美國弗吉尼亞州一名高中生近日研發出一種無需傳統濾膜的家用水過濾原型裝置，能夠從飲用水中去除超過九成的微塑料顆粒，並可循環利用自身所用的磁性過濾介質，因成本低、維護需求小而受到關注。
現年18歲的米婭·海勒（Mia Heller）就讀於弗吉尼亞州凱特爾倫高中，同時在山景州長學校（Mountain Vista Governor’s School）參加半天制的數理與科技課程。 她的科研靈感源自家鄉弗吉尼亞州沃林頓的一則地方新聞：檢測發現當地飲用水中含有較高水平的全氟和多氟烷基物質（PFAS）以及微塑料，但官方明確表示不會提供公共資金用於加裝過濾系統，居民需要自行承擔凈水設備的費用。 海勒的父母隨後安裝了高級過濾系統，卻需要頻繁更換濾膜，這一經歷促使她思考如何降低水處理的成本與維護門檻。
海勒表示，頻繁更換濾膜的過程讓她萌生了設計“無膜”過濾器的想法，希望在有效凈化的同時減少耗材和維護負擔。 她在2024年春天提出初步構想，並於同年夏天開始在自家車庫和廚房投入密集實驗。 到2025年1月，她完成了最初的概念驗證裝置——外觀看上去不過是一個容器，但內部結構已經具備原型雛形。
該裝置的核心是一種她稱之為“旋轉放大小瓶”的結構，利用鐵磁流體這一可重複使用的磁性油，與水流中的微塑料顆粒選擇性結合。 當水流通過時，鐵磁流體會吸附微塑料，實現分離。 早期版本需要兩步完成微塑料去除，但鐵磁流體無法自動回收，仍然需要人工維護和補充。 為降低維護量，她將工程重點轉向構建一個可以“自清潔”、可循環使用磁性材料的閉環系統。
在隨後的反覆調試中，海勒需要在結構布局上解決兩個關鍵問題：一是鐵磁流體比水更黏稠，如何讓其順利進入上方的水室而不堵塞水流；二是如何讓磁力分離與鐵磁流體回收在同一套系統內協同進行，而不是相互掣肘。 經過大約五輪設計迭代，她最終確定了由三個模塊組成的配置。
目前的原型包括三個單元：一是容積約為一升的原水模塊，用於裝載含微塑料的待處理水；二是存儲磁性油基鐵磁流體的模塊；三是體積更小的分離模塊，是整套裝置中物理過程最集中的部分。 在這一模塊內，磁場將附着微塑料的鐵磁流體從水中拉出，並實現鐵磁流體的回收與再利用，從而構成一個閉環的磁分離過程。 在使用形態上，這套裝置更接近家用凈水壺，只是將傳統的固體濾膜替換為鐵磁流體分離階段。
為了驗證性能，海勒自製了一套濁度傳感器，用於測量水體中懸浮顆粒的濃度，並以此量化鐵磁流體和微塑料的含量，計算微塑料的去除率。 測試結果顯示，該原型裝置可去除飲用水中95.52%的微塑料，並回收87.15%的鐵磁流體。 作為對照，傳統飲用水處理廠對微塑料的去除效率通常約為70%至90%。 海勒認為，這一成果證明，有可能在不使用固體濾膜的前提下，構建出一種成本可控、廢棄物較少的過濾系統。
這項發明已經在青少年科技競賽中獲得認可。 海勒憑藉該項目入圍被視為全球規模最大的高中生科學競賽——2025年里傑內隆國際科學與工程大獎賽（Regeneron ISEF）決賽，並因其低成本、高效率的過濾設計，獲得美國專利與商標協會頒發的500美元特別獎。
在科研界，對她的嘗試也給予了積極評價。美國新墨西哥大學毒理學家馬修·J·坎彭（Matthew J. Campen）長期研究複雜吸入性污染物混合物及其對呼吸、心血管系統的影響，他認為這套系統是個“非常好的主意”，並指出她正在做“必須要做的事情”。 同時，他也提醒，目前仍存在一些技術與環境層面的開放問題。
坎彭指出，關鍵在於確保微塑料被濾出後能夠以一種安全的方式被收集並最終處置或銷毀，而不會在處理過程中留下新的污染物殘留。 換言之，任何可行的解決方案都必須避免“去掉一種污染，又製造出另一種污染”的局面。 此外，技術部署的規模和層級仍需討論：這類系統究竟更適合部署在家庭端、樓宇和社區管道中，還是應被整合進上游的市政凈水廠流程？
這項研究正處在社會對微塑料問題日益關注的背景之下。 美國環保署將微塑料定義為尺寸在1納米至5毫米之間的顆粒，目前這些碎片已普遍存在於生態系統和生物體內。 研究指出，自1990年以來，生物體攝入的微塑料量增加了約六倍。 由坎彭參與的新墨西哥大學一項2025年研究發現，短短不到十年間，人類腦組織中的微塑料濃度大約上升了50%。 雖然這類暴露的健康影響仍在持續研究中，但多項最新研究已將微塑料攝入與癌症、呼吸和心血管疾病、激素紊亂、阿爾茨海默病等多種非傳染性疾病關聯起來。
儘管存在上述尚待解決的問題，從工程與公共衛生視角看，專家普遍將海勒的磁分離系統視為值得鼓勵的方向。 在她看來，當前最明確的應用場景仍然是在家庭端，通過相對低成本、易維護的設備，為普通居民提供更高等級的飲用水防護。 在考慮商業化之前，她希望先由獨立實驗室對自己獲得的性能數據進行第三方驗證。 海勒表示，自己“非常希望最終能將它推向市場”，並認為這是一個“非常有趣且值得嘗試”的目標。