自修复、自供电水质传感器，6毫秒内超快速检测水污染
2025-07-09 09:58:22 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
ReSURF传感器可以检测多种污染物，例如油和全氟化合物，而这对许多现有传感器来说都是一项挑战。这项能力，加上自供电、自愈、可重复使用和可回收等独特特性，使ReSURF传感器成为现场、可持续、实时水质监测的有效解决方案。
清洁、安全的水资源对人类健康和福祉至关重要。它还在我们的粮食安全、支持高科技产业和实现可持续城市化方面发挥着关键作用。然而，在世界的许多地区，快速准确地检测水污染仍然是一大挑战。
据麦姆斯咨询报道，新加坡国立大学（NUS）的研究人员开发了一种新型自修复传感器，有望显著推进水质监测和管理。
受人类皮肤上发现的油性保护层生物功能的启发，新加坡国立大学设计工程学院材料科学与工程学院副教授Benjamin Tee领导的研究团体将这一概念转化为一种多功能材料，命名为ReSURF，该材料能够自发形成防水界面。
ReSURF概念设计
该团队设计的ReSURF材料和新型水质传感器的已于近期发表在Nature Communications期刊上。
这种新材料可以通过快速微相分离方法制备，能够自主自愈并可回收。研究人员将这种材料集成到一个摩擦纳米发电机（TENG）中，利用水滴运动产生的能量来形成电荷。由此获得的ReSURF传感器可用作水质监测器。
“ReSURF传感器可以检测多种污染物，例如油和全氟化合物，而这对许多现有传感器来说都是一项挑战。这项能力，加上自供电、自愈、可重复使用和可回收等独特特性，使ReSURF传感器成为现场、可持续、实时水质监测的有效解决方案。”Tee副教授表示。
ReSURF特性及器件输出表征
快速且可持续的水质传感
现有的水质监测技术，包括电化学传感器、光学检测系统和生物传感器，在特定应用中有效，例如检测重金属、磷和微生物污染。
然而，这些技术通常面临诸多限制，包括响应速度慢、成本高、依赖外部试剂或电源、可重复使用性有限，以及需要庞大而复杂的实验室设备或专业仪器。
用于水下软体机器人评估水质的可拉伸液滴式纳米发电机
新加坡国立大学研究团队开发的ReSURF传感器有效克服了这些挑战，特别是在现场实时水质监测方面。这款自供电传感器可在约6毫秒内检测水污染物。
此外，ReSURF传感器设计为具有自愈和可回收特性，使其成为可持续且维护量低的解决方案。由于材料具有可拉伸和透明的特性，可以轻松地将其集成到柔性平台中，包括软体机器人和可穿戴电子设备，这使其区别于传统的传感材料。
此外，作为传感器的ReSURF材料提供了一种环保解决方案，由于其可溶于溶剂，因此易于回收，能够在新器件中重复使用而不损失性能。
ReSURF传感器的工作原理
ReSURF传感器通过分析水滴中的盐、油或污染物等接触其表面时产生的电信号来监测水质。
当含有目标分析物的水滴撞击传感器的防水表面时，它们会迅速散开并滑落，在毫秒内产生电荷。
所产生的信号的幅度和特性会根据其中存在的分析物的组成和浓度而变化。通过实时监测这些信号，ReSURF传感器可以在无需外部电源的情况下，快速准确地评估水质。
为了展示其功能，研究人员在一种形似河豚的软体机器人上测试了ReSURF传感器，用于检测水中的油和全氟辛酸——一种常见的水源污染物。
测试结果令人鼓舞，两种污染物产生了不同的电压信号，证明了ReSURF传感器可用于早期监测可能的污染。
保障水质
ReSURF传感器具有广泛的应用潜力。它可以部署在河流、湖泊和水库中，实现污染物的早期监测，从而能够快速应对水污染突发事件。
在农业中，它能够监测稻田等区域的水安全。在工业场所和污水处理厂，ReSURF传感器可为废水管理提供宝贵见解。
研究团队希望通过提高污染物检测的特异性、集成无线数据传输功能以及扩展系统以用于长期或大规模环境监测来优化ReSURF传感器。
此外，研究人员计划探索更多环保材料替代方案，以增强可持续性，并满足不断变化的环境法规。
“未来的迭代版本可能会集成更多的传感模式或基于机器学习的信号分析，以实现更精确的污染物识别和分类。我们设想这个平台将成为开发更智能、响应更迅速水质监测系统的基础。”Tee副教授表示。
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