大約有7.8億人，佔世界人口的十分之一，無法獲得清潔的飲用水。被細菌、病毒、鉛和砷等汙染物汙染的水每年奪走數百萬人的生命。但是，一種能夠有效清除水中此類汙染物的廉價裝置可能有助於解決這個問題。
塔拉皮爾·普拉迪普（Thalappil Pradeep）及其在印度馬德拉斯理工學院的同事開發了一種16美元的奈米顆粒水過濾系統，該系統有望為印度最貧困的社群以及未來在其他同樣困境中的國家提供飲用水。儘管以前已經開發出廉價的過濾系統，但這是第一個將殺滅微生物的能力與去除鉛和砷等化學汙染物能力相結合的系統。由於微生物和化學物質的過濾器是單獨的元件，因此該系統可以定製，根據使用者的需求，去除水中的微生物汙染物、化學汙染物或兩者兼而有之。
過濾系統的原型。圖片來源：塔拉皮爾·普拉迪普，印度馬德拉斯理工學院
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在昨天發表於《美國國家科學院院刊》的一份報告中，普拉迪普和他的合作者解釋說，微生物過濾器依賴於嵌入由鋁和殼聚糖製成的籠子中的銀奈米顆粒，殼聚糖是一種源自甲殼類動物外殼中幾丁質的碳水化合物。該籠子阻擋了宏觀尺度的水汙染物，並保護奈米顆粒免受沉積物的侵害，否則沉積物會積累在其表面，從而阻止它們釋放殺滅微生物的離子。
該團隊使用釋放鐵和砷捕獲離子的奈米顆粒來製造化學過濾器。但普拉迪普指出，“籠子”技術可以與其他奈米顆粒一起使用，以針對汞等汙染物。
頂部的膜過濾器殺死細菌和病毒，底部的軸向塊可以定製安裝第二個過濾器，用於去除鉛或砷。圖片來源：塔拉皮爾·普拉迪普，印度馬德拉斯理工學院
將材料逐個新增到水中，它們會自組裝成類似粘土的小片（見下圖）。這些薄片是“籠子”，然後抓住銀奈米顆粒。生產不需要電力，因為類粘土過濾器是在室溫下製成的。每升用於製造材料的水可以過濾500升水。“這是一種室溫綠色合成，這意味著它可以在世界任何地方部署，”普拉迪普說。
殼聚糖纖維與氫氧化鋁奈米顆粒（AlOOH Np）結合形成類似粘土的“籠子”，可以保護嵌入的銀奈米顆粒免受沉積物的侵害，否則沉積物會降低它們的殺滅微生物的能力。圖片來源：塔拉皮爾·普拉迪普，印度馬德拉斯理工學院
“這可能是這項研究最強的方面，”伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校生物工程教授約翰·喬治亞迪斯說。“其他系統非常昂貴，並且綠色環保程度非常低。”
弗吉尼亞大學環境與土木工程教授詹姆斯·史密斯稱這項新工作“有希望且令人興奮”，但他預見到該過濾器在印度和非洲等國家的生產會存在問題。“該方法涉及強酸和強鹼，可能不允許在發展中國家環境中進行生產，”史密斯透過電子郵件評論道。根據該地區汙染程度的高低，過濾器必須每六個月在水中煮沸約四個小時，以去除降低奈米顆粒效力的沉積物。史密斯表示，這種清潔可能“難以讓發展中國家的家庭定期完成”。史密斯是PureMadi的共同開發者，PureMadi是一種塗有奈米顆粒的粘土過濾罐，可以去除水中有害細菌，但不能去除化學物質，目前正在南非使用。
普拉迪普已經進行了小規模的實地試驗，發現這些過濾器是有效的。他的團隊與一家總部位於馬德拉斯的初創公司合作，該公司將製造和組裝過濾器，計劃分發2000個超大版本的過濾系統，每個系統可為約300人服務。這些社群裝置將為西孟加拉邦的約60萬人提供用水，並讓普拉迪普的團隊測試其技術在清除汙染物（尤其是該地區地下水中自然存在的砷）方面的有效性，規模更大。
“水意味著一個社會的健康、教育和整體福祉，”普拉迪普觀察到。“這就是這些技術將在印度等地區產生影響的方式。”