Микророботы справились в воде и с пластиком, и с бактериями

Когда выброшенные упаковка от продуктов питания, сломанные детские игрушки и другие пластиковые отходы распадаются на фрагменты из микропластика, очищать от них воды, в том числе океанские, становится очень трудно. К тому же вокруг частиц пластика скапливаются болезнетворные бактерии.

В статье об исследовании, опубликованной в ACS Nano, исследователи описали стаи пригодных для многоразового использования микромасштабных роботов, которые собирали в воде микропластик и бактерии.

Чтобы одновременно удалять из воды и микробов, и пластик, чешский исследователь Мартин Пумера с коллегами обратили внимание на роботизированные системы из устройств микроскопического масштаба. В таких системах компоненты действуют сообща, имитируя стаи животных, например, косяки рыб.

Для конструирования таких роботов учёные соединили гранулы положительно заряженного полимера с магнитными микрочастицами, которые движутся только под воздействием магнитного поля. Полимерные нити, в которые сбиваются шарики, привлекают как пластик, так и микробов.

Отдельные готовые роботы получились диаметром в 2,8 микрометра. Под воздействием вращающегося магнитного поля роботы сбивались в группы. Регулируя количество роботов, которые самоорганизуются в двумерные (плоские) скопления, исследователи обнаружили, что направлением движения и скоростью стаи роботов можно руководить.

В лабораторных экспериментах учёные имитировали загрязнение воды микропластиком и бактериями. Для этого они добавили в резервуар с водой шарики из флуоресцентного (святящегося) полистирола диаметром по микрометру и активно плавающие бактерии Pseudomonas aeruginosa, которые могут вызывать пневмонию и другие инфекции.

Затем исследователи запустили в воду микророботов и подвергли их воздействию вращающегося магнитного поля на полчаса, включая и выключая поле каждые 10 секунд. Самая высокая из четырёх протестированных концентраций роботов оставила 7,5 мг на 1 мл. Такая концентрация микроустройств позволила захватить примерно 80% бактерий.

Между тем, при той же концентрации количество свободных пластиковых шариков также постепенно уменьшалось, поскольку они присоединялись к микророботам. После этого исследователи собрали роботов с помощью постоянного магнита и ультразвуком удалили приставшие к ним бактерии.

Затем исследователи добили удалённые микробы ультрафиолетовым излучением, завершив дезинфекцию. Оказалось, что при повторном использовании обеззараженные роботы опять пригодны для сбора пластика и микробов, хотя и в меньшем количестве.

Изобретатели уверены, что испытанная система из микророботов пригодна для очистки сточных вод от пластика и бактерий в реальных условиях.