Исследователи создают микророботов для удаления из воды частиц пластика и бактерий
Когда старые пищевые упаковки, выброшенные детские игрушки и другие пластиковые отходы распадаются на кусочки микропластика, их становится еще труднее убирать из океанов и других водных артерий. Эти крошечные кусочки пластика также привлекают бактерии, в том числе те, которые вызывают болезни. Для решения этой проблемы исследователи обращаются за помощью к микророботам.
Размер микропластика, который составляет 5 и менее миллиметров, еще больше усугубляет проблему загрязнения окружающей среды. Так, например, животные могут употреблять его в пищу, потенциально причиняя себе вред или передавая частицы в пищевую цепочку, которая заканчивается человеком. До сих пор последствия этого для здоровья людей до конца не изучены. Однако сами по себе микропластик - не единственная проблема.
Эти кусочки привлекают бактерии, в том числе болезнетворные, которые также могут быть проглочены. Чтобы одновременно удалить микробы и пластик из воды, ученые обратились к микроскопическим роботизированным системам, состоящим из множества мелких компонентов, которые работают совместно, имитируя естественные скопления, такие как косяки рыб или стаи микроорганизмов.
На снимке, сделанном под микроскопом (выше), видны микророботы (желтые), а также захваченные бактерии (зеленые) и крошечные кусочки пластика (белые)
Чтобы создать микророботов, команда исследователей соединила нити положительно заряженного полимера с магнитными микрочастицами, которые движутся только под воздействием магнитного поля. Полимерные нити, исходящие от поверхности шариков, притягивают как пластик, так и микробов. Диаметр готовых изделий — отдельных роботов — составлял 2,8 микрометра. При воздействии вращающегося магнитного поля роботы собирались вместе. Регулируя количество роботов, которые самоорганизовывались в плоские кластеры, исследователи обнаружили, что они могут изменять движение и скорость стаи.
В ходе лабораторных экспериментов команда ученых воспроизвела микропластик и бактерии в окружающей среде, добавив в резервуар для воды флуоресцентные полистирольные шарики (шириной 1 микрометр) и активно размножающиеся бактерии «Pseudomonas aeruginosa», которые могут вызывать пневмонию и другие инфекции. Затем исследователи поместили микророботов в резервуар и в течение 30 минут подвергали их воздействию вращающегося магнитного поля, включая и выключая его каждые 10 секунд. Концентрация роботов в 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 из воды с помощью постоянного магнита и использовали ультразвук, чтобы отделить прилипшие к ним бактерии. Затем они подвергли удаленные микробы ультрафиолетовому излучению, завершив дезинфекцию. При повторном использовании обеззараженные роботы по-прежнему собирали пластик и микробы, хотя и в несколько меньшем количестве.
