Hav, hav, floder och andra vattendrag på jorden har blivit allt mer förorenade under de senaste decennierna, och detta hotar överlevnaden för många vattenlevande arter. Denna förorening tar ett brett spektrum av former, inklusive spridningen av så kallad mikro- och nanoplast.
Som antyds av deras namn är mikro- och nanoplaster skadliga små partiklar som härrör från sönderfallet av plastavfall som släpps ut i vattnet. Dessa partiklar har visat sig störa akvatiska ekosystem, till exempel försena tillväxten av organismer, minska deras födointag och skada fiskens livsmiljöer.
Att ta fram effektiv teknik för att effektivt ta bort dessa små partiklar är av yttersta vikt, eftersom det kan hjälpa till att skydda hotade arter och deras naturliga miljöer. Denna teknik bör utformas noggrant för att förhindra ytterligare förorening och förstörelse. därför bör de baseras på miljövänliga material.
Forskare vid Brno University of Technology och Mender University i Tjeckien utvecklade nyligen biohybridmikrorobotar som kunde ta bort mikro- och nanoplaster från förorenat vatten utan att orsaka ytterligare föroreningar. Dessa robotar, presenterade i en artikel publicerad i Advanced Functional Materials , integrera biologiska material, särskilt alger, med miljövänliga material som reagerar på externa magnetfält.
"Medlemmar i vår forskargrupp har studerat användningen av flerskikts TiO2 mikrorobotar för infångning av nanoplast," sa Xia Peng, medförfattare till tidningen, till Phys.org. "Det ursprungligen föreslagna tillvägagångssättet innebar inkorporering av ädelmetaller, såsom Pt, för att underlätta framdrivning, och därigenom bidra till en förhöjd kostnad och potentiella faror förknippade med mikrorobotarna. För att lösa det här problemet har vi undersökt möjligheten att ersätta dyra metaller med ett mer ekonomiskt och lätttillverkat alternativ."
Forskarna har nyligen försökt hitta mer prisvärda och miljövänliga material för deras robotar för att övervinna de utmaningar som de stött på i deras tidigare arbeten. Peng började särskilt utforska möjligheten att använda algceller, som lätt kunde föras in i marina miljöer utan att skada dem.
"De nya robotarna vi skapade, kallade magnetiska algrobotar (MARs), består av en kombination av alger och miljövänliga magnetiska nanopartiklar," förklarade Peng.
"Dessa robotar arbetar under påverkan av ett externt magnetfält, vilket möjliggör exakt kontroll över deras rörelse. Den negativa ytladdningen hos MARs tillskrivs närvaron av -COOH-grupper på ytan av algceller. Däremot har den valda mikro/nano plast har en positiv ytladdning. Denna positiva-negativa interaktion underlättar elektrostatisk attraktion och främjar därigenom målinriktad infångning och avlägsnande av mikro/nanoplaster av MARs."
Den unika sammansättningen av robotarna som forskarna skapat gör dem både icke-förorenande och känsliga för externt applicerade magnetfält. Detta skulle kunna göra det möjligt för dem att på ett hållbart sätt återvinna nano- och mikrostora plastpartiklar från vattenmiljöer.
Peng och hennes kollegor utvärderade sina mikrorobotar i en serie tester och fann att de uppnådde anmärkningsvärda resultat. Faktum är att de kunde fjärrstyras med hög precision och ta bort de flesta små plastpartiklar i vattentankarna de introducerades i.
"Våra mikrorobotar visade en anmärkningsvärd borttagningseffektivitet och uppnådde en hög framgångsfrekvens på 92% för nanoplast och 70% för mikroplast", sa Peng. "I framtiden kan de fungera som ett lovande verktyg för att aktivt ta bort plastföroreningar från vattendrag, bidra till miljösaneringsinsatser och mildra effekterna av plastavfall på akvatiska ekosystem."
I framtiden kan de MAR som utvecklats av detta team av forskare testas och användas i havet och andra vattendrag, vilket potentiellt kan bidra till att avlägsna giftiga plastrester. Speciellt är robotarna tillverkade med hjälp av prisvärda material och skalbara tillverkningsprocesser, så de kan vara en kostnadseffektiv teknik för att ta itu med föroreningen av vattenmiljöer.
"Våra robotar kan potentiellt minska behovet av mer resurskrävande och dyra strategier som för närvarande används för borttagning av plastavfall," tillade Peng.
"Ytterligare forskning kan fokusera på att undersöka biokompatibiliteten hos MAR med akvatiska ekosystem och att bedöma potentiella effekter på icke-målorganismer är avgörande för att förstå miljökonsekvenserna av deras utbyggnad. Jag skulle också vilja undersöka hur MARs kan komplettera eller integreras med annan teknik, såsom sensorer för realtidsövervakning av plastkoncentrationer."
Mer information: Xia Peng et al, Biohybrid magnetiskt drivna mikrorobotar för hållbart avlägsnande av mikro/nanoplaster från vattenmiljön, Avancerade funktionella material (2023). DOI:10.1002/adfm.202307477
Journalinformation: Avancerat funktionsmaterial
© 2023 Science X Network
