贤集网3月25日讯：松树和银杏树等不开花树木的内部含有边材，边材内衬类似稻草的导管，称为木质部，可以通过树干和树枝将水吸上去。木质部导管通过薄膜相互连接，这些薄膜充当天然的筛子，过滤掉水和树液中的气泡。

麻省理工学院(MIT)的工程师们一直在研究边材的天然过滤能力，并曾用边材树枝的剥皮横截面制作过简单的过滤器，证明这种低技术含量的设计能有效过滤细菌。

现在，该团队已经改进了这项技术，并证明它在现实生活中也能发挥作用。他们制作了新的木质部过滤器，在实验室测试中可以过滤掉大肠杆菌和轮状病毒等病原体，并表明这种过滤器可以清除受污染的泉水、自来水和地下水中的细菌。他们还开发了一些简单的技术来延长过滤器的保质期，使木盘在干燥保存至少两年之后能够净化水。

研究人员把他们的技术带到了印度，在那里他们用当地的树木制作了木质部过滤器，并在当地用户中测试了过滤器。根据他们的反馈，该团队开发了一个简单过滤系统的原型，配有可替换的木质部过滤器，以每小时一升的速度对水进行净化。

他们的研究结果发表在今天的《自然通讯》杂志上，表明木质部过滤器有潜力用于社区环境中清除受污染饮用水中的细菌和病毒。

研究人员正在探索大规模使用木质部过滤器的方法，特别是在饮用水污染是导致疾病和死亡的主要原因的地区。该团队推出了一个开源网站，提供了从各种树木类型中设计和制作木质部过滤器的指导方针。该网站旨在支持企业家、组织和领导人向更广泛的社区介绍这项技术，并鼓励学生使用木质部过滤器进行自己的科学实验。

麻省理工学院机械工程教授、教育副系主任罗希特·卡尼克(Rohit Karnik)说:“由于原材料随处可得，制造过程也很简单，可以想象让社区参与采购、制造和分发木质部过滤器。”“对于那些只能饮用未经过滤的水的地方，我们希望木质部过滤器能改善健康，使水可以饮用。”

Karnik的研究的合著者是麻省理工学院机械工程系的Krithika Ramchander和Luda Wang，以及麻省理工学院D-Lab的Megha Hegde、Anish Antony、Kendra Leith和Amy Smith。

扫清了道路

在他们之前对木质部的研究中，Karnik和他的同事发现木质材料的自然过滤能力也有一些自然的局限性。随着木材干燥，树枝的筛状膜开始粘附在墙壁上，降低了过滤器的渗透性，也就是水的流动能力。随着时间的推移，过滤器似乎还会“自我堵塞”，形成木质物质，堵塞管道。

令人惊讶的是，两种简单的治疗方法克服了这两种限制。Ramchander将边材的小横截面在热水中浸泡一个小时，然后将其浸入乙醇中晾干，发现这种材料保留了其渗透性，有效地过滤了水而不堵塞。它的过滤也可以通过根据树型调整过滤器的厚度来改进。

研究人员从麻省理工学院校园周围的树枝上切下白松木的小横截面，并对其进行处理，结果表明，即使在储存长达两年之后，这种过滤器仍能保持与商业过滤器相当的通透性，显著延长了过滤器的保质期。

研究人员还测试了过滤器去除大肠杆菌和轮状病毒等污染物的能力，这些污染物是引起腹泻的最常见原因。经过处理的过滤器清除了99%以上的污染物，达到了世界卫生组织规定的“二星综合保护”级别的水处理水平。

“我们认为这些过滤器可以合理地处理细菌污染物，”Ramchander说。“但有些化学污染物，如砷和氟化物，我们还不知道其影响，”她指出。

奠定基础

在实验室的研究结果的鼓舞下，研究人员转移到印度实地测试他们的设计。印度是世界上因水传播疾病造成的死亡率最高的国家，超过1.6亿人无法获得安全可靠的饮用水。

两年多来，工程师们，包括麻省理工学院D-Lab的研究人员，在当地非政府组织Himmotthan Society、Shramyog、人民科学研究所和Essmart的协助下，在山区和城市地区工作。他们用当地的松树和美国的银杏树制作的过滤器，在当地饮用水源上进行测试。这些测试证实，过滤器有效地清除了当地水中发现的细菌。研究人员还举行了访谈、焦点小组和设计研讨会，以了解当地社区目前的用水实践，以及对水处理解决方案的挑战和偏好。他们还收集了关于设计的反馈。

赫格德说:“人们评价很高的一点是，这种过滤器是人人都认识的天然材料。”“我们还发现，低收入家庭的人更喜欢每天支付少量的钱，而不是经常支付大量的钱。”这是使用现有过滤器的一个障碍，因为更换成本太高。”

根据来自印度各地1000多名潜在用户的信息，他们设计了一个简单过滤系统的原型，在顶部安装了一个容器，用户可以装满水。水从一根一米长的管道中流过，通过木质部过滤器，然后通过阀门控制的喷口流出。根据家庭的需要，木质部过滤器可以每天或每周更换。

该团队正在探索在更大范围内生产木质部过滤器的方法，利用当地现有资源，并鼓励人们将净水作为日常生活的一部分——例如，通过提供可负担的、现收现付包的替代过滤器。

卡尼克说:“木质部过滤器是由廉价且随处可得的材料制成的，可以在当地商店买到，人们可以在那里买到他们需要的东西，而不需要像其他滤水器那样预先投资。”“目前，我们已经证明，木质部过滤器提供的性能是现实的。”