美国学生使用3D打印开发出能够检测水中铅含量的设备

     近日，来自科罗拉多州的一名七年级学生因为发明了一种可以检测饮用水中铅含量的低成本3D打印设备而被命名为“美国顶尖的年轻科学家”，并获得了25,000美元的奖金。这名11岁的学生名为Gitanjali Rao。在得知密歇根州弗林特的水危机之后，Rao受到启发创造了这种创新设备，因为水处理效率低下，居民三年来一直没有安全饮用水，而且许多人暴露在城市供应的铅含量超标的水中。

     “在我了解到弗林特的情况之后，我继续研究并在接下来的几年里继续研究，”Rao向CNN解释说，“然后，我看到我的父母在我们的水中测试铅，这就是激发了这个想法的原因。我意识到使用测试条会花费不少努力来获得准确的结果，我想要做一些改变，不仅是为了我的父母，而且还为了弗林特的居民，还有像弗林特这样的地方。”

     目前，弗林特水中的铅含量估计在十亿分之397和十亿分之13,000之间，这被环保署认为是有害的。事实上，在美国，环保局已经发现了超过五千个违反铅和铜法规的供水系统。

    有一个可访问的设备来测试自己的饮用水，因此，可以帮助保持健康。正如Rao提到的，现在有一种方法可以测试你家里的水的铅含量，它由一个条状检测系统组成。如果在商店购买测试条，成本在15美元到30美元之间，并且能够检测各种水污染物（包括铅）。有关的消费者可以选择更准确和详细的实验室测试，但是这可能花费高达100美元。

    Rao的3D打印设备可以提供一个便宜、准确的解决方案。该设备名为“Tethys”，包含嵌入处理器（可通过蓝牙向智能手机应用程序发送信息）的3D打印外壳以及特殊的主导反应原子和碳纳米管（据报道可以比现有技术更快地检测水中的铅）的微尺度结构。

     据这位11岁的发明人说，当3D打印设备被放置在水中时，特殊的原子通过在纳米管的流动中产生一种阻力来检测铅分子。Rao解释说：“电阻的大小与水中铅的含量成正比。“处理器包括一个附件，通过蓝牙将测量结果发送到智能手机。我自定义开发的这款智能手机应用捕获了这些数据，并在用户界面上显示了结果。”她补充说。

    尽管Rao承认实验室检测仍然是检测水污染最准确的方法，但她也相信她的Tethys系统的低成本和易获得的特性将被证明是更贴合实际的。她说：“我的解决方案解决了所有上述问题，它使用的是一次性墨盒，成本低至1美元，而且速度快、准确，并且能够在普通智能手机上显示铅污染水平，便于用户理解并采取适当的行动。”

图源：Discovery Education

     据悉，3D打印的Tethys原型制作成本大约为20美元，如果该设备可以批量生产，价格将大大降低。事实上，Rao打算用她的25,000美元的奖金来进一步推进她的水检测技术。她说：“我希望明年能够在市场上销售它，这样它就能掌握在大家的手中。”据悉，Rao将她对Tethys装置的想法提交给Discovery Education 3M青年科学家挑战赛，这是一项全国性的中学生科学与工程竞赛。她的建议被接受了，并获得新塑料领域的研究人员Kathleen Shafer的三个月的指导。

     这两个人一起把Tethys从概念上带到了功能原型，这让Discovery Education 3M青年科学家挑战赛的评委感到惊讶，因此Rao被授予最高奖。