Tschechische Forscherinnen und Forscher des Future Energy and Innovation Laboratory, des Central European Institute of Technology und der Brno University of Technology haben Mikroroboter entwickelt, die im Schwarm in der Lage sein sollen, Mikroplastik aus Meeren und anderen Gewässern zu entfernen. Die Mikroroboter werden über Magnetfelder angesteuert und können laut Forscherteam nach der Aufnahme von Mikroplastik gereinigt und wiederverwendet werden. In den Mikrorobotern sehen sie einen vielversprechenden Ansatz zur Reinigung von Wasser.
 

 

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzten laut der Studie „Magnetic Microrobot Swarms with Polymeric Hands Catching Bacteria and Microplastics in Water“, die in der Zeitschrift ACS Nano der American Chemistry Society veröffentlicht wurde, winzige Robotersysteme mit einem Durchmesser von 2,8 Mikrometern, um Mikroplastik sowie Bakterien aus Wasser zu entfernen. Da Mikroplastik Bakterien binden kann, von denen manche Krankheiten verursachen können, wollten die Forschenden auch gleichzeitig die Entfernung von Mikroben testen. Die kleinen Roboter sind laut Studie kaum größer als eine Bakterienzelle und bestehen aus mehreren Komponenten, die zusammenarbeiten und natürliche Schwärme wie Fischschwärme imitieren können. Wesentlicher Bestandteil der Mikroroboter sind Stränge eines positiv geladenen Polymers, das mit magnetischen Mikropartikeln kombiniert wurde, um sie durch den Einsatz von Magneten von außen in jede beliebige Richtung lenken zu können. Die positiv geladenen Polymerstränge dienten dazu, Kunststoffe und Mikroben im Wasser anzuziehen. Über ein rotierendes Magnetfeld ließen sich die Mikroroboter dann zu Clustern kombinieren, die gemeinsam im Schwarm agierten. Im Labor stellten die Forschenden ein durch Mikroplastik und Krankheitserreger belastetes Gewässer nach. Dazu versetzten sie Wasser mit fluoreszierenden Polystrolkügelchen mit einem Durchmesser von einem Mikrometer. Zusätzlich gaben sie Bakterien in das Wasser. Die in einen Wassertank in verschiedenen Konzentrationen eingesetzten Mikroroboter wurden über ein 30 Minuten lang rotierendes Magnetfeld angesteuert. Um die gleichzeitige Entfernung von Mikroplastik und Bakterien visuell zu bestätigen, führte das Team Analysen der Mikroroboter am Rasterelektronenmikroskop (REM) durch. Die REM-Bilder zeigen laut Studie, dass die Mikroroboter effektiv mit den Verunreinigungen interagiert und sie eingefangen haben. Dies werde auch durch die zu verschiedenen Zeitpunkten visuell erfasste Mikroplastikreduzierung belegt, die unter Verwendung eines Fluoreszenzmikroskops und des Fluoresceinisothiocyanat-Filters (FITC) ermittelt wurde. Bilder, die in Intervallen von 0, 15 und 30 Minuten aufgenommen wurden, belegen laut Studie die fortschreitende Verringerung von Mikroplastik im Wassermedium. Danach wurden die Mikroroboter mit einem Dauermagneten zurückgeholt. Das Team führte verschiedene physikochemische Analysen des gereinigten Wassers und der gesammelten Mikroroboter durch. Anschließend wurden die Mikroroboter mit einem Ultraschallverfahren gereinigt und desinfiziert, um sie erneut einsetzen zu können. Laut Forschergruppe zeigt die Studie eine wirksame Methode zur Reinigung von Wasser. Das Team hofft, dass sich die Effizienz und der praktische Einsatz solcher Technologien durch weitere Verbesserungen des Verfahrens steigern lassen. Die Forscherinnen und Forscher sehen ihren Ansatz, mit Hilfe von Mikrorobotern Wasser von Mikroplastik und Bakterien zu befreien, als vielversprechend an.
 
Weitere Information: Video des Forscherteams, das zeigt, wie sich die Mikroroboter zusammenschließen und dann Mikroplastik und Bakterien „aufsammeln“
 
Quellen:

• Magnetic Microrobot Swarms with Polymeric Hands Catching Bacteria and Microplastics in Water, Martina Ussia, Mario Urso, Cagatay M. Oral, Xia Peng, Martin Pumera, ACS Nano, 8. Mai 2024
• Bild: © ASC Nano