Mangandioxid kan göra framställningen av mikromotorer allt mer kostnadseffektiv, öppnar nya vägar för deras användning, enligt en ny studie från Östra Finlands universitet.

Syntetiska mikromotorer är små partiklar med dimensioner mindre än diametern på ett människohår. Mikromotorer kan genomgå en autonom rörelse i flytande miljöer, som kan drivas på olika sätt såsom ett kemiskt bränsle, ultraljud, ljus eller magnetfält. Bränsledrivna mikromotorer är ofta katalytiska till sin natur, som orsakar omvandling av ett kemiskt bränsle till reaktionsprodukter som leder till en självframdrivning av partiklarna. Mikromotorer kan komma att användas i framtiden, till exempel, i riktad läkemedelsleverans, specifik katalys eller kemisk avkänning av skadliga ämnen.

Platina är det mest utforskade katalytiska materialet för framställning av mikromotorer. Det bryter effektivt ner väteperoxid till syrgas och vatten. Dock, platina är ett extremt sällsynt kemiskt grundämne och lider också av allvarliga begränsningar, såsom drastiskt minskad katalytisk effektivitet i saltrika miljöer och fullständig inaktivering i närvaro av svavelhaltiga föreningar. Mangandioxid är ett alternativt oorganiskt material som kan sönderdela väteperoxid liknande platina. Mangandioxid är också billigt och finns i stora mängder. Således, det är ett mycket potentiellt nytt material för framställning av katalytiska mikromotorer, men har knappt undersökts hittills.

I studien, en mängd olika mangandioxidbaserade mikromotorer syntetiserades och karakteriserades i termer av deras rörelsebeteende i lösning. Baserat på resultaten, de förberedda mikromotorerna uppvisade en anmärkningsvärd framdrivningseffektivitet även i närvaro av mycket låga bränslekoncentrationer. För att visa sin potential för praktiska tillämpningar, mikromotorerna användes för att avlägsna organiska färgämnen från vatten. Färgavlägsnandeprocessen baserades på en unik effekt som kombinerade katalytisk nedbrytning och adsorptiv bubbleseparationsprocess. Effektiviteten för borttagning av färgämne var över 90 procent på bara en timmes reaktionstid utan extern blandning. Dessutom, mangandioxid användes som ett enkelt medel för att skydda de konventionella platinabaserade mikromotorerna från svaveltoxicitet.

Självgående mikromotorer kan erbjuda nya möjligheter att leverera läkemedel exakt till tumören, med minimala negativa effekter på friska vävnader. Mikromotorer har också en enorm potential att omvandla vattenföroreningar till icke-giftiga eller mindre giftiga produkter, även på svåråtkomliga områden och avlägsna fältplatser, där externa metoder för blandning för att påskynda processerna inte är genomförbara. Mangandioxid mikromotorer, som kan genomgå en snabb rörelse under en tillräcklig tidsperiod i närvaro av en låg koncentration av väteperoxid, förväntas hitta olika tillämpningar för aktiv läkemedelstillförsel och vattensanering.