AFM:可重构磁性液态金属微机器人用于微纳米塑料捕捉

文摘   2024-10-23 20:12   江苏  
微纳塑料颗粒不仅能通过食物链进入生物体内,还能通过空气和水源的流动传播到全球各地,微纳塑料的存在及其对环境的危害已经广泛引起关注。然而,由于微纳米塑料的尺寸极其细小,现有的污染治理手段无法有效清除它们,甚至会导致二次污染。
针对这一问题,布尔诺理工大学Martin Pumera教授、武汉理工大学官建国教授和任龙研究员等研究团队通过超声构建可重构磁性液态金属微机器人(LiquidBots)用于微纳塑料颗粒的捕获和清除。LiquidBots以镓基液态金属作为主体,其内部含有铁纳米颗粒,在水中受磁力驱动可主动捕捉微纳米塑料颗粒。液态金属与微塑料之间的静电作用能有效地吸附超过80%的纳米塑料。此外LiquidBots具有可再生性,即通过超声处理使微塑料从LiquidBots表面脱落,回收的液态金属可用于新LiquidBots的生产,不会造成二次污染。这种可重复使用的LiquidBots为当前的微塑料治理提供了一种可持续的解决方案。相关研究成果以”Reconfigurable Magnetic Liquid Metal Microrobots: A Regenerable Solution for the Capture and Removal of Micro/Nanoplastics”为题发表在《Advanced Functional Materials》.

用于捕获和去除纳米塑料的可重构和可再生磁性液态金属微型机器人

图1:液态金属微机器人的合成与表征(A) 液态金属微机器人(LiquidBots)合成的示意图。(B)液态金属微机器人的扫描电子显微镜(SEM)图像及元素分布图,显示了机器人表面的平滑结构以及铁纳米颗粒的均匀分布。

图2:液态金属微机器人的物理化学特性与磁性运动(A) 液态金属微机器人、微塑料和纳米塑料的Zeta电位对比图,展示了机器人与塑料颗粒之间的静电吸附作用。(B) 液态金属微机器人和铁纳米颗粒的X射线衍射(XRD)图谱,证实了液态金属中铁的引入。(C) 液态金属微机器人与铁纳米颗粒的磁化曲线,显示了液态金属微机器人的铁磁特性。(D) 液态金属微机器人在不同磁场频率下的滚动速度曲线,随着频率的增加,机器人运动速度相应增加。

图3:液态金属微机器人在磁场下移除微塑料(A) 液态金属微机器人通过滚动磁场移除微塑料的示意图。(B) 液态金属微机器人捕捉微塑料的过程,包括机器人接近微塑料、静电吸附、磁性操控和运输的步骤。

图4:液态金属微机器人捕捉纳米塑料的效果。(A) 使用液态金属微机器人处理不同时间后,纳米塑料的荧光光谱图,显示了不同时间段的纳米塑料浓度变化。(B) 液态金属微机器人在0至120分钟内去除纳米塑料的效率变化。(C) 暴露于纳米塑料悬浮液120分钟后,液态金属微机器人的扫描电子显微镜图像。(D) 暴露于纳米塑料悬浮液后的液态金属微机器人的能量色散X射线光谱(EDS)映射图,显示了成功吸附的纳米塑料。

图5:液态金属微机器人的重构与再生过。(A) 液态金属微机器人的再生过程示意图,展示了纳米塑料的吸附、解吸和机器人重构的过程。(B) 液态金属微机器人在吸附纳米塑料后的光学图像,以及超声波处理前后的图像。

论文信息:X. Wu, X. Peng, L. Ren, J. Guan, M. Pumera, Reconfigurable Magnetic Liquid Metal Microrobots: A Regenerable Solution for the Capture and Removal of Micro/Nanoplastics. Adv. Funct. Mater. 2024, 2410167. https://doi.org/10.1002/adfm.202410167

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