近日，太阳集团1088vip王吉壯/李丹團隊與香港大學唐晉堯團隊合作，在國際權威期刊《Science Advances》（影響因子14.957）上發表了題為“Self-driven magnetorobots for recyclable and scalable micro/nanoplastic removal from nonmarine waters”的原創性研究成果（圖1）。
圖1 論文截圖：自驅動微機器人用于水體中微塑料去除
近年來，微塑料污染已成為全球陸地和海洋生态系統的巨大威脅，去除這些微納米大小的塑料顆粒，具有極大的困難。傳統的處理方法難以實現，人類急需開發新型高效的處理技術來解決微塑料的污染問題。微納機器人又稱人工活性膠體，是一類能夠轉化環境中存在的化學及聲、光、電、磁、熱等能量，在微納尺度上實現可控運動的智能仿生膠體粒子。利用微納機器人進行可控動态，實現微塑料去除，為環境保護開辟一條新的途徑。
圖2. （A）基于自驅動微機器人（SMR）的微納米塑料（MNPs）去除流程示意圖;（B）自驅動SMR動态吸附MNPs的原理圖。（C-E）SMR的結構表征和磁滞回線。
本工作中，研究人員設計了一種基于離子交換獲得自驅動力的微機器人（SMR），用于去除水體中的微塑料和納米塑料。SMR由超順磁性Fe3O4納米粒子功能化的離子交換樹脂微球組成（圖2），利用與環境中雜質離子交換的能量實現自驅動，無需額外能量輸入，同時擴散泳引起的長程電滲流大大提高了微塑料的吸附範圍，從而實現了水體中微納米塑料的高效吸附去除。
圖3. （A）SMR動态去除MNPs示意圖。（B-D）SMR動态去除MNPs的運動軌迹，彩色标尺代表瞬時速度。（E）SMR運動速度、吸附範圍與SMR尺寸的關系圖。
SMR的自主運動是由最初的非均勻微塑料粒子吸附引起的不對稱流場實現驅動，因此無需設計非對稱結構，大大降低了SMR的制備成本。同時長程吸附能夠大大拓展動态吸附範圍（圖3），從而提高了吸附去除的效率。本工作設計的SMR可廣泛适用于不同的成分、大小和形狀的微塑料顆粒以及各類非海洋水體中微塑料的去除。材料具有非常高的循環穩定性，在100次循環處理中顯示了超過90%的可持續去除效率。
圖4. SMR（A）閉環微型工廠的示意圖和實際循環實驗圖片；（B-D）微型工廠五次循環後MNPs去除率、脫附率和SMR回收率。
本工作所設計的SMR具有工藝放大的可行性，圖4是設計的模拟微型工廠，循環處理流程包括MNPs吸附池、MNPs脫附池、SMR再生池和SMR清洗池，SMR可通過磁鐵進行收集和轉移，并且可以與現有的污水處理工藝直接耦合，僅需增加正常污水處理成本的1.5%，具有極大的工業應用潛力（圖4A）。在這個微型裝置中，微塑料污染水可持續進入吸附池被SMR吸附，然後在脫附池進行微塑料的洗脫和富集。
在未來的實際工業應用，可設計通過電磁鐵進行SMR的收集與轉移，通過可編程自動化控制系統，可促進整個處理流程的優化。本工作設計的基于微納機器人的動态吸附技術具有結構簡單可大規模制備、成本低、無需化學驅動“燃料”輸入、及可工藝放大等優勢，為工業化去除、分離微納米塑料提供了一個極具應用潛力的全新策略。
論文發表後，即被Cell出版社Cell Reports Physical Science期刊選為Outstanding Papers（傑出論文）在編輯部讨論，給論文作者發出邀稿函，并發推文推介（圖5）。
圖5. Cell Reports Physical Science 期刊推文
本論文第一作者為太阳集团app首页碩士生李萬元、香港大學吳昌進博士和熊澤博士，通訊作者為太阳集团app首页王吉壯副教授、李丹教授和香港大學唐晉堯教授。該論文得到了國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金面上項目和青年基金、廣東省重大基礎與應用基礎計劃等項目的大力支持。
原文鍊接：DOI: 10.1126/sciadv.ade1731
