研究人员开发的微型机器人能够清除水中的微塑料和细菌，从而解决水生环境污染和疾病传播的双重威胁。当旧的食品包装、废弃的儿童玩具和其他管理不善的塑料垃圾分解成微塑料时，它们就更难从海洋和水道中清除。这些微小的塑料碎片还会吸引细菌，包括那些会致病的细菌。在《ACS Nano》的一项研究中，研究人员描述了成群的微型机器人（microrobots）从水中捕捉塑料碎片和细菌。之后，这些机器人被净化并重新使用。
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据《ACS Nano》杂志报道，研究人员制造出了微小的磁珠，它们能在受污染的水中成群飞舞，捕捉微塑料和细菌等污染物。
微塑料的尺寸为 5 毫米或更小，这给塑料污染问题增添了另一个层面，因为动物可以吃这些微塑料，从而可能受到伤害，或将微粒带入食物链，最终进入人类体内。到目前为止，人们还不完全了解微塑料对人类健康的影响。
然而，微塑料本身并不是唯一令人担忧的问题。这些碎片会吸引细菌，包括病原体，这些细菌也会被摄入。为了同时清除水中的微生物和塑料，马丁-普梅拉及其同事转而使用微型机器人系统，该系统由许多小部件组成，模仿自然界的鱼群（如鱼群）协同工作。
为了清洁水源，研究人员设计了成群的微小球形机器人，它们可以收集细菌和小块塑料。资料来源：美国化学学会
为了制造这种机器人，研究小组将带正电荷的聚合物股与磁性微粒连接起来，磁性微粒只有在暴露于磁场时才会移动。从磁珠表面辐射出来的聚合物链既能吸引塑料，也能吸引微生物。单个成品机器人的直径为 2.8 微米。
当暴露在旋转磁场中时，机器人就会聚集在一起。研究人员发现，通过调整自组织成扁平集群的机器人数量，他们可以改变蜂群的运动和速度。
为了清洁水源，研究人员设计了成群的微小球形机器人（浅黄色），它们可以收集细菌（绿色）和小块塑料（灰色）。来源：改编自 ACS Nano 2024，DOI: 10.1021/acsnano.4c02115
在实验室实验中，研究小组通过在水箱中加入荧光聚苯乙烯珠（1 微米宽）和活跃游动的铜绿假单胞菌（可引起肺炎和其他感染），复制了环境中的微塑料和细菌。
接下来，研究人员在水箱中加入微型机器人，并将其置于旋转磁场中 30 分钟，每 10 秒钟开关一次。机器人的浓度为每毫升 7.5 毫克，这是测试的四种浓度中最密集的一种，捕获了大约 80% 的细菌。同时，在相同的浓度下，游离塑料珠的数量也逐渐减少，因为它们被吸引到了微型机器人上。
随后，研究人员用永久磁铁收集机器人，并使用超声波将附着在机器人上的细菌分离出来。然后，他们将去除的微生物暴露在紫外线辐射下，完成了消毒。当再次使用时，经过消毒的机器人仍能拾取塑料和微生物，尽管两者的数量都较少。研究人员指出，这种微型机器人系统为清除水中的塑料和细菌提供了一种很有前景的方法。
编译来源：ScitechDaily