Små partiklar av plast, kallas mikroplast, utgör en mängd miljöproblem i marina ekosystem och därefter. Ny forskning har funnit att dessa mikroplaster finns på fler ställen, och i större mängder, än någon förutsåg. Nu arbetar forskare från NC State och Cornell med att utveckla ett självbärande system som använder mikroplast för att fånga mer mikroplast.

"Du kan inte filtrera havet - det är för stort, "säger Carol Hall, huvudutredare (PI) för forskningsinitiativet. "Problemets omfattning innebär att vi måste utveckla revolutionerande nya metoder för att ta bort mikroplast från havsvatten. Så det är vårt mål." Hall är Camille Dreyfus Distinguished University Professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State och leder projektet tillsammans med Nicholas Abbott, Tisch University Professor i kemisk och biomolekylär teknik vid Cornell.

Den stora idén är att skapa ett cirkulärt system. Utgångspunkten skulle innebära att man skapar 'mikroreningspartiklar' som mikroplaster skulle hålla sig till, troligtvis använda peptider designade av Hall-gruppen och så kallade 'mjuka dendritiska material' som var pionjärer från Orlin Velevs laboratorium. Velev är en med-PI på projektet och S. Frank och Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering vid NC State.

"Tanken är att dessa mikroreningspartiklar skulle ta tag i mikroplasten, kollapsa i sig själva, och flyta sedan upp till ytan - där du kan plocka upp dem, Säger Velev.

Mikroreningspartiklarna och mikroplasten matas sedan in i en bioreaktor, som skulle bryta ner mikroplasten och använda de resulterande biprodukterna för att skapa nya mikroreningspartiklar (och eventuellt andra användbara material).

Hur skulle det fungera?

"Forskarsamhället har redan identifierat mikroorganismer som kan bryta ner plast i olika biprodukter, "säger Nathan Crook, en co-PI på projektet och biträdande professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State. "Vi planerar att bygga vidare på den kunskapen, modifiera en marin mikroorganism för att bryta ned plast.

"Åtminstonde, vi skulle vilja att mikroorganismen skulle kunna använda plasten som energikälla, låta den växa och reproducera sig - för det skulle åtminstone omvandla plasten till något biologiskt nedbrytbart. Men vi planerar att modifiera den marina mikroorganismen så att den producerar kemikalier som vi kan använda som råmaterial för att producera mer mikroreningspartiklar, som sedan kan användas för att fånga mer mikroplast.

"I sista hand, vi vill se om vi kan använda detta tillvägagångssätt för att förvandla mikroplast till kemikalier som har kommersiellt värde för antingen tillverkning eller farmaceutiska applikationer, "Säger Crook." Bokstavligen förvandlar papperskorgen till något värdefullt. "

För att styra och optimera denna komplexa process, gruppen har samarbetat med Fengqi You, Roxanne E. och Michael J. Zak professor i energisystemteknik vid Cornell, som är expert på avancerad maskininlärning och AI -tekniker.

Arbetet utförs med stöd från programmet National Science Foundation's Emerging Frontiers in Research and Innovation, under bidragsnummer 2029327. Bidraget är på 2 miljoner dollar över fyra år.