MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

Publikoval: ejrick van newman
6. januára 2024

Plastový odpad čoraz viac znečisťuje naše oceány a vodné cesty. Keď sa plasty v prostredí rozkladajú, fragmentujú sa na malé kúsky známe ako mikroplasty a nanoplasty. Mikroplasty sú plastové častice s veľkosťou do 5 mm, zatiaľ čo nanoplasty sú menšie ako 1 mikrón. Tieto nepatrné plastové úlomky pochádzajú z degradácie väčších plastových výrobkov, ako aj z mikroguľôčok a vlákien uvoľnených pri praní syntetických textílií.

Ich malá veľkosť umožňuje mikroplastom a nanoplastom ľahko vstúpiť do potravinových reťazcov. Vodné organizmy ich môžu prehltnúť, čo má za následok tráviace problémy alebo falošné pocity nasýtenia, ktoré môžu viesť k hladovaniu. Veľký povrch mikroplastov im tiež umožňuje absorbovať toxíny a chemikálie z prostredia. Tieto škodlivé zlúčeniny sa môžu bioakumulovať v potravinovej sieti a nakoniec sa dostanú k ľuďom, ktorí konzumujú morské plody.

Mikroplasty a nanoplasty suspendované vo vode sa ťažko odstraňujú konvenčnými metódami, ako je filtrácia. Ich malá veľkosť im umožňuje jednoducho prejsť cez bežné filtračné póry a medzery. Na aktívne vyhľadávanie a zachytávanie plastových častíc z kontaminovaných miest sú potrebné nové riešenia.

Teraz výskumníci vymysleli ekologické riešenie – mikroskopické roboty vyrobené z buniek rias, ktoré dokážu aktívne vyhľadávať a zachytávať plastové častice, keď sú ovládané magnetickými poľami.

Bunky rias boli vybrané ako štrukturálny základ pre MAR kvôli ich prirodzenému negatívnemu povrchovému náboju, vďaka ktorému interagujú elektrostaticky s kladne nabitými plastmi. Pripojením kladne nabitých nanočastíc oxidu železitého na vonkajšiu stranu rias boli výskumníci schopní riadiť a ovládať MAR pomocou rotujúcich magnetických polí, čo umožnilo presné nasmerovanie robotov, aby aktívne lovili mikroplastovú korisť.

MAR boli schopné zachytiť polystyrénové mikroplasty aj nanočastice s viac ako 90% účinnosťou prostredníctvom kombinovanej elektromagnetickej príťažlivosti a presnej lokomócie. Ich malá bio-robotická veľkosť im umožňuje využiť malé elektrostatické sily na prichytenie sa dokonca aj na plastové podstielky v nanorozmeroch, keď plávajú okolo pod magnetickým smerom. Naproti tomu predchádzajúce roboty na zachytávanie mikroplastov vyrobené z anorganických materiálov sa často spoliehajú na menej efektívny pasívny Brownov pohyb.

Ďalšou kľúčovou výhodou MAR je, že sú vyrobené z prirodzene sa vyskytujúcich a biologicky odbúrateľných biologických materiálov, čím sa vyhýbajú drahým alebo toxickým zložkám. Konvenčná mikrorobotika často vyžaduje na výrobu vzácne prvky, ako je zlato alebo platina. MAR na báze rias sa môžu tiež replikovať, čo umožňuje jednoduché a lacné škálovanie technológie.

Testy ukázali, že MAR vykazujú minimálnu toxicitu z „jadier“ nanočastíc oxidu železa a môžu dokonca vykazovať zvýšenú replikáciu s nízkymi koncentráciami nanočastíc – fenomén nazývaný horméza. Nanočastice tiež zostali prichytené k riasam počas plastového zachytávania, čím sa zabránilo sekundárnej nano-kontaminácii prostredia.

Po zozbieraní mikroplastov a nanoplastov bol tím schopný magneticky oddeliť MAR a uvoľniť plastové častice na likvidáciu. MAR by sa mohli opätovne použiť aspoň na 5 opakovaných cyklov zachytávania s malou stratou účinnosti. Pri testovaní v skutočných environmentálnych vodách, ako je voda z vodovodu a jazerná voda, a nie iba čisté laboratórne vzorky, roboty na riasy stále dosahovali vyššiu účinnosť odstraňovania ako 80 %.

„Zavedené biohybridné mikroroboty pochádzajúce z prirodzene existujúcich mikrorias integrovaných s magnetickými nanočasticami oxidu železa majú značný prísľub na riešenie environmentálnych problémov spojených s mikro/nanoplastami udržateľným a nákladovo efektívnym spôsobom,“ uzavreli výskumníci.

Práca demonštruje nový „zelený“ prístup k environmentálnej mikrorobotike s použitím iba biologicky odbúrateľných materiálov získaných zo živých organizmov. Aj keď sú lovci plastov na báze mikrorias ešte v počiatočnom štádiu, mohli by ponúknuť škálovateľné riešenie na zníženie znečistenia mikroplastami vo vodných cestách a oceánoch.

Zdroj: www.nanowerk.com

fdg

PREČÍTAJTE SI AJ

Prelomové objavy v kvantovej výpočtovej technike grafénu

Prelomové objavy v kvantovej výpočtovej technike grafénu

Je to materiál oslavovaný ako transformačný prielom vo svete technológií – a jeho potenciál je prakticky neobmedzený. Grafén, hrubý len jeden atóm, no napriek tomu neuveriteľne silný a vodivý, bol označený ako zásadný prvok pre nespočetné množstvo priemyselných...

Multimodálne e-textílie na báze grafénu

Multimodálne e-textílie na báze grafénu

Prvýkrát v histórii spoločný výskumný tím z Kórejského inštitútu strojov a materiálov (KIMM) a Kórejského pokročilého inštitútu vedy a techniky (KAIST) vyvinul prispôsobené elektronické textílie s použitím grafénu. Prelomovú technológiu viedol hlavný výskumník...

