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科學家首次嘗試開發 可吸附海洋微塑膠的仿生機器魚
科學家首次嘗試開發 可吸附海洋微塑膠的仿生機器魚

清除海洋塑膠微粒有解?四川大學的研究人員提出一種在水中追踪污染物的創新解決方案——小型自走式機器魚,它可以四處游動,捕捉自由懸浮的微塑膠,被割傷或損壞時還可自行修復。首圖來源:Adapted from Nano Letters 2022, DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01375 本文授權轉載自環境資訊中心
撰文=姜唯

中國四川大學的科學家嘗試應用新材料,開發出一種小型的仿生機器魚,它的身體柔軟、靈活且可自行修復,能一邊游動一邊吸附海洋中的微塑膠。

研究的主要作者之一、四川大學高分子研究所研究員王玉燕(Yuyan Wang,音譯)說:「用機器人準確收集和採樣水體中的有害微塑膠污染物是非常重要的工作⋯⋯據我們所知,這是首次將軟體機器人(Soft Robot)應用在這個領域。」她的研究團隊將新發明發表在《奈米通訊》(Nano Letters)期刊。

自走式機器魚 可在水中漂浮 四處捕捉污染物

四川大學的研究人員提出一種在水中追踪污染物的創新解決方案——小型自走式機器魚,它可以四處游動,捕捉自由懸浮的微塑膠,被割傷或損壞時可自行修復。這種機器魚只有13公釐長,尾巴上有雷射光系統,可以每秒近30公釐的速度游泳和擺動,類似浮游生物在流動的水中漂浮的速度。

研究人員的靈感來源是蛤殼的內部覆蓋物珍珠母。團隊根據珍珠母的化學梯度,將分子分層,創造出一種類似珍珠母的材料。再用這種材料製成有彈性、可以靈活扭曲的仿生機器魚,甚至可以拉動5公斤的重量。

關鍵在於,仿生魚可以吸附附近自由漂浮的微塑膠,因為微塑膠中的有機染料、抗生素和重金屬與仿生魚具有很強的化學鍵和靜電相互作用,可以附著在仿生魚體表面,藉此從水中收集和清除微塑膠。「機器魚收集水中的微塑膠後,研究人員可以進一步分析其中成分和生理毒性,」王玉燕說。

奈米技術領域打開一扇門 或成塑膠時代的解毒劑

奈米技術領域打開一扇門 或成塑膠時代的解毒劑

微塑膠是令人頭痛的海洋污染問題。圖片來源:Chesapeake Bay Program(CC BY-NC 2.0)

此外,專門開發自癒材料的王玉燕說,這種新材料似乎還具有再生能力。因此,機器魚可以自癒至89%,而且即使受到部分損壞或割傷也能繼續吸附微塑膠——如果要在浪潮洶湧的水域中尋找污染物,就會面對這種情況。

王玉燕強調,這只是一個概念驗證,還需要許多的研究,尤其是在現實世界中如何部署。例如,仿生機器魚目前只能在水面上工作,因此王玉燕的團隊將研究功能更複雜的機器魚,好應用在水下更深處。不過,王玉燕說,這種仿生設計可以為其他類似計畫提供一個啟動平台。「我認為奈米技術在污染物的微量吸附、收集和檢測方面大有可為,可以提高介入的效果,同時降低運作成本。」

美國羅格斯大學(Rutgers University)奈米科學與先進材料研究中心主任德摩克里托(Philip Demokritou)沒有參與這項研究,但他說,奈米技術的確將成為對抗微塑膠最重要的主力之一。

德摩克里托的實驗室同樣專注於運用奈米技術解決微塑膠問題。近日他在《自然》的子刊《Nature Food》發表一種新的植物性噴塗層,可以當作塑膠食品包裝的環保替代品。他們的案例研究顯示,這種以澱粉纖維製成的噴霧劑可以抵禦病原體並防止運輸過程損壞,比目前的塑膠包裝更佳。

「過去40到50年,化學工業的座右銘是:製造化學品、製造材料,20或30年後再來清理爛攤子⋯⋯這不是個永續的模式。我們可以合成出更安全的材料嗎?我們能否從食品垃圾中提取材料,變成可以用來解決這個問題的有用材料,形成循環經濟?」德摩克里托說。

德摩克里托表示,這在奈米技術領域來說是容易實現的成果,隨著對材料的研究越來越進步,日常生活中替代塑膠和過濾掉塑膠的各種方法也會越來越好。

參考資料
衛報(2022年6月22日),Scientists unveil bionic robo-fish to remove microplastics from seas

授權單位
環境資訊中心

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