台科大攜台大開發自供電水質監測系統 偵測重金屬、殺菌一次搞定

國立台灣科技大學材料系教授朱瑾研究團隊，攜手國立台灣大學醫工系教授林宗宏團隊開發出「液固摩擦奈米感測器」，可在不依賴外部電源的情況下，同步完成重金屬、細菌偵測與水質淨化等工作，研究成果已刊登於國際高影響力期刊《Advanced Functional Materials》，為智慧化水質監測提供新的技術方向。

材料設計上，台科大團隊以鎳、鎢與鎳組成的金屬奈米管為核心，當水滴在奈米管表面滾動時，水滴與奈米管結構間的接觸與分離會產生摩擦電，系統則將此蒐集轉換為電能，進而驅動感測與殺菌。此技術透過水滴運動即可產生電力，不僅降低能源消耗，也為水質監測帶來更節能、低碳的方案。

此外，研究團隊開發的感測器可結合不同的檢測晶片，進行鉻、鉛及汞等重金屬離子的檢測，同時也能辨識常見的病菌，如大腸桿菌與金黃色葡萄球菌。性能表現上，感測器於離子檢測時的反應時間僅約20毫秒，而對大腸桿菌的靈敏度可達163 mV/decade，相較於傳統感測技術更靈敏。

除了偵測汙染物外，團隊也在奈米管表面塗覆碲化鉍，能達到約97%的大腸桿菌滅菌率、95%的金黃葡萄球菌滅菌率。研究團隊指出，一個約1平方公分的檢測模組即可處理約10毫升的水量，還能透過調整奈米管表面潤濕性、直徑、長度與排列密度等影響感測靈敏度與產電效率，進行客製化設計。

研究團隊也將感測、殺菌與監測平台等功能整合成「無線感測瓶」裝置，使用者只需將水樣滴入裝置中，系統便可立即完成汙染物感測，並進行初步淨化處理，相關數據還能透過無線傳輸到物聯網平台，建立智慧化的水質監測網絡，適合應用在分散式水質監測與即時處理場景，如河川汙染、偏鄉水質監測、災害現場水源檢查以及工業排放廢水的即時抽查。

研究團隊學生Helmi Son Haji指出，真實環境中的水質通常含有多種複雜汙染物，可能造成感測層表面汙染或功能衰退，因此未來將強化防汙設計、表面保護技術及模組化更換機制，以提升系統的長期穩定性與耐用度，未來還可透過更換感測晶片，將檢測範圍拓展至農藥殘留、其他化學汙染物甚至新興汙染物的偵測。