Nanotechnológia v boji proti zmene klímy: stavebné materiály

Nanotechnológia v boji proti zmene klímy: stavebné materiály

Stavebné materiály – ako je betón, cement a asfalt – sú jedny z najpoužívanejších materiálov na svete a sú hlavnými prispievateľmi k emisiám uhlíka. A ich používanie sa v budúcnosti nezníži, pretože ľudia musia vytvárať nové budovy a cesty tvárou v tvár neustále...

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii Prevratný výskum odhalil mimoriadny jav, pri ktorom sa voda môže priamo zapájať do elektrónov grafénu, pozoruhodnej mriežky atómov uhlíka usporiadaných do voštinovej štruktúry. Tento podmanivý objav kvantového...

Magnetický materiál čistí mikroplasty z vody

Magnetický materiál čistí mikroplasty z vody

Výskumníci z univerzity RMIT našli inovatívny spôsob, ako rýchlo odstrániť nebezpečné mikroplasty z vody pomocou magnetov. Vedúca výskumu profesorka Nicky Eshtiaghi uviedla, že existujúcim metódam môže trvať niekoľko dní odstránenie mikroplastov z vody, zatiaľ čo ich...

Inovatívna ťažba zlata vďaka nanočasticiam

Inovatívna ťažba zlata vďaka nanočasticiam

Zlato, najžiadanejší ušľachtilý kov, fascinuje ľudstvo po stáročia. Nedávny prelomový výskum spôsobil revolúciu v našom chápaní transportu a akumulácie zlata odhalením jedinečnej schopnosti nanočastíc zlata taviť sa a vytvárať nanomateliny zlata pri nižších teplotách....

Nové solárne články inšpirované očami hmyzu

Nové solárne články inšpirované očami hmyzu

Zbalenie malých solárnych článkov, ako sú mikrošošovky v zloženom oku hmyzu, by mohlo pripraviť cestu k novej generácii pokročilej fotovoltaiky, tvrdia vedci zo Stanfordskej univerzity. "Perovskity sú sľubné, lacné materiály, ktoré premieňajú slnečné svetlo na...

Čistejší vzduch v tuneloch vďaka betónu

Čistejší vzduch v tuneloch vďaka betónu

Kvalita vzduchu v podzemných cestných tuneloch býva horšia ako v iných cestných prostrediach v dôsledku zlej cirkulácie vzduchu. Na vyriešenie tohto problému vyvinuli výskumníci z Kórejského inštitútu stavebného inžinierstva a stavebných technológií (KICT)...

Živé a dýchajúce budovy vďaka termitom

Živé a dýchajúce budovy vďaka termitom

Spomedzi približne 2 000 známych druhov termitov sú niektorí inžinieri ekosystémov. Kopce postavené niektorými rodmi, napríklad Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes a Odontotermes, dosahujú výšku až osem metrov, čo z nich robí jedny z najväčších biologických štruktúr...

Používanie AI na nájdenie vzácnych minerálov

Používanie AI na nájdenie vzácnych minerálov

Model strojového učenia dokáže predpovedať umiestnenie minerálov na Zemi – a potenciálne aj na iných planétach – využitím vzorov v minerálnych asociáciách. Veda a priemysel hľadajú ložiská nerastov, aby lepšie porozumeli histórii našej planéty a ťažili ich pre...

Udržateľné batérie pre budúcnosť

Udržateľné batérie pre budúcnosť

Batérie sú nevyhnutné pre globálne úsilie o zníženie spotreby fosílnych palív. Výzvy však pretrvávajú: ich výroba si vyžaduje veľa energie, použité materiály sú vzácne a batérie sa ťažko recyklujú. Niekoľko výskumných skupín na Inštitúte vedy a techniky v Rakúsku...

Zachytávanie uhlíka z atmosféry je možné

Zachytávanie uhlíka z atmosféry je možné

Technológie priameho zachytávania vzduchu (DAC) ponúkajú nové príležitosti na priblíženie sa k našim cieľom v oblasti zmierňovania zmeny klímy. Máme však pred sebou ešte dlhú cestu, kým bude možné plne zaviesť DAC ako zmierňujúce opatrenie. Medzivládny panel OSN pre...

Umelá inteligencia proti znečisteniu ovzdušia

Umelá inteligencia proti znečisteniu ovzdušia

99% svetovej populácie dýcha vzduch, ktorý prekračuje limity odporúčané Svetovou zdravotníckou organizáciou (WHO). Tento scenár sa zhoršuje v mestských oblastiach, kde je sústredených viac ako 50 % svetovej populácie. Na zmiernenie problému znečistenia ovzdušia, ktoré...

Nové organické solárne články budúcnosti

Nové organické solárne články budúcnosti

Vzhľadom na nedávne zlepšenia v účinnosti, s akou dokážu solárne články vyrobené z organických (uhlíkových) polovodičov premieňať slnečné svetlo na elektrinu, sa zlepšenie dlhodobej stability týchto fotovoltaických zariadení stáva čoraz dôležitejšou témou. Reálne...

Vývoj najmenšieho ozubeného kolesa na svete

Vývoj najmenšieho ozubeného kolesa na svete

Stále menšie a zložitejšie – bez miniaturizácie by sme dnes nemali komponenty, ktoré sú potrebné pre vysokovýkonné notebooky, kompaktné smartfóny alebo endoskopy s vysokým rozlíšením. V súčasnosti prebieha výskum v nanoúrovni na spínačoch, rotoroch alebo motoroch,...

autor

ejrick van newman

Komentáre

0 komentárov

Pridaj komentár