“由非共价组装梯度纳米结构实现的坚固、可治愈、自行式集成机器人”
纳米字母
微塑料在地球上几乎无处不在,如果摄入,可能对动物有害。但很难从环境中去除这些微小颗粒,尤其是当它们沉降到水道底部的角落和裂缝中时。现在,美国化学学会《纳米快报》的研究人员发明了一种光激活的鱼类机器人,它可以快速“游动”,从环境中拾取和移除微塑料。
由于微塑料会落入裂缝和裂缝中,因此很难从水生环境中去除。提出的一个解决方案是使用小型、灵活、自行式机器人来接触这些污染物并将其清理干净。但用于软机器人的传统材料是水凝胶和弹性体,它们在水环境中很容易损坏。另一种被称为珍珠母的物质,也被称为珍珠层,它坚固而有弹性,存在于蛤蜊壳的内表面。珍珠层有一个微观梯度,从一面有大量的碳酸钙矿物聚合物复合物,到另一面有一种主要的丝蛋白填料。受这种天然物质的启发,张新星和同事们想尝试一种类似的梯度结构,为软机器人创造一种耐用且可弯曲的材料。
研究人员将β-环糊精分子与磺化石墨烯相连,形成复合纳米片。然后将不同浓度的纳米片溶液加入聚氨酯乳液混合物中。一种逐层组装的方法使纳米复合材料形成了一个有序的浓度梯度,通过这种材料,研究小组形成了一个15毫米(约半英寸)长的微型鱼类机器人。快速打开和关闭鱼尾巴上的近红外光激光器,使其摆动,推动机器人前进。该机器人每秒可以移动2.67个身体长度,这一速度比之前报道的其他软泳机器人快,与活跃的浮游植物在水中移动的速度大致相同。研究人员表明,游动的鱼类机器人可以反复吸附附近的聚苯乙烯微塑料,并将其运输到其他地方。这种材料也可以在被切割后自行愈合,仍然保持其吸附微塑料的能力。由于鱼类机器人的耐久性和速度,研究人员表示,它可以用于监测恶劣水环境中的微塑料和其他污染物。
作者感谢中国国家重点研究开发项目、国家自然科学基金和四川省杰出青年自然科学基金的资助。