臺科大攜手臺大開發自供電水質監測系統 偵測重金屬、殺菌一次搞定
記者黃仁杰／台北報導
隨著工業化與都市化持續擴張，水污染問題日益受到關注。國立臺灣科技大學材料系教授朱瑾研究團隊，攜手國立臺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》(Impact factor: 19.0)，為智慧化水質監測提供新的技術方向。
「液固摩擦奈米感測器」整合兩校材料工程與生醫感測兩大領域的研究優勢，林宗宏教授團隊長期投入智慧生醫材料與自驅動化學感測器的開發，在遠端智慧監控平台與生醫應用方面具備成熟的技術；朱瑾教授團隊則專注金屬奈米管陣列結構與表面處理能力，研發高功能奈米材料，透過兩校團隊的技術整合，成功打造出兼具「污染物偵測」與「水質處理」能力的自供電水質監測系統。
在材料設計方面，臺科大團隊以鎳、鎢與鎳(Ni-W-Ni)組成的金屬奈米管為核心，當水滴在奈米管表面滾動時，水滴與奈米管結構之間的接觸與分離會產生摩擦電，系統將這些電蒐集轉換為電能，進而驅動感測與殺菌。不同於現有多數水質監測系統需要持續供電或外接設備，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、低碳且兼具環保永續的創新方案。
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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。在性能表現上，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，展現更快速且靈敏的監測能力。
除了偵測污染物外，團隊也在奈米管表面塗覆碲化鉍(Bi₂Te₃)，它能在溫差約10°C的條件下產生過氧化氫(H₂O₂)，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，使整體系統能依不同需求進行客製化設計。
為了讓技術更貼近實際應用情境，研究團隊將感測、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，系統便可立即完成污染物感測，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(IoT)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，例如河川污染、偏鄉地區水質監測、災害現場水源檢查以及工業排放廢水的即時抽查等，這種無需外接電源、可攜式系統能在第一時間提供快速檢測與初步處理，形成重要的前端防護。
