流动供能，无需插电：这款新型传感器可实时捕捉水中有毒胺类污染

在偏远山区的溪流旁，或是突发污染事故的河流边，传统水质监测设备往往因笨重、依赖外部电源而 “束手无策”。随着全球水污染问题日益严峻，对便捷、低成本、实时的污染物检测技术需求愈发迫切。近日，日本东京理科大学（Science Tokyo）的研究团队交出了一份创新答卷 —— 他们研发出一款完全依靠液体流动供能的水污染传感器，无需外接电源，就能通过发光信号精准检测水中的有毒胺类物质，为偏远地区、应急场景下的水质监测开辟了新路径。该研究成果已于 2025 年 9 月 8 日发表在国际顶级期刊《自然・通讯》（Nature Communications）上。

传统水质监测系统，尤其是针对有机污染物（如胺类）的检测，常依赖大型实验室设备，不仅成本高昂、操作复杂，还需要稳定的电力供应，这使其在缺乏基础设施的偏远地区或紧急污染事件中难以快速部署。而东京理科大学化学科学与工程系稻木伸介（Shinsuke Inagi）教授带领的团队，正是瞄准了这一痛点，将目光投向了 “电化学发光（ECL）” 技术 —— 一种通过化学反应产生光信号的检测方法，并突破性地为其赋予了 “自供电” 能力。

电化学发光技术本身并非全新概念，其核心原理是利用两种关键分子的 redox 反应（氧化还原反应）：作为发光源的 “发色团”，以及作为牺牲剂的 “共反应物”。当这两种分子发生反应时，发色团会被激发至高能态，待其回落至基态时便会释放出光，光的亮度或有无即可判断目标污染物是否存在。但传统的电化学发光检测必须依赖外部电源驱动反应，而稻木团队的创新之处在于，他们用 “流动电势” 替代了外部电源 —— 即利用检测液体本身的流动来产生电能，让传感器实现 “自给自足”。

为实现这一设计，团队打造了一款微流体装置，其结构看似简单却暗藏巧思：装置包含两个分别装有铂丝电极的腔室，中间通过一条填充了多孔材料（如酚醛树脂整体材料）的通道连接，电极则与电流表相连，构成一个 “分裂双极电极系统”。当液体（哪怕是用手动注射器推动的液体）流经中间通道时，会与多孔材料表面发生相互作用，产生最高可达 2-3 伏的流动电势 —— 这个电压足以触发电极处的氧化还原反应，为电化学发光过程供能。

在分子选择上，团队也进行了精准搭配：他们将苯并噻二唑 - 三苯胺（BTD-TPA）作为发色团沉积在阳极表面，同时选用三正丙胺（TPrA）作为共反应物。之所以选择检测 “胺类物质”，是因为这类化合物广泛应用于化工、制药等工业领域，却具有显著毒性，部分胺类甚至被证实具有致癌性和致基因突变性，一旦流入水体，会对生态环境和人类健康构成严重威胁。

实验数据显示，这款传感器的性能远超预期：当含有三正丙胺的溶液流经装置时，流动电势会驱动阳极处的胺类物质与发色团同时发生氧化，进而引发一系列反应并释放出可见光 —— 这种光信号强度足以被普通数码相机捕捉，即便电压低至 2.3 伏，仍能检测到清晰信号。除了三正丙胺，该传感器还能识别其他常见胺类，如 2-（二丁基氨基）乙醇、三乙醇胺（尽管检测效率略有下降）；更重要的是，它在蒸馏水和自来水中均能精准捕捉到痕量胺类，对三正丙胺的检测限更是低至 0.01 毫摩尔，足以满足实际水质监测的灵敏度需求。

“这项无需电源的电化学发光技术，为利用自然流动能量监测河流、管道污染物提供了新可能。” 稻木伸介教授表示，该技术的应用场景远不止环境监测 —— 未来还可扩展到食品水质检测、生物战剂识别等领域。团队的愿景是，随着技术进一步优化和耐用性提升，未来只需将传感器部署在自然流动的水体（如河流）中，依靠水流本身的能量，就能实现对水质的持续、实时监测。

这款流动供能的有毒胺类传感器，不仅突破了传统监测设备对电源的依赖，更以低成本、便携性和高灵敏度，填补了偏远地区、应急场景下水质快速检测的技术空白。它的出现，不仅是水污染监测领域的一次重要创新，也为 “利用自然能量实现实用化检测” 提供了可借鉴的技术范式 —— 未来，或许会有更多 “无需插电” 的环保监测设备，守护我们身边的水资源安全。

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