Mari, oceani, fiumi e altri corpi idrici sulla Terra sono diventati sempre più inquinati negli ultimi decenni e questo sta minacciando la sopravvivenza di molte specie acquatiche. Questo inquinamento assume un'ampia gamma di forme, inclusa la proliferazione delle cosiddette micro e nano plastiche.
Come suggerisce il nome, le micro e nano plastiche sono minuscole particelle dannose derivate dalla disintegrazione dei rifiuti plastici rilasciati nell’acqua. È stato scoperto che queste particelle danneggiano gli ecosistemi acquatici, ad esempio, ritardando la crescita degli organismi, riducendone l'assunzione di cibo e danneggiando gli habitat dei pesci.
L’ideazione di tecnologie efficaci per rimuovere efficacemente queste minuscole particelle è della massima importanza, poiché potrebbe aiutare a proteggere le specie in via di estinzione e i loro ambienti naturali. Queste tecnologie dovrebbero essere progettate attentamente per prevenire ulteriore inquinamento e distruzione; quindi, dovrebbero essere basati su materiali rispettosi dell'ambiente.
I ricercatori dell’Università di Tecnologia di Brno e dell’Università di Mender nella Repubblica Ceca hanno recentemente sviluppato microrobot bioibridi che potrebbero rimuovere micro e nanoplastiche dall’acqua inquinata senza causare ulteriore inquinamento. Questi robot, presentati in un articolo pubblicato su Advanced Functional Materials , integrano materiali biologici, in particolare alghe, con materiali rispettosi dell'ambiente che rispondono ai campi magnetici esterni.
"I membri del nostro gruppo di ricerca hanno studiato l'uso di TiO2 multistrato microrobot per la cattura di nanoplastiche", ha detto a Phys.org Xia Peng, coautore dell'articolo. "L'approccio originariamente proposto prevedeva l'incorporazione di metalli nobili, come il Pt, per facilitare la propulsione, contribuendo così a un costo elevato e potenziali pericoli associati ai microrobot. Per risolvere questo problema, abbiamo esplorato la possibilità di sostituire i metalli costosi con un'alternativa più economica e facilmente prodotta in serie."
I ricercatori hanno recentemente cercato di identificare materiali più convenienti e rispettosi dell’ambiente per i loro robot per superare le sfide incontrate nei loro lavori precedenti. Peng in particolare ha iniziato a esplorare la possibilità di utilizzare cellule di alghe, che potrebbero essere facilmente introdotte negli ambienti marini senza danneggiarli.
"I nuovi robot che abbiamo creato, soprannominati robot ad alghe magnetiche (MAR), sono costituiti da una combinazione di alghe e nanoparticelle magnetiche rispettose dell'ambiente", ha spiegato Peng.
"Questi robot funzionano sotto l'influenza di un campo magnetico esterno, consentendo un controllo preciso sui loro movimenti. La carica superficiale negativa dei MAR è attribuita alla presenza di gruppi -COOH sulla superficie delle cellule di alghe. Al contrario, i micro/nano selezionati le plastiche trasportano una carica superficiale positiva. Questa interazione positiva-negativa facilita l'attrazione elettrostatica, promuovendo così la cattura e la rimozione mirata di micro/nano plastiche da parte dei MAR."
La composizione unica dei robot creati dai ricercatori li rende non inquinanti e reattivi ai campi magnetici applicati esternamente. Ciò potrebbe consentire loro di recuperare in modo sostenibile particelle di plastica di dimensioni nano e micro dagli ambienti acquatici.
Peng e i suoi colleghi hanno valutato i loro microrobot in una serie di test e hanno scoperto che hanno ottenuto risultati notevoli. Infatti, potrebbero essere controllati a distanza con elevati livelli di precisione, rimuovendo le particelle di plastica più piccole nei serbatoi d'acqua in cui sono stati introdotti.
"I nostri microrobot hanno dimostrato una notevole efficienza di rimozione, raggiungendo un elevato tasso di successo del 92% per le nanoplastiche e del 70% per le microplastiche", ha affermato Peng. "In futuro, potrebbero fungere da strumento promettente per rimuovere attivamente l'inquinamento causato dalla plastica dai corpi idrici, contribuendo agli sforzi di risanamento ambientale e mitigando l'impatto dei rifiuti di plastica sugli ecosistemi acquatici."
In futuro, i MAR sviluppati da questo team di ricercatori potrebbero essere testati e dispiegati nel mare e in altri corpi idrici, contribuendo potenzialmente alla rimozione di residui di plastica tossici. In particolare, i robot sono realizzati utilizzando materiali accessibili e processi di fabbricazione scalabili, quindi potrebbero rappresentare una tecnologia economicamente vantaggiosa per affrontare l'inquinamento degli ambienti acquatici.
"I nostri robot potrebbero potenzialmente ridurre la necessità di strategie più costose e ad alta intensità di risorse attualmente utilizzate per la rimozione dei rifiuti di plastica", ha aggiunto Peng.
"Ulteriori ricerche potrebbero concentrarsi sullo studio della biocompatibilità dei MAR con gli ecosistemi acquatici e la valutazione dei potenziali impatti sugli organismi non bersaglio è fondamentale per comprendere le implicazioni ambientali del loro utilizzo. Inoltre, vorrei anche indagare su come i MAR possano integrare o essere integrati con altre tecnologie, come i sensori per il monitoraggio in tempo reale delle concentrazioni di plastica."
Ulteriori informazioni: Xia Peng et al, Microrobot bioibridi a guida magnetica per la rimozione sostenibile di micro/nanoplastiche dall'ambiente acquatico, Materiali funzionali avanzati (2023). DOI:10.1002/adfm.202307477
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