Robots ter grootte van een bacterie pakken microplastics aan en winnen door ze af te breken

Kleine stukjes plastic zijn overal, van stedelijke omgevingen tot ongerepte wildernis. Als ze aan hun lot worden overgelaten, kan het honderden jaren duren voordat ze volledig zijn afgebroken. Katalysatoren die door zonlicht worden geactiveerd, kunnen het proces versnellen, maar het is moeilijk om deze verbindingen te laten interageren met microplastics. In een proof-of-concept-onderzoek rapporteren onderzoekers in ACS toegepaste materialen en interfaces ontwikkelde zelfrijdende microrobots die kunnen zwemmen, zich aan plastic kunnen hechten en afbreken.

Terwijl plastic producten binnenshuis alomtegenwoordig zijn, vervuilen plastic afval en gebroken stukjes nu ook buitenshuis. De kleinste hiervan – microplastics van minder dan 5 mm groot – zijn moeilijk op te pakken en te verwijderen. Bovendien kunnen ze zware metalen en verontreinigende stoffen adsorberen en mogelijk schadelijk zijn voor mens of dier als ze per ongeluk worden geconsumeerd. Dus stelden eerdere onderzoekers een energiezuinige manier voor om plastic uit het milieu te verwijderen door katalysatoren te gebruiken die zonlicht gebruiken om zeer reactieve verbindingen te produceren die dit soort polymeren afbreken. Het is echter een uitdaging om de katalysatoren en kleine stukjes plastic met elkaar in contact te brengen en vereist meestal voorbehandelingen of omvangrijke mechanische roerders, die niet gemakkelijk kunnen worden opgeschaald. Martin Pumera en collega’s wilden een door zonlicht aangedreven katalysator maken die naar microdeeltjes beweegt, zich eraan vastklampt en ze ontmantelt.

Om een ​​katalytisch materiaal om te zetten in door licht aangedreven microrobots, maakten de onderzoekers stervormige deeltjes van bismutvanadaat en bedekten ze de 4-8 µm brede structuren gelijkmatig met magnetisch ijzeroxide. De microrobots zouden door een doolhof van kanalen kunnen zwemmen en over hun hele lengte kunnen interageren met microplastic stukjes. De onderzoekers ontdekten dat microrobots onder zichtbaar licht sterk vastklampten aan vier veelvoorkomende soorten kunststoffen. Het team verlichtte vervolgens gedurende zeven dagen stukjes van de vier kunststoffen die waren bedekt met de microrobot-katalysator in een verdunde waterstofperoxide-oplossing. Ze merkten op dat het plastic 3% van zijn gewicht verloor en dat de oppervlaktetextuur voor alle soorten veranderde van glad naar putjes, en dat er kleine moleculen en componenten van het plastic werden gevonden in de overgebleven oplossing. De onderzoekers zeggen dat de zelfrijdende microrobotkatalysatoren de weg banen naar systemen die microplastics kunnen opvangen en afbreken op moeilijk bereikbare locaties.