Los microrobots biohíbridos podrían remover micro y nano plásticos de los entornos acuáticos.

24 de noviembre de 2023

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por Ingrid Fadelli, Phys.org

Los mares, océanos, ríos y otros cuerpos de agua de la Tierra se han vuelto cada vez más contaminados en las últimas décadas, lo cual amenaza la supervivencia de muchas especies acuáticas. Esta contaminación toma una amplia gama de formas, incluyendo la proliferación de los llamados micro y nano plásticos. Como sugiere su nombre, los micro y nano plásticos son pequeñas partículas dañinas derivadas de la desintegración de residuos plásticos liberados en el agua. Se ha descubierto que estas partículas perturban 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 estos pequeños partículas de manera efectiva es de suma importancia, ya que podría ayudar a proteger a las especies en peligro de extinción y sus entornos naturales. Estas tecnologías deben ser cuidadosamente diseñadas para prevenir una mayor contaminación y destrucción; por lo tanto, deben estar basadas en materiales respetuosos con el medio ambiente.

Investigadores de la Universidad de Tecnología de Brno y la Universidad Mender en la República Checa desarrollaron recientemente microrobots biohíbridos que podrían eliminar micro y nano plásticos de agua contaminada sin causar una mayor contaminación. Estos robots, presentados en un artículo publicado en Advanced Functional Materials, integran materiales biológicos, específicamente 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 microrobots de TiO2 multicapa para la captura de nano plásticos", dijo Xia Peng, coautor del artículo, a Phys.org. "El enfoque originalmente propuesto involucraba la incorporación de metales nobles, como el Pt, para facilitar la propulsión, lo que contribuía a un costo elevado y a posibles peligros asociados con los microrobots. Para abordar este problema, hemos estado explorando la sustitución de metales costosos por una alternativa más económica y de producción masiva."

Recientemente, los investigadores han estado buscando materiales más asequibles y respetuosos con el medio ambiente para sus robots, para superar los desafíos encontrados en sus trabajos anteriores. En particular, Peng comenzó a explorar la posibilidad de usar células de algas, que podrían ser introducidas fácilmente en ambientes marinos sin dañarlos.

"Los nuevos robots que creamos, llamados robots magnéticos de algas (MARs), consisten en una combinación de algas y nanopartículas magnéticas respetuosas con el medio ambiente", explicó Peng.

"Estos robots operan bajo la influencia de un campo magnético externo, lo que permite un control preciso sobre su movimiento. La carga negativa en la superficie de los MARs se debe a la presencia de grupos -COOH en la superficie de las células de algas. En contraste, los micro/nano plásticos seleccionados tienen una carga positiva en la superficie. Esta interacción positiva-negativa facilita la atracción electrostática, promoviendo así la captura y eliminación dirigidas de micro/nano plásticos por parte de los MARs."

La composición única de los robots creados por los investigadores los hace tanto no contaminantes como sensibles a campos magnéticos externos aplicados. Esto podría permitirles recuperar de manera 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 encontraron que lograron resultados notables. De hecho, pudieron ser controlados de forma remota con niveles de precisión altos, eliminando la mayoría de las pequeñas partículas de plástico en los tanques de agua en los que fueron introducidos.

"Nuestros microrobots demostraron una eficiencia de eliminación notable, logrando una alta tasa de éxito del 92% para los nano plásticos y del 70% para los microplásticos", dijo Peng. "En el futuro, podrían servir como una herramienta prometedora para eliminar activamente la contaminación plástica de los cuerpos de agua, contribuyendo a los esfuerzos de remediación ambiental y mitigando el impacto de los residuos plásticos en los ecosistemas acuáticos."

En el futuro, los MARs desarrollados por este equipo de investigadores podrían ser probados e implementados en el mar y otros cuerpos de agua, lo que podría contribuir a la eliminación de residuos plásticos tóxicos. Es importante destacar que los robots se fabrican utilizando materiales asequibles y procesos de fabricación escalables, por lo que podrían ser una tecnología rentable para abordar la contaminación de los entornos acuáticos.

'Our robots could potentially reduce the need for more resource-intensive and expensive strategies currently employed for plastic waste removal,' Peng added.

'Further research could focus on investigating the biocompatibility of MARs with aquatic ecosystems and assessing potential impacts on non-target organisms is crucial for understanding the environmental implications of their deployment. Also, I would also like to investigate how MARs can complement or be integrated with other technologies, such as sensors for real-time monitoring of plastic concentrations.'

Journal information: Advanced Functional Materials

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