根据世界卫生组织（WHO）的统计数据，在21世纪仍有约四分之一的人口无法获得安全、清洁的饮用水。在自然灾害发生、基础设施受损或供水中断时，这一比例还会进一步上升。

集中式水处理设施和部分化学试剂盒虽然有效，但成本往往较高。韩国研究人员近日提出了一种更为廉价的替代方案：一种自供能水质净化胶囊，既能检测水质，又能在必要时对水进行消毒，并已在实验中成功验证。

研究团队在《自然水》（Nature Water）期刊上发表论文，详细介绍了这一装置及其工作机制。该装置被命名为 FDGD 胶囊（浮动诱导检测引导消毒，Floating-Induced Detection and Guided Disinfection），外观类似一个漂浮在水面上的小型塑料舱。

使用时，用户只需将胶囊摇动几秒钟。胶囊内部的磁铁在摇动过程中穿过线圈运动，从而产生电流。这股电流为内置水质传感器供电，传感器会测量水的电导率，并立即将检测结果发送到用户的智能手机或智能手表。

传感器主要监测水中的总溶解固体（TDS），即水中矿物质和盐类的总量。由于常见污染源（例如农业径流）释放的离子会改变水的电导率，TDS 值可作为水体是否受到污染的重要参考指标。

杀灭病菌

在完成检测并读取数据后，装置会判断当前水质是否处于安全的化学范围内。如果检测结果显示水质达标，用户可以选择将胶囊继续留在水中，或将其放入装有水的容器中以启动消毒过程。

当水面产生轻微波动，或用户携带装水容器行走时，胶囊会通过接触起电等方式收集动能并转化为电能，为胶囊外部的一系列微小棒状结构供电。这些结构在装置表面产生强烈的静电力场，能够破坏附近细菌和病毒的外膜，使其失活。这种利用电场破坏微生物细胞膜的技术被称为电穿孔。

在实验室测试中，研究人员使用装有最多 4 升（约 1 加仑）水的容器，在不同摇动和运动速度下对胶囊进行评估。他们向多种水样（包括河水和自来水）中加入大量常见细菌（如大肠杆菌）和病毒。结果显示，胶囊在所有样本中均实现了对细菌和病毒 99.9999% 的失活率。

论文作者写道：“本研究开发了一种便携式胶囊，通过电磁感应和接触电气化利用动能发电，实现按需同步进行水质检测和消毒，无需外部电源或化学药剂。”

展望未来

研究团队目前正探索进一步优化装置设计和性能的方法，以便未来能够实现更大范围的应用。如果最终实现商业化，这种胶囊有望成为缺乏安全饮用水地区的一种高性价比选择。

研究人员表示：“当人们需要水时，可以收集潜在不安全的水源，并使用价格低廉的 FDGD 胶囊进行检测和消毒。”

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