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Sono stati creati nanorobot a guida magnetica in grado di catturare le sostanze inquinanti nell'acqua. I robot riutilizzabili hanno quindi rilasciato gli inquinanti tossici - l'erbicida atrazina e l'arsenico di metalli pesanti - quando la temperatura dell'acqua è scesa. L'aumento delle concentrazioni di microinquinanti nell'ambiente acquatico è fonte di preoccupazione e gli impianti di trattamento delle acque reflue convenzionali faticano a rimuoverli.
Soluzioni come il carbone attivo e l'ozonizzazione possono essere costose e dispendiose in termini di risorse. Una recente revisione ha rilevato che "la maggior parte dei paesi dell'UE è convinta che la presenza di [microinquinanti] nell'ambiente rappresenti un problema serio", soprattutto nelle regioni altamente popolate in cui le acque superficiali fungono da fonte di acqua potabile. "Gli inquinanti più difficili da pulire dall'acqua sono le piccole molecole come pesticidi o ormoni", afferma Martin Pumera, un chimico inorganico che ha guidato la ricerca.
I nuovi nanorobot sono stati preparati utilizzando nanoparticelle di magnetite (Fe3O4), rivestite con un copolimero a tre blocchi (PTBC), che sono le "mani" che afferrano gli inquinanti. Quando la temperatura è salita sopra i 25°C, la disidratazione del PTBC e le interazioni più forti tra i blocchi polimerici hanno intrappolato gli inquinanti nella matrice del PTBC. Quando i nanobot hanno interagito con acqua più fredda a circa 5°C, la matrice si è espansa e ha rilasciato gli inquinanti.
"Abbiamo utilizzato interazioni fisiche con temperature variabili in modo che i robot si aggregassero e si disaggregassero, senza alcun bisogno di sostanze chimiche", afferma Pumera. Il suo laboratorio ha guidato i robot attraverso un litro d'acqua utilizzando un campo magnetico rotante. "Il robot si muove completamente secondo la volontà di un operatore, che può spazzare attivamente l'acqua e catturare le sostanze inquinanti", afferma Pumera, che ha sottolineato l'assenza di sostanze chimiche o luce per alimentare i robot.
Come prova di concetto, i nanorobot sono stati posti in una soluzione di arsenico a bassa concentrazione, 25µg/l. Dopo aver recuperato i nanorobot dall'acqua, i livelli di arsenico erano oltre il limite di rilevamento della spettroscopia di emissione ottica al plasma accoppiata induttivamente. Questa tecnica spettroscopica viene abitualmente utilizzata per analizzare la composizione elementare dei campioni d'acqua.
 L'arsenico è stato catturato dall'interazione con una carica negativa sulla superficie del nanorobot. "L'approccio è piuttosto intelligente", afferma Bradley Nelson, ingegnere di robotica presso l'ETH di Zurigo in Svizzera. "La grande vittoria qui è che puoi riciclare i tuoi nanorobot e usarli più e più volte.
" Aggiunge che "una delle vere sfide sarà lo sviluppo di un sistema magnetico su scala industriale per generare i campi magnetici". Inoltre, "sarà una configurazione relativamente complessa da sviluppare su scala industriale", afferma Nelson. La dimensione molecolare o il grado di ramificazione della mano del copolimero del nanobot possono anche essere modificati per catturare altri inquinanti.
L'arsenico è stato catturato dalla sua interazione con una carica negativa sulla superficie del nanorobot. "Se vuoi scegliere altri ossidi metallici tossici specializzati come mercurio, piombo o cromo, che sono tutti cancerogeni, possiamo cambiare i gruppi funzionali, perché dipende dalla reazione fisica tra il metallo e il nanorobot", afferma l'autore Jayraj Vaghasiya presso l'Università di Chimica e Tecnologia di Praga, Repubblica Ceca. Un mix di nanorobot diversamente funzionalizzati potrebbe quindi essere utilizzato per pulire l'acqua con più microinquinanti.
Pumera afferma di aver progettato il sistema in modo che fosse facile da ampliare e gli esperti di trattamento dell'acqua gli hanno consigliato che qualsiasi sistema per la pulizia dell'acqua avrebbe dovuto essere poco costoso. Riferimenti J Vaghasiya et al, Nat. Commun.
, 2022, 13, 1026 (DOI: 10.1038/s41467-022-28406-5) Sono un giornalista scientifico freelance con sede a Dublino, in Irlanda. Mi occupo di una varietà di argomenti nelle scienze chimiche e biologiche, nonché in politica scientifica, salute e innovazione.
Argomenti Terra magnetismo Materiali Inquinamento Polimeri Bonifica.