Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Biohybride microrobots kunnen micro- en nanoplastics uit aquatische omgevingen verwijderen

Schematische weergave van micro-/nanoplastics vastgelegd door MARs. Krediet:Diogo Pinheiro.

Zeeën, oceanen, rivieren en andere waterlichamen op aarde zijn de afgelopen decennia steeds meer vervuild geraakt, en dit bedreigt het voortbestaan ​​van veel watersoorten. Deze vervuiling neemt een breed scala aan vormen aan, waaronder de verspreiding van zogenaamde micro- en nanoplastics.



Zoals hun naam al doet vermoeden, zijn micro- en nanoplastics schadelijke kleine deeltjes die ontstaan ​​bij de desintegratie van plastic afval dat in het water vrijkomt. Het is gebleken dat deze deeltjes aquatische ecosystemen verstoren, bijvoorbeeld door de groei van organismen te vertragen, hun voedselinname te verminderen en de leefgebieden van vissen te beschadigen.

Het bedenken van effectieve technologieën om deze kleine deeltjes effectief te verwijderen is van het allergrootste belang, omdat het kan helpen bedreigde diersoorten en hun natuurlijke omgeving te beschermen. Deze technologieën moeten zorgvuldig worden ontworpen om verdere vervuiling en vernietiging te voorkomen; daarom moeten ze gebaseerd zijn op milieuvriendelijke materialen.

Onderzoekers van de Technische Universiteit van Brno en de Mender Universiteit in Tsjechië hebben onlangs biohybride microrobots ontwikkeld die micro- en nanoplastics uit vervuild water kunnen verwijderen zonder verdere vervuiling te veroorzaken. Deze robots worden gepresenteerd in een artikel gepubliceerd in Advanced Functional Materials , biologische materialen, met name algen, integreren met milieuvriendelijke materialen die reageren op externe magnetische velden.

"Leden van onze onderzoeksgroep hebben het gebruik van meerlaags TiO2 bestudeerd microrobots voor het afvangen van nanoplastics,” vertelde Xia Peng, co-auteur van het artikel, aan Phys.org. “De oorspronkelijk voorgestelde aanpak omvatte de integratie van edele metalen, zoals Pt, om de voortstuwing te vergemakkelijken, en daarmee bij te dragen aan hogere kosten en potentiële gevaren die verband houden met de microrobots. Om dit probleem aan te pakken, hebben we de vervanging van dure metalen door een goedkoper en gemakkelijk in massa geproduceerd alternatief onderzocht."

De onderzoekers hebben onlangs geprobeerd meer betaalbare en milieuvriendelijke materialen voor hun robots te identificeren om de uitdagingen die ze in hun eerdere werk tegenkwamen te overwinnen. Peng begon vooral de mogelijkheid te onderzoeken om algencellen te gebruiken, die gemakkelijk in het mariene milieu konden worden geïntroduceerd zonder ze te beschadigen.

Het fluorescerende beeld bestaande uit groengekleurde MAR's en blauwgekleurde nanoplastics na opname. Krediet:Peng et al.

"De nieuwe robots die we hebben gemaakt, genaamd magnetische algenrobots (MAR's), bestaan ​​uit een combinatie van algen en milieuvriendelijke magnetische nanodeeltjes", legt Peng uit.

"Deze robots opereren onder invloed van een extern magnetisch veld, waardoor nauwkeurige controle over hun beweging mogelijk is. De negatieve oppervlaktelading van MAR's wordt toegeschreven aan de aanwezigheid van -COOH-groepen op het oppervlak van algencellen. De geselecteerde micro/nano-cellen daarentegen kunststoffen hebben een positieve oppervlaktelading. Deze positief-negatieve interactie vergemakkelijkt de elektrostatische aantrekking, waardoor de gerichte opvang en verwijdering van micro-/nano-plastics door de MAR's wordt bevorderd."

De unieke samenstelling van de door de onderzoekers gemaakte robots zorgt ervoor dat ze niet-vervuilend zijn en reageren op extern aangelegde magnetische velden. Dit zou hen in staat kunnen stellen om op duurzame wijze plastic deeltjes van nano- en microformaat uit aquatische omgevingen te halen.

Peng en haar collega's evalueerden hun microrobots in een reeks tests en ontdekten dat ze opmerkelijke resultaten behaalden. In feite zouden ze met hoge nauwkeurigheid op afstand kunnen worden bestuurd, waarbij de meeste kleine plasticdeeltjes uit de watertanks waarin ze werden geïntroduceerd, werden verwijderd.

"Onze microrobots vertoonden een opmerkelijke verwijderingsefficiëntie en bereikten een hoog succespercentage van 92% voor nanoplastics en 70% voor microplastics", aldus Peng. "In de toekomst zouden ze kunnen dienen als een veelbelovend instrument om plasticvervuiling uit waterlichamen actief te verwijderen, bij te dragen aan milieusaneringsinspanningen en de impact van plastic afval op aquatische ecosystemen te verzachten."

In de toekomst zouden de door dit team van onderzoekers ontwikkelde MAR’s kunnen worden getest en ingezet in de zee en andere waterlichamen, wat mogelijk kan bijdragen aan de verwijdering van giftige plasticresten. De robots zijn met name gemaakt met behulp van betaalbare materialen en schaalbare fabricageprocessen, waardoor ze een kosteneffectieve technologie kunnen zijn om de vervuiling van het aquatisch milieu aan te pakken.

"Onze robots zouden mogelijk de behoefte aan hulpbronnenintensievere en duurdere strategieën die momenteel worden gebruikt voor het verwijderen van plastic afval kunnen verminderen", voegde Peng eraan toe.

"Verder onderzoek zou zich kunnen concentreren op het onderzoeken van de biocompatibiliteit van MAR's met aquatische ecosystemen en het beoordelen van de potentiële impact op niet-doelorganismen is cruciaal voor het begrijpen van de gevolgen voor het milieu van hun inzet. Ook zou ik ook graag willen onderzoeken hoe MAR's kunnen worden aangevuld of geïntegreerd met andere technologieën, zoals sensoren voor realtime monitoring van plasticconcentraties."

Meer informatie: Xia Peng et al., Biohybride magnetisch aangedreven microrobots voor duurzame verwijdering van micro-/nanoplastics uit het aquatische milieu, Geavanceerde functionele materialen (2023). DOI:10.1002/adfm.202307477

Journaalinformatie: Geavanceerde functionele materialen

© 2023 Science X Netwerk