Usuwanie nanodrobin plastiku za pomocą mikrorobotów
Tworzenie śladu molekularnego, zwane drukowaniem molekularnym(odnośnik otworzy się w nowym oknie), to najnowocześniejsza technika, która ma ogromny potencjał w zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem żywności i wody. Umożliwia ona wykorzystanie wysoce selektywnych czujników do wykrywania zanieczyszczeń w bardzo niskich stężeniach. Najpoważniejszą wadą obecnej technologii tworzenia śladu molekularnego jest jednak fakt, że jest ograniczona do identyfikacji zanieczyszczeń organicznych, takich jak pestycydy, środki farmaceutyczne i barwniki. Oznacza to, że nie można jej zastosować do stałych zanieczyszczeń, takich jak mikro- i nanoplastiki.
Zanieczyszczenie mikro- i nanoplastikiem na celowniku
Projekt MIPhmotors, wspierany w ramach działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), miał na celu zidentyfikowanie potencjalnych nowych strategii, które mogłyby przezwyciężyć obecne ograniczenia czujników, a w szczególności umożliwić wykrywanie mikro- i nanoplastików. Projekt był koordynowany przez Uniwersytet Technologiczny w Brnie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Czechach. „Rosnąca produkcja i zużycie tworzyw sztucznych doprowadziły do nagromadzenia się ich odpadów w oceanach, morzach, jeziorach i rzekach”, mówi Mario Urso z włoskiego Uniwersytetu w Katanii(odnośnik otworzy się w nowym oknie), koordynator projektu MIPhmotors. „W środowiskach tych tworzywa sztuczne powoli rozpadają się na drobniejsze kawałki, zwane mikroplastikami i nanoplastikami, które mogą stać się jeszcze bardziej niebezpieczne z uwagi na swoją zdolność adsorpcji innych toksycznych zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie”. Co więcej, mikro- i nanoplastiki mogą być zjadane przez ryby, a także bezpośrednio zanieczyszczać systemy wody pitnej. Ze względu na swój niewielki rozmiar i lekkość nanoplastiki mogą być szczególnie niebezpieczne, ponieważ są w stanie bardzo szybko rozprzestrzeniać się w środowisku i łatwo przenikać do tkanek.
Samobieżne mikroroboty zasilane światłem
Aby sprostać temu wyzwaniu, Urso opracował koncepcję mikrorobotów, które potrafią wychwytywać mikrodrobiny plastiku w wodzie. Te samobieżne, zasilane światłem mikroroboty wykonane są z warstw nowej klasy dwuwymiarowych materiałów grafenopodobnych, zwanych MXenami. Nanoplastiki są przechwytywane i przechowywane między tymi warstwami, dosłownie jak książki na półkach w bibliotece. Pracując na prototypach, Urso był w stanie wykazać, że te wielokierunkowe mikroroboty są w stanie skutecznie i szybko zbierać nanosfery polistyrenu w próbkach wody. Po przechwyceniu nanoplastiku mikroroboty zostały za pomocą magnesu przeniesione na elektrody, gdzie oszacowano ilość złowionego plastiku. „Projekt ten pozwolił wykazać potencjał mikrorobotów w zakresie usuwania nanoplastików z zanieczyszczonej wody, a także możliwego rozwiązania rosnącego problemu zanieczyszczenia środowiska”, mówi Urso. „Mam nadzieję, że ta praca posłuży jako inspiracja do dalszego rozwoju rozwiązań opartych na mikrorobotach do oczyszczania i monitorowania wody i żywności”.
Czujniki mikrorobotyczne w rzeczywistych scenariuszach
W najbliższych planach Urso jest opracowanie czujników mikrorobotycznych, które nie tylko będą się sprawdzać w rzeczywistych warunkach, ale również będą korzystne z ekonomicznego punktu widzenia. W związku z tym kluczowe znaczenie będzie miało znalezienie sposobu na obniżenie kosztów produkcji mikrorobotów. „Stosowane materiały, zwane MXenami, są stosunkowo drogie”, zauważa. „To, co musimy zrobić, to opracować nowe, tańsze metody przygotowywania warstwowych mikrorobotów. Od samego początku chciałem opracować system, który mógłby działać bez konieczności zakupu drogiej aparatury i zatrudnienia przeszkolonego personelu”. Ponadto nowe mikroroboty muszą przejść szereg testów w różnych rodzajach wody, aby sprawdzić wpływ szeregu czynników, takich jak wysokie stężenie soli, które może utrudniać ich działanie. Urso jest również zainteresowany zastosowaniem technologii drukowania molekularnego do tych prototypowych mikrorobotów, co mogłoby jeszcze bardziej zwiększyć ich skuteczność. „Może to jednak stanowić pewne wyzwanie”, zaznacza. „Ryzyko polega na tym, że aby wprowadzić tę dodatkową funkcję, należy zastosować nowy materiał, który mógłby wypełnić przestrzenie między warstwami MXenów, w których są składowane nanoplastiki, co zmniejszy ogólną wydajność”. Jednak jak twierdzi Urso, sukces projektu pokazuje, że niezbędną cechą każdego naukowca jest wszechstronność. „Zacząłem od koncepcji tworzenia śladu molekularnego, a skończyłem na podejściu, które uważam za bardziej innowacyjne i wydajne”, dodaje.
Słowa kluczowe
MIPhmotors, nanodrobiny plastiku, nanoplastik, zanieczyszczenia, mikroroboty, zanieczyszczenie, czujniki
