太阳能发电装置。在烈日当空的晌午，我光着膀子站在阳光下，汗水顺着脸颊和手指流淌，我身下放着一个小烧杯收集起这些汗水，烧杯里，分别插着一块铜片和一块镁片，中间连上一个小灯泡。小灯泡就因此一直点亮着，陪伴我。这个装置的优点在于，发电的同时，可以把皮肤晒成古铜色，缺点在于比较考验毅力。
我把这个想法说给一个朋友听。事实证明拥有这样聪明的朋友是我的福气，他不仅一下子看到了核心问题，并且立即给出了解决方案：你不如用烧杯接几十毫升尿液，这可比流汗快多了。
我大呼有理：是啊，既然尿和汗都是电解质，又何必舍本逐末呢！可转念一想：这样一来，可跟太阳能就扯不上关系了，还能体现出新能源的价值吗？我的朋友又一次打消了我的顾虑：糊涂，这下虽然算不上太阳能了，但你可以说它是生物能源啊！我再次闻过则喜。
创意就像一个交际花，她们四处周旋，挑逗不同的研究者。这次，和我一同上钩的是Ki Bang Lee，来自新加坡生物工程与纳米科技研究所。他把我上文提到的设想——由尿液驱动的原电池——做成了一个卡片型的小器件，长宽分别是六厘米和三厘米，便于储存和携带。当然，Lee的工作完成于2004年，而我的想法诞生于昨天，理性的反省一下，这也没什么值得遗憾的。

器件构造如图所示，最下面一层是铜片，作为电池正极，上面是镁片，作为负极，中间夹着一层滤纸。滤纸在氯化铜溶液中浸泡过，之后晾干。使用的时候，取尿液滴在滤纸上，滤纸里的氯化铜分子重新在液体中被电离，发生原电池反应，铜片和镁片之间就有了电位差，可以用来驱动小功率的器件，比如生物传感器。而且用完即抛，简便卫生。这个电池可以稳压输出大约1个半小时，输出电压随负载变化有所变化，约为1伏左右，而输出功率接近1毫瓦，差不多可以点亮一个发光二极管。
实际上，即便是一滴清水，滴在上面也能发电，因为滤纸纤维上吸附了氯化铜，遇水形成的溶液的浓度远远高于尿液中盐的浓度，尿的成分并不会对发电过程产生本质上的影响。在目前来说，这个小装置游戏的意味更重些，不过，未来若能和一些尿检芯片集成在一起，应用前景就很广阔了。就尿液发电这个方向而言，我有一个终极理想。某天，车开着开着没油了，我并不慌张，找个隐蔽处停下车来，往油箱里尿上三四升，提好裤子回到车里，打火，走人。
（参考文献 Ki Bang Lee, J. Micromech. Microeng. 15 (2005) S210-S214）