Kiedy stare opakowania żywności, wyrzucone zabawki i inne odpady z tworzyw sztucznych rozkładają się na mikroplastik, jeszcze trudniej jest je oczyścić z oceanów i dróg wodnych. Te maleńkie kawałki plastiku przyciągają również bakterie, w tym te wywołujące choroby. W badaniu opublikowanym w ACS Nano naukowcy opisali roje robotów w mikroskali (mikrorobotów), które wychwytywały z wody kawałki plastiku i bakterie. Następnie boty zostały odkażone i ponownie wykorzystane.
Rozmiar cząsteczek mikroplastiku, który wynosi 5 milimetrów lub mniej, nadaje inny wymiar problemowi zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi, ponieważ zwierzęta mogą je zjadać, potencjalnie ponosząc krzywdę lub przenosząc cząstki do łańcucha pokarmowego kończącego się na ludziach. Jak dotąd skutki zdrowotne dla ludzi nie są w pełni poznane. Jednak sam mikroplastik nie jest jedynym problemem. Kawałki te przyciągają bakterie, w tym patogeny, które również mogą zostać połknięte. Aby jednocześnie usunąć z wody drobnoustroje i plastik, Martin Pumera i współpracownicy sięgnęli po systemy robotyczne w mikroskali, składające się z wielu małych elementów, które współpracują ze sobą, naśladując naturalne roje, takie jak ławice ryb.
Aby skonstruować boty, zespół połączył pasma dodatnio naładowanego polimeru z mikrocząsteczkami magnetycznymi, które poruszają się tylko pod wpływem pola magnetycznego. Pasma polimeru, które wychodzą promieniście z powierzchni kulek, przyciągają zarówno tworzywa sztuczne, jak i drobnoustroje. Gotowe produkty – poszczególne roboty – miały średnicę 2,8 mikrometra. Pod wpływem wirującego pola magnetycznego roboty roiły się razem. Dostosowując liczbę robotów, które samoorganizowały się w płaskie skupiska, naukowcy odkryli, że mogą zmieniać ruch i prędkość roju.
W eksperymentach laboratoryjnych zespół odtworzył mikroplastik i bakterie w środowisku, dodając do zbiornika wody fluorescencyjne kulki polistyrenu (o szerokości 1 mikrometra) i aktywnie pływające bakterie Pseudomonas aeruginosa , które mogą powodować zapalenie płuc i inne infekcje. Następnie badacze dodali do zbiornika mikroroboty i wystawili je na działanie wirującego pola magnetycznego na 30 minut, włączając je i wyłączając co 10 sekund. Stężenie robota wynoszące 7,5 miligrama na mililitr, najgęstsze z czterech testowanych stężeń, wychwytywało około 80% bakterii. Tymczasem przy tym samym stężeniu liczba wolnych plastikowych koralików również stopniowo spadała, gdyż były one przyciągane przez mikroroboty.
Następnie badacze zebrali roboty za pomocą magnesu stałego i za pomocą ultradźwięków oderwali przylegające do nich bakterie. Wystawili następnie usunięte drobnoustroje na działanie promieniowania ultrafioletowego, kończąc dezynfekcję. Po ponownym użyciu odkażone roboty nadal zbierały plastik i drobnoustroje, choć w mniejszych ilościach. Naukowcy zauważają, że ten system mikrorobotyczny zapewnia obiecujące podejście do usuwania plastiku i bakterii z wody.
Źródło: materiały Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (ACS) (Organizacja non-profit zarejestrowana przez Kongres Stanów Zjednoczonych), zdjęcie zajawka: na podstawie ACS Nano 2024, DOI: 10.1021/acsnano.4c02115
Autorzy dziękują za dofinansowanie z projektu TECHSCALE Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego/Europejskiego Funduszu Społecznego, programu Unii Europejskiej REFRESH i CzechNanoLab.
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.