可捕捉塑胶微粒和细菌的微型机器人面世

Daphane

來源:大紀元




微型机器人捕捉细菌和塑胶微粒过程的示意图。（美国化学学会ACS）

【大纪元2024年06月08日讯】（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）塑胶在日常生活用品中占据主导地位，但它不仅分解速度缓慢，还容易裂解成危害更大的塑胶微粒，衍生出广泛的环境和健康问题。为此，欧洲的科学家发明一种小型的机器人，用来清理这些塑胶微粒和细菌。

当我们日常使用的食品包装、儿童玩具和其它塑胶制品处理不当时，它们就容易分裂成5毫米（mm）或更小的塑胶微粒，它们会吸附一些重金属并释出有毒化学物质，极易被动物和植物吸收。

当人们吃了这些动植物后，身体会累积部分物质。许多研究表明，这些塑胶微粒会对人的身体产生负面影响，包括消化系统、呼吸系统、内分泌系统、生殖系统和免疫系统，同时干扰人体的荷尔蒙的产生、释放、传输和代谢等。另外，一些研究还发现，塑胶微粒会吸引细菌和病原体，而这些有害的病原体可能被动物和人类摄入。

尽管之前微米或奈米级的机器人，可以透过附近的化学物质、光、磁、声和电运行，让它们去清理垃圾、投放药物等之类的物品，或透过电脑编程让它们进行更复杂的动作，但这些微型机器人往往需要较多的钱和时间去制造，且不一定都能达到预期效果。

这次，中欧理工学院的未来能源与创新实验室和布尔诺理工大学的科学家们，研发了一种可利用磁性去清理塑胶微粒和微生物的微型机器人，这种机器人在清洗过后可重复使用。该研究成果今年5月发表在《美国化学学会》杂志上。

研究团队的主要作者马丁·普梅拉（Martin Pumera）和同事们，为了同时去除水中的微生物和塑胶微粒，让微型机器人系统模仿自然的群体，如鱼群一样聚集和变换。这些圆球形的微型机器人在外部磁场的影响下，可以集体移动去捕获自由游动的细菌和分散的塑胶微粒，以达到清洁水生环境的目的。

他们首先将二甲胺基丙基丙烯酰胺阳离子聚合物整合到直径4微米（μm）的微型机器人上，并透过静电力增强了它们与细菌的相互作用，使它们长出拥有磁芯聚合物的“触手”，从而提高了它们的捕获效率。

这次使用的阳离子聚合物，是一种作为预防和治疗细菌感染的有前途的药物，能够破坏细菌的细胞膜使其死亡，特别是对革兰氏阴性细菌（大肠杆菌）有效果。如果对该阳离子聚合物增加静电，会增强它与细菌结合（破坏）能力。

随后，研究人员将微型机器放到含有铜绿假单胞菌和塑胶微粒的容器中，用磁场控制它们使其变成链条状、平面和团簇等多种型态，以使它们捕获细菌和塑胶微粒。

当这些机器人捕捉过污染物后，它们会被引导到另一个干净的容器中，并用超音波将它们与细菌或塑胶微粒彻底分离，再对该容器进行紫外线消毒，最后把清过的干净水排出。

他们对水做含菌量检验。结果显示，这些经过微型机器人操作30分钟后的水，其细菌含量明显减少。他们还发现，微型机器人在含有高浓度的细菌溶液中，能捕获大约80%的细菌，若在低浓度的情况下，其捕获率降至21%。

此外，他们将这些磁性微型机器人放置到含有直径约1 μm的萤光聚苯乙烯珠（模拟塑胶微粒）和细菌污染水中，进行30分钟的处理，以评估机器人清洁这些污染物的能力。结果显示，铜绿假单胞菌和塑胶微粒的残留大量减少，且持续时间越长这些污染物的残留越少。

研究人员表示，该项实验证明一种能够解决复杂水净化的方案，且与传统方法不同，因为这种清洁效果不仅良好，还可以重复利用。若将阳离子聚合物进行改良，也可以捕捉其它种类的细菌，因此这是一项十分有前景的方法。