Ein internationales Forscherteam hat Nanoroboter entwickelt, die Schwermetalle aus verschmutztem Wasser entfernen können. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Naturkommunikationbeschreibt die Gruppe ihre Nanoroboter und wie gut sie im Test funktionierten.
Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Schwermetalle durch Deponieleckagen, Bergbaubetriebe und industrielle Deponien in den Grundwasserspiegel gelangen. Schwermetalle müssen aus Wasserquellen entfernt werden, und derzeitige Methoden erfordern komplizierte mehrstufige Verfahren, um sie zu entfernen. In diesem neuen Versuch berichten die Forscher über eine mögliche Alternative – Nanoroboter.
Die Forscher entwickelten wärmeempfindliche magnetische Nanoroboter, die in der Lage sind, sich unter bestimmten Umständen mit Schwermetallen zu verbinden und sie unter anderen freizusetzen. Die Nanoroboter (jeweils nur 200 Nanometer breit) wurden unter Verwendung eines Pluronic-Triblock-Copolymers (PTBC) als Lockstoff und Eisenoxid hergestellt, um eine Steuerung über Magnetfelder zu ermöglichen. Das Copolymer ist ein temperaturempfindliches PTBC. In kühles Wasser gelegt, verbindet sich das Material mit Schwermetallen. Beim Einlegen in warmes Wasser lösten sich die Bindungen, sodass sich die Metalle vom Material lösen konnten. In der Praxis bedeutete dies, dass eine Gruppe von Nanorobotern in eine Probe mit kaltem Wasser gesetzt werden konnte, wo sie sich auf natürliche Weise verteilen und sich mit allen Schwermetallen verbinden würden, denen sie begegneten. Dann könnten die Nanoroboter mithilfe eines Magnetfelds an einen separaten Ort gebracht werden, wo das Wasser erhitzt werden könnte, wodurch die Metalle freigesetzt würden. Insbesondere ermöglicht diese Anordnung die Wiederverwendung der Nanoroboter.
Dieses Video zeigt (a) die Nutzlast toxischer Schadstoffe auf TM-Nanorobotern und den Beginn der Aggregation, (b) die intermizellare Aggregation von TM-Nanorobotern bei Raumtemperatur und (c) die Entsorgung und Verteilung toxischer Schadstoffe von TM-Nanorobotern bei niedriger Temperatur.
Die Forscher testeten ihre winzigen Roboter, indem sie einem Wassertank Schwermetalle wie Arsen hinzufügten. Dann warfen sie ein paar ihrer Nanoroboter hinein und ließen die Probe dann 100 Minuten lang stehen, während die Nanoroboter die Metalle sammelten. Als nächstes sammelten sie die Nanoroboter ein und maßen, wie viel der schweren Elemente aus dem Wasser entfernt worden war. Das Ergebnis war ungefähr 65%. Die Forscher stellen fest, dass sich ihre Arbeit noch in einer Vorphase befindet, aber sie planen, ihre Nanoroboter weiter zu testen, um herauszufinden, ob sie in realen Umgebungen eingesetzt werden könnten.
Jayraj V. Vaghasiya et al, Aufnahme und Entsorgung von Schadstoffen aus Wasser über temperaturempfindliche mizellare Copolymere auf Magnetit-Nanorobotern, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28406-5
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