Когда старая пищевая упаковка, выброшенные детские игрушки и другие неправильно использованные пластиковые отходы распадаются на микропластик, их становится еще сложнее очистить от океанов и водных путей. Эти крошечные кусочки пластика также привлекают бактерии, в том числе вызывающие болезни.
В исследовании, опубликованном в ACS Nano, исследователи описывают стаи микророботов (микророботов), которые захватывали кусочки пластика и бактерии из воды. После этого ботов обеззараживали и использовали повторно.
Размер микропластика, размер которого составляет 5 миллиметров или меньше, добавляет еще одно измерение к проблеме загрязнения пластиком, поскольку животные могут его есть, потенциально причиняя вред или передавая частицы в пищевую цепочку , которая заканчивается у людей. До сих пор последствия для здоровья людей не до конца изучены. Однако сам по себе микропластик — не единственная проблема. Эти кусочки привлекают бактерии, в том числе болезнетворные, которые также можно проглотить.
Чтобы одновременно удалить микробы и пластик из воды, исследователь Мартин Пумера и его коллеги обратились к микромасштабным роботизированным системам , состоящим из множества мелких компонентов, которые работают совместно, имитируя естественные стаи, такие как косяки рыб.
Чтобы создать ботов, команда соединила нити положительно заряженного полимера с магнитными микрочастицами, которые движутся только под воздействием магнитного поля. Полимерные нити, исходящие от поверхности шариков, привлекают как пластик, так и микробы.
Готовые изделия — отдельные роботы — имели диаметр 2,8 микрометра. Под воздействием вращающегося магнитного поля роботы сбились в кучу. Регулируя количество роботов, которые самоорганизуются в плоские кластеры, исследователи обнаружили, что они могут изменять движение и скорость роя.
В лабораторных экспериментах команда воспроизвела микропластик и бактерии в окружающей среде, добавив в резервуар с водой флуоресцентные полистироловые шарики (шириной 1 микрометр) и активно плавая бактерии Pseudomonas aeruginosa, которые могут вызвать пневмонию и другие инфекции . Затем исследователи добавили в резервуар микророботов и подвергли их воздействию вращающегося магнитного поля в течение 30 минут, включая и выключая его каждые 10 секунд. Концентрация робота 7,5 миллиграммов на миллилитр, самая плотная из четырех протестированных концентраций, захватила примерно 80% бактерий.
Между тем, при этой же концентрации количество свободных пластиковых шариков также постепенно уменьшалось, поскольку они притягивались к микророботам. После этого исследователи собрали роботов с помощью постоянного магнита и с помощью ультразвука отделили прилипших к ним бактерий. Затем они подвергли удаленные микробы ультрафиолетовому излучению, завершив дезинфекцию. При повторном использовании обеззараженные роботы по-прежнему собирали пластик и микробы, хотя и в меньшем количестве.
Исследователи отмечают, что эта микророботизированная система обеспечивает многообещающий подход к избавлению воды от пластика и бактерий.
Теги: биотехнологии, киборг, нанороботы, пластик, полимеры
