Les microrobots biohybrides pourraient éliminer les micro- et nano-plastiques des environnements aquatiques.

24 novembre 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

Les mers, les océans, les rivières et autres plans d'eau de la Terre sont devenus de plus en plus pollués au cours des dernières décennies, mettant en danger la survie de nombreuses espèces aquatiques. Cette pollution prend différentes formes, y compris la prolifération des fameux micro et nano plastiques. 

Comme leur nom l'indique, les micro et nano plastiques sont de minuscules particules dangereuses dérivées de la désintégration des déchets plastiques rejetés dans l'eau. Ces particules perturbent les écosystèmes aquatiques en retardant la croissance des organismes, en réduisant leur alimentation et en endommageant les habitats des poissons, par exemple.

La mise au point de technologies efficaces pour éliminer ces particules minuscules est d'une importance capitale, car cela pourrait contribuer à protéger les espèces en voie de disparition et leur environnement naturel. Ces technologies devraient être soigneusement conçues pour prévenir toute autre pollution et destruction ; elles devraient donc être basées sur des matériaux respectueux de l'environnement.

Récemment, des chercheurs de l'Université de technologie de Brno et de l'Université Mender en République tchèque ont mis au point des microrobots biohybrides capables de retirer les micro et nano plastiques de l'eau polluée sans causer d'autres pollutions. Ces robots, présentés dans un article publié dans Advanced Functional Materials, intègrent des matériaux biologiques, en particulier des algues, avec des matériaux respectueux de l'environnement et sensibles aux champs magnétiques externes.

"Les membres de notre groupe de recherche étudient l'utilisation de microrobots en TiO2 multicouches pour la capture des nano plastiques", a déclaré Xia Peng, co-auteur de l'article, à Phys.org. "La méthode proposée à l'origine impliquait l'incorporation de métaux nobles, tels que le Pt, pour faciliter la propulsion, ce qui entraînait des coûts élevés et des risques potentiels associés aux microrobots. Pour résoudre ce problème, nous avons exploré la substitution des métaux coûteux par une alternative plus économique et plus facilement produite en masse."

Les chercheurs ont récemment essayé d'identifier des matériaux plus abordables et respectueux de l'environnement pour leurs robots afin de surmonter les défis rencontrés dans leurs travaux précédents. Peng a notamment commencé à explorer la possibilité d'utiliser des cellules d'algues, qui pourraient être facilement introduites dans les milieux marins sans les endommager.

"Les nouveaux robots que nous avons créés, appelés robots en algues magnétiques (MARs), sont composés d'une combinaison d'algues et de nanoparticules magnétiques respectueuses de l'environnement", explique Peng.

"Ces robots fonctionnent sous l'influence d'un champ magnétique externe, ce qui permet un contrôle précis de leur mouvement. La charge négative en surface des MARs est attribuée à la présence de groupes -COOH à la surface des cellules d'algues. En revanche, les micro/nano plastiques sélectionnés présentent une charge positive en surface. Cette interaction positive-négative facilite l'attraction électrostatique, favorisant ainsi la capture ciblée et l'élimination des micro/nano plastiques par les MARs."

La composition unique des robots créés par les chercheurs les rend à la fois non polluants et sensibles aux champs magnétiques appliqués de manière externe. Cela pourrait leur permettre de récupérer de manière durable des particules plastiques nano et microscopiques dans les milieux aquatiques.

Peng et ses collègues ont évalué leurs microrobots lors d'une série de tests et ont constaté qu'ils obtenaient des résultats remarquables. En fait, ils pouvaient être contrôlés à distance avec un niveau de précision élevé, éliminant la plupart des petites particules plastiques présentes dans les réservoirs d'eau dans lesquels ils étaient introduits.

"Nos microrobots ont montré une efficacité de suppression remarquable, atteignant un taux de réussite élevé de 92 % pour les nano plastiques et de 70 % pour les microplastiques", a déclaré Peng. "À l'avenir, ils pourraient servir d'outil prometteur pour éliminer activement la pollution plastique dans les plans d'eau, contribuant ainsi aux efforts de remédiation environnementale et atténuant l'impact des déchets plastiques sur les écosystèmes aquatiques."

À l'avenir, les MARs développés par cette équipe de chercheurs pourraient être testés et déployés en mer et dans d'autres plans d'eau, contribuant potentiellement à l'élimination des résidus plastiques toxiques. Notamment, les robots sont fabriqués avec des matériaux abordables et des processus de fabrication évolutifs, ce qui en fait une technologie rentable pour lutter contre la pollution des milieux aquatiques.

'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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