實驗室開發可攜式半自動環境檢測裝置，目標讓各年齡不同使用者，都能在野地等非實驗室場域中，進行即時環境水質污染檢測，並獲得一致檢測結果。文章於2024年2月在Small期刊發表，獲選為內封面 (Inside Front Cover)，並收錄於 Hot Topic: Gold。

隨著工業和經濟的迅速增長，環境污染問題日益嚴重，而其中之一的挑戰即為重金屬汙染。由於重金屬離子具高毒性且容易在生物體內累積，對人類健康造成嚴重威脅。長時間處於重金屬汙染環境可能導致生物體核酸結構改變，甚至影響中樞神經系統、代謝系統和器官功能等。目前實驗室所使用之昂貴精密儀器，如質譜儀，需要複雜的前處理步驟和長時間的分析，因此，現行重金屬檢測方法不利於偏遠地區和資源有限區域執行。為了解決上述問題，本研究團隊開發彈簧驅動的半自動環境監測裝置，用於現場水質重金屬檢測。

此裝置使用3D列印修改市售注射器，結合彈簧於推進柱塞作為動力來源取代電力能源，並使用精密加工製造之聚二甲基矽氧烷 (polydimethylsiloxane; PDMS) 彈性膜為主體之穩流器，調控被推動之液體流速與流量。此外，結合修飾上兩種螢光金奈米團簇於試紙之重金屬分析步件，可透過金奈米團簇表面配體對重金屬汞和鈷離子產生親金屬 (metallophilic interaction) 和硫轉化作用 (sulfur inversion) 之特異性，進行汞與鈷離子之高專一性與高靈敏度檢測。結果顯示檢測時證實不會受到其他金屬離子與基質干擾，且在 20 分鐘內即可完成檢測流程，而汞離子與鈷離子可達到之檢測極限分別為 1.76 nM 與 0.27 µM，低於美國國家環境保護局 (environmental protection agency; EPA) 以及歐盟飲用水水質標準。

本研究團隊所提出之可攜式半自動注射器裝置應用於重金屬汙染檢測。(a) 檢測裝置示意圖; (b) 裝置操作程序與步驟; (c) 金奈米團簇的紙基分析裝置進行重金屬檢測與分析過程。

本研究開發具高靈敏度、高選擇性、方便攜帶且易於使用的環境水質檢測裝置，預期可應用於資源有限地區的水資源監控與環境污染檢測。

本研究感謝國科會以及國立臺灣大學高教深耕計劃之經費支持。

陳建甫 臺灣大學應用力學研究所
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Small期刊全文
“A Semi-Automatic Environmental Monitoring Device for Mercury and Cobalt Ion Detection” Small, 2024, 20, 2303871.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202470063