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Lorsque les vieux emballages alimentaires, les jouets d’enfants mis au rebut et autres déchets plastiques mal gérés se décomposent en microplastiques, ils deviennent encore plus difficiles à nettoyer des océans et des cours d’eau. Ces minuscules morceaux de plastique attirent également les bactéries, notamment celles qui causent des maladies. Les chercheurs se tournent vers les microrobots pour obtenir de l’aide.
Dans une étude en ACS Nano, une publication de l’American Chemical Society, les chercheurs décrivent des essaims de robots à micro-échelle (microrobots) qui capturaient des morceaux de plastique et des bactéries dans l’eau. Les microrobots ont ensuite été décontaminés et réutilisés. Vous pouvez regarder une vidéo d’eux grouillant en haut de la page.
La taille des microplastiques, qui mesurent 5 millimètres ou moins, ajoute une autre dimension au problème de la pollution plastique, car les animaux peuvent les manger, potentiellement blessés ou transmettant les particules dans la chaîne alimentaire qui se termine avec les humains. Jusqu’à présent, les effets sur la santé humaine ne sont pas entièrement compris. Cependant, les microplastiques eux-mêmes ne sont pas la seule préoccupation.
Ces morceaux attirent les bactéries, notamment les pathogènes, qui peuvent également être ingérées. Pour éliminer simultanément les microbes et le plastique de l’eau, Martin Pumera et ses collègues se sont tournés vers des systèmes robotiques à micro-échelle, composés de nombreux petits composants qui fonctionnent en collaboration, imitant des essaims naturels, comme des bancs de poissons.
Une image au microscope montre les microrobots (jaune) ainsi que les bactéries piégées (vert) et de minuscules morceaux de plastique (blanc). | Crédit : ACS Nano
Pour construire les microrobots, l’équipe a lié des brins d’un polymère chargé positivement à des microparticules magnétiques, qui ne bougent que lorsqu’elles sont exposées à un champ magnétique. Les brins de polymère, qui rayonnent depuis la surface des billes, attirent à la fois les plastiques et les microbes. Et les produits finis – les robots individuels – mesuraient 2,8 micromètres de diamètre. Lorsqu’ils sont exposés à un champ magnétique rotatif, les robots se sont rassemblés. En ajustant le nombre de robots qui s’auto-organisent en groupes plats, les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient modifier le mouvement et la vitesse de l’essaim.
Dans des expériences en laboratoire, l’équipe a reproduit des microplastiques et des bactéries dans l’environnement en ajoutant des billes de polystyrène fluorescentes (1 micromètre de large) et en nageant activement dans un réservoir d’eau la bactérie Pseudomonas aeruginosa, qui peut provoquer une pneumonie et d’autres infections. Ensuite, les chercheurs ont ajouté des microrobots au réservoir et les ont exposés à un champ magnétique rotatif pendant 30 minutes, en l’allumant et en l’éteignant toutes les 10 secondes.
Une concentration robotisée de 7,5 milligrammes par millilitre, la plus dense des quatre concentrations testées, a capturé environ 80 % des bactéries. Parallèlement, à cette même concentration, le nombre de billes de plastique libres diminuait également progressivement, à mesure qu’elles étaient attirées par les microrobots.
Ensuite, les chercheurs ont collecté les robots avec un aimant permanent et ont utilisé des ultrasons pour détacher les bactéries qui s’y accrochaient. Ils ont ensuite exposé les microbes retirés au rayonnement ultraviolet, complétant ainsi la désinfection. Une fois réutilisés, les robots décontaminés ramassaient toujours le plastique et les microbes, bien que de plus petites quantités des deux.
Ce système microrobotique constitue une approche prometteuse pour débarrasser l’eau du plastique et des bactéries, les chercheurs ont dit.
2024-05-12 17:13:41
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