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。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。

[caption id="attachment_211926" align="aligncenter" width="2560"] 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。（圖／臺科大提供）[/caption]

「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。

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隨著後疫情時代的到來，現在疫情已經逐漸趨緩，人們對於新冠肺炎的恐懼也並不如一開始如此惶恐與緊張。但隨著天氣漸冷 …

隨著後疫情時代的到來，現在疫情已經逐漸趨緩，人們對於新冠肺炎的恐懼也並不如一開始如此惶恐與緊張。但隨著天氣漸冷，寒流到來時，人們待在室內的時間相對變長，這也意謂著像是SARS-CoV2(COVID-19病原體)和流感等透過空氣傳播的病源體在個體間傳播的機率提高。其中殺菌紫外線燈(Germicidal Ultra Violet,簡稱GUV)可以幫助對循環空氣進行消毒，但它們的紫外線波長也具有將空氣化合物轉為有害物質的隱患。

發表於Environmental Science & Technology Letters則對UVC消毒光引發的反應進行實驗，發現如何在去除病毒與產生有害物質間取得平衡。

消毒UVC燈一直是快速消滅室內空氣病原體的一種經濟且高效率的技術。以前主要設計成254nm波長的燈，但也因為這種波長對人體皮膚與眼睛有害而被要求安裝在天花板與通風管附近。最近研究發現，222nm的波長既能達到一樣的消毒效果，且對人體較為無害。

然而UVC光會分解空氣中的分子，形成強氧化劑，像是臭氧或其他氫氧自由基。接著這些氧化劑會接著與空氣中的揮發性有機化合物反應形成過氧化合物。最後這些過氧化物會再與UVC反應被分解成有機自由基並與氧化劑反應產生對人類有害的顆粒物。

簡單來說，這些產物會相互產生連鎖反應，最後對人體健康產生負面影響，但尚未有詳細研究指出這些有害物質的生產水平。

因此Zhe Peng、Shelly Miller和Jose Jimenez希望透過計算機模型來評估兩種波長的UVC消毒燈在一般室內條件下對消毒和空氣質量產生的影響。研究人員估算了SARS-COV2病毒去除率和三種室內結合不同的通風率所產生的有害物質量。

最終結果顯示，儘管兩種波長的UVC消毒燈都能有效降低SARS-COV2感染的風險，但其連鎖反應所產生的二次VOC、臭氧等對身體有害的物質水平不容忽視。

根據結果，團隊仍建議在高風險傳染病的環境使用UVC燈，認為其所帶來的好處相對較高。總地來說，避免長時間待在人口密度高的室內空間是對抗傳染病的最好方法。（編譯／高晟鈞）

資料來源:Phys.org

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