Les mers, océans, rivières et autres plans d’eau sur Terre sont devenus de plus en plus pollués au cours des dernières décennies, ce qui menace la survie de nombreuses espèces aquatiques. Cette pollution prend diverses formes, notamment la prolifération de ce que l'on appelle les micro et nanoplastiques.
Comme leur nom l’indique, les micro et nanoplastiques sont de minuscules particules nocives issues de la désintégration des déchets plastiques rejetés dans l’eau. Il a été démontré que ces particules perturbent les écosystèmes aquatiques, par exemple en retardant la croissance des organismes, en réduisant leur consommation de nourriture et en endommageant les habitats des poissons.
Concevoir des technologies efficaces pour éliminer efficacement ces minuscules particules est de la plus haute importance, car cela pourrait contribuer à protéger les espèces menacées et leurs environnements naturels. Ces technologies doivent être soigneusement conçues pour empêcher une pollution et une destruction supplémentaires; ainsi, ils doivent être basés sur des matériaux respectueux de l'environnement.
Des chercheurs de l’Université de technologie de Brno et de l’Université Mender en République tchèque ont récemment développé des microrobots biohybrides capables d’éliminer les micro et nanoplastiques de l’eau polluée sans provoquer de pollution supplémentaire. Ces robots, présentés dans un article publié dans Advanced Functional Materials , intègrez des matériaux biologiques, en particulier des algues, avec des matériaux respectueux de l'environnement qui répondent aux champs magnétiques externes.
"Les membres de notre groupe de recherche ont étudié l'utilisation du TiO2 multicouche. microrobots pour la capture de nanoplastiques", a déclaré Xia Peng, co-auteur de l'article, à Phys.org. "L'approche initialement proposée impliquait l'incorporation de métaux nobles, tels que le platine, pour faciliter la propulsion, contribuant ainsi à un coût élevé. et les dangers potentiels associés aux microrobots. Pour résoudre ce problème, nous avons exploré la possibilité de remplacer les métaux coûteux par une alternative plus économique et facilement produite en masse."
Les chercheurs ont récemment tenté d'identifier des matériaux plus abordables et plus respectueux de l'environnement pour leurs robots afin de surmonter les défis rencontrés lors de leurs travaux précédents. Peng a notamment commencé à explorer la possibilité d'utiliser des cellules d'algues, qui pourraient être facilement introduites dans les environnements marins sans les endommager.
"Les nouveaux robots que nous avons créés, baptisés robots à algues magnétiques (MAR), sont constitués d'une combinaison d'algues et de nanoparticules magnétiques respectueuses de l'environnement", a expliqué Peng.
"Ces robots fonctionnent sous l'influence d'un champ magnétique externe, permettant un contrôle précis de leur mouvement. La charge de surface négative des MAR est attribuée à la présence de groupes -COOH à la surface des cellules d'algues. En revanche, les micro/nano sélectionnés Les plastiques portent une charge de surface positive. Cette interaction positive-négative facilite l'attraction électrostatique, favorisant ainsi la capture et l'élimination ciblées des micro/nanoplastiques par les MAR."
La composition unique des robots créés par les chercheurs les rend à la fois non polluants et sensibles aux champs magnétiques appliqués de l'extérieur. Cela pourrait leur permettre de récupérer de manière durable des particules de plastique de taille nano et micro dans les environnements aquatiques.
Peng et ses collègues ont évalué leurs microrobots dans une série de tests et ont constaté qu'ils obtenaient des résultats remarquables. En fait, ils pouvaient être contrôlés à distance avec un haut niveau de précision, éliminant la plupart des petites particules de plastique présentes dans les réservoirs d'eau dans lesquels ils étaient introduits.
« Nos microrobots ont démontré une efficacité d'élimination remarquable, atteignant un taux de réussite élevé de 92 % pour les nanoplastiques et de 70 % pour les microplastiques », a déclaré Peng. "À l'avenir, ils pourraient constituer un outil prometteur pour éliminer activement la pollution plastique des plans d'eau, contribuer aux efforts d'assainissement de l'environnement et atténuer l'impact des déchets plastiques sur les écosystèmes aquatiques."
À l’avenir, les MAR développés par cette équipe de chercheurs pourraient être testés et déployés dans la mer et dans d’autres plans d’eau, contribuant potentiellement à l’élimination des résidus plastiques toxiques. Notamment, les robots sont fabriqués à partir de matériaux abordables et de processus de fabrication évolutifs, ils pourraient donc constituer une technologie rentable pour lutter contre la pollution des environnements aquatiques.
"Nos robots pourraient potentiellement réduire le besoin de stratégies plus gourmandes en ressources et plus coûteuses actuellement utilisées pour l'élimination des déchets plastiques", a ajouté Peng.
"Des recherches supplémentaires pourraient se concentrer sur l'étude de la biocompatibilité des MAR avec les écosystèmes aquatiques et l'évaluation des impacts potentiels sur les organismes non ciblés est cruciale pour comprendre les implications environnementales de leur déploiement. En outre, j'aimerais également étudier comment les MAR peuvent compléter ou être intégrés à d'autres technologies, telles que des capteurs pour la surveillance en temps réel des concentrations de plastique."
Plus d'informations : Xia Peng et al, Microrobots biohybrides à entraînement magnétique pour l'élimination durable des micro/nanoplastiques de l'environnement aquatique, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202307477
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