Quando i vecchi imballaggi alimentari, i giocattoli dei bambini scartati e altri rifiuti di plastica mal gestiti si trasformano in microplastiche, diventa ancora più difficile ripulirli dagli oceani e dai corsi d’acqua. Questi minuscoli pezzetti di plastica attirano anche i batteri, compresi quelli che causano malattie. In uno studio a ACS Nano, i ricercatori descrivono sciami di robot su microscala (microrobot) che catturavano frammenti di plastica e batteri dall’acqua. Successivamente, i robot sono stati decontaminati e riutilizzati.
La dimensione delle microplastiche, che misurano 5 millimetri o meno, aggiunge un’altra dimensione al problema dell’inquinamento da plastica perché gli animali possono mangiarle, subendo potenzialmente danni o trasmettendo le particelle nella catena alimentare che termina con gli esseri umani. Finora, gli effetti sulla salute delle persone non sono stati completamente compresi. Tuttavia, le microplastiche stesse non sono l’unica preoccupazione. Questi pezzi attirano i batteri, compresi gli agenti patogeni, che possono anche essere ingeriti. Per rimuovere contemporaneamente microbi e plastica dall’acqua, Martin Pumera e colleghi si sono rivolti a sistemi robotici su microscala, composti da molti piccoli componenti che lavorano in modo collaborativo, imitando gli sciami naturali, come banchi di pesci.
Per costruire i robot, il team ha collegato filamenti di un polimero caricato positivamente a microparticelle magnetiche, che si muovono solo se esposte a un campo magnetico. I filamenti polimerici che si irradiano dalla superficie delle perle attirano sia la plastica che i microbi. E i prodotti finiti – i singoli robot – misuravano 2,8 micrometri di diametro. Quando esposti a un campo magnetico rotante, i robot sciamavano insieme. Modificando il numero di robot che si auto-organizzavano in ammassi piatti, i ricercatori hanno scoperto che potevano alterare il movimento e la velocità dello sciame.
Negli esperimenti di laboratorio, il team ha replicato microplastiche e batteri nell’ambiente aggiungendo perline di polistirene fluorescenti (larghe 1 micrometro) e nuotando attivamente Pseudomonas aeruginosa batteri, che possono causare polmonite e altre infezioni, in un serbatoio d’acqua. Successivamente, i ricercatori hanno aggiunto dei microrobot al serbatoio e li hanno esposti a un campo magnetico rotante per 30 minuti, accendendolo e spegnendolo ogni 10 secondi. Una concentrazione del robot di 7,5 milligrammi per millilitro, la più densa delle quattro concentrazioni testate, ha catturato circa l’80% dei batteri. Nel frattempo, a questa stessa concentrazione, anche il numero di perle di plastica libere è gradualmente diminuito, man mano che venivano attratte dai microrobot. Successivamente, i ricercatori hanno raccolto i robot con un magnete permanente e hanno utilizzato gli ultrasuoni per staccare i batteri ad essi attaccati. Hanno poi esposto i microbi rimossi alle radiazioni ultraviolette, completando la disinfezione. Una volta riutilizzati, i robot decontaminati raccoglievano comunque plastica e microbi, anche se in quantità minori di entrambi. Questo sistema microrobotico fornisce un approccio promettente per liberare l’acqua dalla plastica e dai batteri, osservano i ricercatori.
Gli autori riconoscono il finanziamento del progetto TECHSCALE del Fondo europeo di sviluppo regionale/Fondo sociale europeo, del programma REFRESH dell’Unione europea e di CzechNanoLab.
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