大约有7.8亿人，占世界人口的十分之一，无法获得清洁的饮用水。被细菌、病毒、铅和砷等污染物污染的水每年夺走数百万人的生命。但是，一种能够有效清除水中此类污染物的廉价设备可能有助于解决这个问题。
塔拉皮尔·普拉迪普（Thalappil Pradeep）及其在印度马德拉斯理工学院的同事开发了一种16美元的纳米颗粒水过滤系统，该系统有望为印度最贫困的社区以及未来在其他同样困境中的国家提供饮用水。尽管以前已经开发出廉价的过滤系统，但这是第一个将杀灭微生物的能力与去除铅和砷等化学污染物能力相结合的系统。由于微生物和化学物质的过滤器是单独的组件，因此该系统可以定制，根据用户的需求，去除水中的微生物污染物、化学污染物或两者兼而有之。
过滤系统的原型。图片来源：塔拉皮尔·普拉迪普，印度马德拉斯理工学院
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在昨天发表于《美国国家科学院院刊》的一份报告中，普拉迪普和他的合作者解释说，微生物过滤器依赖于嵌入由铝和壳聚糖制成的笼子中的银纳米颗粒，壳聚糖是一种源自甲壳类动物外壳中几丁质的碳水化合物。该笼子阻挡了宏观尺度的水污染物，并保护纳米颗粒免受沉积物的侵害，否则沉积物会积累在其表面，从而阻止它们释放杀灭微生物的离子。
该团队使用释放铁和砷捕获离子的纳米颗粒来制造化学过滤器。但普拉迪普指出，“笼子”技术可以与其他纳米颗粒一起使用，以针对汞等污染物。
顶部的膜过滤器杀死细菌和病毒，底部的轴向块可以定制安装第二个过滤器，用于去除铅或砷。图片来源：塔拉皮尔·普拉迪普，印度马德拉斯理工学院
将材料逐个添加到水中，它们会自组装成类似粘土的小片（见下图）。这些薄片是“笼子”，然后抓住银纳米颗粒。生产不需要电力，因为类粘土过滤器是在室温下制成的。每升用于制造材料的水可以过滤500升水。“这是一种室温绿色合成，这意味着它可以在世界任何地方部署，”普拉迪普说。
壳聚糖纤维与氢氧化铝纳米颗粒（AlOOH Np）结合形成类似粘土的“笼子”，可以保护嵌入的银纳米颗粒免受沉积物的侵害，否则沉积物会降低它们的杀灭微生物的能力。图片来源：塔拉皮尔·普拉迪普，印度马德拉斯理工学院
“这可能是这项研究最强的方面，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校生物工程教授约翰·乔治亚迪斯说。“其他系统非常昂贵，并且绿色环保程度非常低。”
弗吉尼亚大学环境与土木工程教授詹姆斯·史密斯称这项新工作“有希望且令人兴奋”，但他预见到该过滤器在印度和非洲等国家的生产会存在问题。“该方法涉及强酸和强碱，可能不允许在发展中国家环境中进行生产，”史密斯通过电子邮件评论道。根据该地区污染程度的高低，过滤器必须每六个月在水中煮沸约四个小时，以去除降低纳米颗粒效力的沉积物。史密斯表示，这种清洁可能“难以让发展中国家的家庭定期完成”。史密斯是PureMadi的共同开发者，PureMadi是一种涂有纳米颗粒的粘土过滤罐，可以去除水中有害细菌，但不能去除化学物质，目前正在南非使用。
普拉迪普已经进行了小规模的实地试验，发现这些过滤器是有效的。他的团队与一家总部位于马德拉斯的初创公司合作，该公司将制造和组装过滤器，计划分发2000个超大版本的过滤系统，每个系统可为约300人服务。这些社区装置将为西孟加拉邦的约60万人提供用水，并让普拉迪普的团队测试其技术在清除污染物（尤其是该地区地下水中自然存在的砷）方面的有效性，规模更大。
“水意味着一个社会的健康、教育和整体福祉，”普拉迪普观察到。“这就是这些技术将在印度等地区产生影响的方式。”