Поверхностные воды, включая озера, каналы, реки и ручьи, являются ключевым ресурсом для сельского хозяйства, промышленности и домохозяйств. Она в прямом смысле слова необходима для жизнедеятельности человека. Однако она также очень сильно подвержена загрязнению, а ее очистка всегда сопряжена с трудностями. Однако у нас может появиться новый союзник в этой борьбе: и это наноботы.

Image credit: Wikipedia Commons.

 

По данным ООН, около  90% сточных вод в развивающихся странах сбрасывается в водоемы без очистки. В этом  в том числе виноваты промышленные предприятия, которые ежегодно выбрасывают в водоемы от 300 до 400 мегатонн загрязненной воды. Нитраты, широко используемые в сельском хозяйстве, являются наиболее распространенным загрязнителем, который в настоящее время обнаруживается в подземных водоносных слоях.

Вредные вещества в поверхностных водах очень трудно и дорого удалять стандартными методами, поэтому они, как правило, остаются там надолго. Обнаруженные в речной рыбе тяжелые металлы представляют серьезную опасность для здоровья человека. Загрязнение воды также может привести к массовым вспышкам инфекционных заболеваний.

В последнее время использование нанотехнологий в очистке воды привлекло широкое внимание и является предметом активных исследований. В водоподготовке нанотехнология может применяться в трех основных направлениях: восстановление и очистка загрязненной воды, обнаружение загрязнения и его предотвращение. В связи с этим в последнее время появилась острая потребность в нанороботах с высокой избирательной эффективностью.

Однако существует техническая проблема. В большинстве нанороботов используются каталитические двигатели, которые создают проблемы в процессе их использования. Такие каталитические механизмы легко окисляются, что может ограничить срок службы и эффективность нанороботов. Новое исследование нацелено на решение этой проблемы.

(i) ТМ нанороботы перемещаются в загрязненной воде под поперечным вращающимся магнитным полем (ω), (ii) загрязняющие вещества захватываются ТМ нанороботами посредством межмицеллярной агрегации при температуре окружающей среды (T) под поперечным вращающимся магнитным полем, (iii) сепарация ТМ нанороботов для удаления загрязняющих веществ из матрицы PTBC при низкой температуре, и (iv) ТМ нанороботы восстанавливаются с помощью внешнего магнита.

Новый тип нанороботов

Мартин Пумера, исследователь из Химико-технологического университета в Чехии, и его группа коллег разработали новый тип нанороботов, используя термочувствительный полимерный материал и оксид железа. Этот полимер выполняет функцию маленьких манипуляторов, которые собирают и утилизируют загрязняющие вещества, а оксид железа усиливает магнитные свойства наноустройств.

Роботы, созданные Пумерой и его командой, имеют ширину всего 200 нанометров (в 300 раз тоньше человеческого волоса) и приводятся в действие магнитными полями, что позволяет исследователям эффективно контролировать их движение. В отличие от других существующих нанороботов, они не нуждаются в топливе и могут быть использованы многократно. Это делает их устойчивыми и экономически эффективными.

По результатам 10 тестов, проведенных учеными в рамках исследования, нанороботы смогли успешно удалить около 65% мышьяка всего за 100 минут. Пундера сообщил, что технология легко масштабируется и поэтому в настоящее время он вместе со своей командой ведет переговоры с компаниями, занимающимися очисткой сточных вод, в надежде перевести систему со стенда на опытные образцы.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Источники:
 https://www.nature.com/articles/s41467-022-28406-5