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ACS NANO：磁性微型机器人用聚合手捕获水中的细菌和微塑料
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这项研究展示了磁控聚合物微机器人群在捕捉细菌污染物和微塑料方面的多功能性和高效性。微机器人通过磁相互作用进行协调，具有良好的结构和功能稳定性。研究还证明了这些微机器人可以重复使用，并在污染物分离后进行完全消毒。该技术在环境修复和水质管理方面显示出巨大的潜力。
图1 | 高分子磁性微机器人的制备与表征。
通过可逆加成-断裂链转移聚合方法，成功合成并将阳离子聚合物功能化到胺改性Dynabeads表面，形成了聚合物磁性微机器人群。扫描电子显微镜图像和zeta电位测量结果证实了功能化的成功，显示了聚合物的存在和表面电荷的变化。这种功能化技术为创建具有特定表面特性的磁性微机器人提供了有力的证据。
在5 mT的磁场作用下，微型机器从分散的聚合物微型机器转变为多个有序平面，并在转磁场的作用下形成旋转平面群体。实验结果显示，旋转平面的转速与其构成微型机器的数量呈线性关系，而在10-100 Hz的频率范围内，其平移速度保持稳定。此外，数值模拟验证了不同数量微型机器构成的旋转平面在水中的流体速度分布，表明较大的平面具有更强的流体运动效果，进而表现出更高的平移速度。
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实验结果显示，微型机器在30分钟内显著减少了残留物中的细菌含量，如图3b所示的光学显微图像和SEM图像进一步证实了微型机器表面牢固吸附了细菌。通过测量吸光度（630 nm处），间接评估了微型机器捕捉细菌的能力，结果显示，高浓度的微型机器（7.5 mg/ mL）能够捕获约80%的细菌，而低浓度（0.8 mg /mL)则仅能捕获约21%。控制实验进一步表明，磁场强度和微型机器的运动状态对细菌去除过程具有显著影响。总体而言，光学显微镜和SEM图像以及吸光度测量证明了聚合物磁性微型机器平面捕捉细菌的能力，其表面功能化设计有助于提升其性能。
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图4|用于捕获细菌的聚合物磁性微型机器人的可重复使用性。
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这项研究探讨了磁控微型机器人在模拟动物和微生物体系中观察到的群集行为的基础上，开发智能游泳微机器人的前沿技术。这些微型机器人具有磁性核心和装饰有聚合物络合剂“手”的功能化磁性微球。在外部磁场的作用下，功能化磁性微球从单个微粒动态自组装成具有多种尺寸的旋转平面，可以调节它们的推进速度，并展示集体运动。这些移动式微型机器人群体能够主动捕捉游动的细菌和分散的微塑料，从而清洁水域环境。与传统方法不同，这些微型机器人可以从复杂介质中收集，并可以通过超声波以可控方式释放捕捉的污染物，提供了重复使用于净化过程中的可持续解决方案。此外，残留水体经过紫外线照射以消除任何残留的细菌，提供了全面的清洁解决方案。总之，这项研究展示了用于水体净化的群集微型机器人设计。
文章回顾
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=》富铁水生环境中溶解有机物介导的微塑料光老化机制
