Los mares, océanos, ríos y otras masas de agua de la Tierra se han contaminado cada vez más en las últimas décadas, y esto está amenazando la supervivencia de muchas especies acuáticas. Esta contaminación adopta una amplia gama de formas, incluida la proliferación de los llamados micro y nanoplásticos.
Como sugiere su nombre, los micro y nanoplásticos son pequeñas partículas dañinas derivadas de la desintegración de los desechos plásticos liberados en el agua. Se ha descubierto que estas partículas alteran los ecosistemas acuáticos, por ejemplo, retrasando el crecimiento de los organismos, reduciendo su ingesta de alimentos y dañando los hábitats de los peces.
Diseñar tecnologías efectivas para eliminar eficazmente estas pequeñas partículas es de suma importancia, ya que podría ayudar a proteger especies en peligro de extinción y sus entornos naturales. Estas tecnologías deberían diseñarse cuidadosamente para evitar una mayor contaminación y destrucción; por lo tanto, deben basarse en materiales respetuosos con el medio ambiente.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Brno y la Universidad de Mender en la República Checa desarrollaron recientemente microrobots biohíbridos que podrían eliminar micro y nanoplásticos del agua contaminada sin causar más contaminación. Estos robots, presentados en un artículo publicado en Advanced Functional Materials , integran materiales biológicos, concretamente algas, con materiales respetuosos con el medio ambiente que responden a campos magnéticos externos.
"Los miembros de nuestro grupo de investigación han estado estudiando el uso de TiO2 multicapa. microrobots para la captura de nanoplásticos", dijo a Phys.org Xia Peng, coautor del artículo. "El enfoque propuesto originalmente implicaba la incorporación de metales nobles, como el Pt, para facilitar la propulsión, contribuyendo así a un coste elevado y peligros potenciales asociados con los microrobots. Para abordar este problema, hemos estado explorando la sustitución de metales costosos por una alternativa más económica y de fácil producción en masa".
Recientemente, los investigadores han estado intentando identificar materiales más asequibles y respetuosos con el medio ambiente para que sus robots superen los desafíos encontrados en sus trabajos anteriores. En particular, Peng comenzó a explorar la posibilidad de utilizar células de algas, que podrían introducirse fácilmente en ambientes marinos sin dañarlos.
"Los nuevos robots que creamos, denominados robots magnéticos de algas (MAR), consisten en una combinación de algas y nanopartículas magnéticas respetuosas con el medio ambiente", explicó Peng.
"Estos robots funcionan bajo la influencia de un campo magnético externo, lo que permite un control preciso sobre su movimiento. La carga superficial negativa de los MAR se atribuye a la presencia de grupos -COOH en la superficie de las células de algas. Por el contrario, los micro/nano seleccionados Los plásticos llevan una carga superficial positiva. Esta interacción positiva-negativa facilita la atracción electrostática, promoviendo así la captura y eliminación selectiva de micro/nanoplásticos por parte de los MAR".
La composición única de los robots creados por los investigadores los hace no contaminantes y sensibles a los campos magnéticos aplicados externamente. Esto podría permitirles recuperar de forma sostenible partículas de plástico de tamaño nano y micro de entornos acuáticos.
Peng y sus colegas evaluaron sus microrobots en una serie de pruebas y descubrieron que lograban resultados notables. De hecho, podrían controlarse de forma remota con altos niveles de precisión, eliminando la mayoría de las partículas de plástico diminutas de los tanques de agua en los que se introdujeron.
"Nuestros microrobots demostraron una notable eficiencia de eliminación, logrando una alta tasa de éxito del 92% para nanoplásticos y del 70% para microplásticos", dijo Peng. "En el futuro, podrían servir como una herramienta prometedora para eliminar activamente la contaminación plástica de los cuerpos de agua, contribuir a los esfuerzos de remediación ambiental y mitigar el impacto de los desechos plásticos en los ecosistemas acuáticos".
En el futuro, los MAR desarrollados por este equipo de investigadores podrían probarse y desplegarse en el mar y otras masas de agua, contribuyendo potencialmente a la eliminación de residuos plásticos tóxicos. En particular, los robots están fabricados con materiales asequibles y procesos de fabricación escalables, por lo que podrían ser una tecnología rentable para abordar la contaminación de los entornos acuáticos.
"Nuestros robots podrían reducir potencialmente la necesidad de estrategias más costosas y que requieren más recursos que se emplean actualmente para la eliminación de residuos plásticos", añadió Peng.
"La investigación adicional podría centrarse en investigar la biocompatibilidad de los MAR con los ecosistemas acuáticos y evaluar los impactos potenciales en organismos no objetivo es crucial para comprender las implicaciones ambientales de su implementación. Además, también me gustaría investigar cómo los MAR pueden complementar o integrarse con otras tecnologías, como sensores para el seguimiento en tiempo real de las concentraciones de plástico."
Más información: Xia Peng et al, Microrobots biohíbridos impulsados magnéticamente para la eliminación sostenible de micro/nanoplásticos del entorno acuático, Materiales funcionales avanzados (2023). DOI:10.1002/adfm.202307477
Información de la revista: Materiales funcionales avanzados
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