Нанороботы собирают загрязняющие вещества с помощью своих полимерных «рук», чтобы очистить воду.
Были созданы нанороботы с магнитным управлением, способные улавливать загрязняющие вещества в воде. Многоразовые роботы затем высвобождали токсичные вещества – гербицид атразин и тяжёлый металл мышьяк – при понижении температуры воды.
Растущая концентрация микрозагрязнителей в водной среде вызывает беспокойство, и традиционные очистные сооружения с трудом справляются с их удалением. Такие решения, как активированный уголь и озонирование, могут быть дорогостоящими и ресурсоёмкими. В недавнем обзоре отмечается, что «большинство стран ЕС убеждены, что присутствие [микрозагрязнителей] в окружающей среде представляет серьёзную проблему», особенно в густонаселённых регионах, где поверхностные воды служат источником питьевой воды. «Самыми трудноудаляемыми загрязнителями из воды являются малые молекулы, такие как пестициды или гормоны», — говорит Мартин Пумера , химик-неорганик, возглавлявший исследование.
Новые нанороботы были изготовлены с использованием наночастиц магнетита (Fe3O4 ) , покрытых триблок-сополимером (PTBC), которые служат «руками», захватывающими загрязняющие вещества. При температуре выше 25°C дегидратация PTBC и более сильное взаимодействие между полимерными блоками приводили к захвату загрязняющих веществ в матрице PTBC.
При взаимодействии наноботов с более прохладной водой температурой около 5°C матрица расширялась и высвобождала загрязняющие вещества. «Мы использовали физическое взаимодействие с изменяющимися температурами, чтобы роботы объединялись и разъединялись без необходимости использования химикатов», — говорит Пумера.
В его лаборатории роботы провели через литр воды с помощью вращающегося магнитного поля. «Робот полностью подчиняется оператору, который может активно прогонять воду и улавливать загрязняющие вещества», — говорит Пумера, подчеркнув отсутствие химикатов и света для питания роботов.
Для проверки концепции нанороботы были помещены в раствор мышьяка низкой концентрации (25 мкг/л). После извлечения нанороботов из воды уровень мышьяка оказался выше предела обнаружения оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой. Этот спектроскопический метод обычно используется для анализа элементного состава проб воды. Мышьяк был обнаружен при взаимодействии с отрицательным зарядом на поверхности наноробота.
«Этот подход весьма продуман», — говорит Брэдли Нельсон , инженер-робототехник из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (Швейцария). «Главное преимущество здесь в том, что можно перерабатывать нанороботов и использовать их снова и снова». Он добавляет, что «одной из реальных задач станет разработка промышленной магнитной системы для генерации магнитных полей». Кроме того, «разработка такой установки в промышленных масштабах будет относительно сложной», — говорит Нельсон.
Размер молекулы или степень разветвления сополимерной руки нанобота также можно изменять для улавливания других загрязняющих веществ. Мышьяк был захвачен благодаря его взаимодействию с отрицательным зарядом на поверхности наноробота.
«Если вы хотите использовать другие специализированные токсичные оксиды металлов, такие как ртуть, свинец или хром, которые являются канцерогенами, мы можем изменить функциональные группы, поскольку это зависит от физической реакции между металлом и нанороботом», — говорит автор Джайрадж Вагасия из Пражского химико-технологического университета, Чешская Республика. Таким образом, для очистки воды от множества микрозагрязнителей можно использовать комбинацию нанороботов с различными функциональными возможностями.
Пумера утверждает, что они спроектировали систему так, чтобы ее можно было легко масштабировать, а эксперты по водоподготовке посоветовали ему, что любая система очистки воды должна быть недорогой.
