Mangaandioxide zou de voorbereiding van micromotoren steeds kosteneffectiever kunnen maken, nieuwe wegen openen voor het gebruik ervan, volgens een nieuwe studie van de Universiteit van Oost-Finland.

Synthetische micromotoren zijn kleine deeltjes met afmetingen die kleiner zijn dan de diameter van een mensenhaar. Micromotoren kunnen een autonome beweging ondergaan in vloeibare omgevingen, die op verschillende manieren kan worden aangedreven, zoals een chemische brandstof, echografie, licht of magnetisch veld. Brandstofaangedreven micromotoren zijn vaak katalytisch van aard, die de omzetting van een chemische brandstof in reactieproducten veroorzaakt die leiden tot een zelfvoortstuwing van de deeltjes. Micromotoren kunnen in de toekomst worden gebruikt, bijvoorbeeld, bij gerichte medicijnafgifte, specifieke katalyse of chemische detectie van schadelijke stoffen.

Platina is het meest onderzochte katalytische materiaal voor de voorbereiding van micromotoren. Het ontleedt efficiënt waterstofperoxide in zuurstofgas en water. Echter, platina is een uiterst zeldzaam chemisch element en lijdt ook aan ernstige beperkingen, zoals drastisch verminderde katalytische efficiëntie in zoutrijke omgevingen en volledige inactivering in aanwezigheid van zwavelhoudende verbindingen. Mangaandioxide is een alternatief anorganisch materiaal dat waterstofperoxide kan ontleden, vergelijkbaar met platina. Mangaandioxide is ook goedkoop en in grote hoeveelheden verkrijgbaar. Dus, het is een zeer potentieel nieuw materiaal voor de voorbereiding van katalytische micromotoren, maar is tot op heden nauwelijks onderzocht.

In de studie, een verscheidenheid aan op mangaandioxide gebaseerde micromotoren werden gesynthetiseerd en gekarakteriseerd in termen van hun bewegingsgedrag in oplossing. Op basis van de resultaten, de voorbereide micromotoren vertoonden een opmerkelijke voortstuwingsefficiëntie, zelfs in de aanwezigheid van zeer lage brandstofconcentraties. Om hun potentieel voor praktische toepassingen aan te tonen, de micromotoren werden gebruikt voor het verwijderen van organische kleurstoffen uit water. Het kleurstofverwijderingsproces was gebaseerd op een uniek effect dat katalytische afbraak en adsorptieve bellenscheidingsprocessen combineerde. De efficiëntie van de kleurstofverwijdering was meer dan 90 procent in slechts één uur reactietijd zonder externe menging. In aanvulling, mangaandioxide werd gebruikt als een eenvoudig middel om de conventionele op platina gebaseerde micromotoren te beschermen tegen zwaveltoxiciteit.

Zelfrijdende micromotoren kunnen nieuwe mogelijkheden bieden om medicijnen precies bij de tumor af te leveren, met minimale nadelige effecten op de gezonde weefsels. Micromotoren hebben ook een enorm potentieel om waterverontreinigende stoffen om te zetten in niet-giftige of minder giftige producten, zelfs op moeilijk bereikbare plaatsen en afgelegen veldlocaties, waar externe middelen om de processen te versnellen niet haalbaar zijn. Mangaandioxide micromotoren, die gedurende voldoende tijd een snelle beweging kan ondergaan in aanwezigheid van een lage concentratie waterstofperoxide, zullen naar verwachting diverse toepassingen vinden voor actieve medicijnafgifte en watersanering.