Nápady a objevy

21. října 2022

Italský pár z CEITEC VUT uspěl s výzkumem o zachycování nanoplastů MXene mikroroboty

On se zabývá fyzikou, ona chemií. Každý má jiné zaměření, přesto se jejich vědecká činnost protnula. A setkala se s úspěchem. Manželé z CEITEC VUT Martina Ussia a Mario Urso zabodovali s výzkumem o zachycování a detekování nanoplastů díky světlem poháněných mikrorobotů vyrobených z revolučních MXene materiálů.

Místo oslavy vědecký brainstorming

„Jde zatím o náš největší vědecký úspěch. Je to projekt, který se zrodil v rodině. Já jsem přemýšlel nad designem mikrorobotů a manželka nad jejich aplikací. Pak jsme spojili dvě věci dohromady a přišli s úžasným nápadem,“ popisuje Mario. „Vlastně musíme poděkovat Martinu Pumerovi, který nám umožnil pracovat spolu. V Itálii jsme se taky zabývali vědou, ale pracovali jsme v odlišných institutech,“ dodává s vděčností Martina. Doposud největší úspěch ale prý neoslavili. I když by Martina ráda, Mario už rozebíral možné navazující cesty výzkumu.

„Není to tak, že bychom opouštěli CEITEC a přestali se bavit o práci. Tou žijeme pořád. I když usínáme a něco někoho napadne, hned to musíme rozebrat,“ přibližuje Martina. „Umíme každý něco jiného, často máme odlišné názory, skoro nikdy se neshodneme, ale dohromady to prostě funguje,“ dodává Mario. „To je pravda, ani společný vědecký text nepíše jeden, každý si napíše svoji část a tomu druhému se to vlastně nelíbí, napsal by to jinak,“ směje se Martina. Odbornost toho druhého ale nezpochybňují.

Mikroboti z MXene materiálů

S impulsem k manželskému projektu přišel Mario. Chtěl vyrobit mikroroboty k zachycení nanoplastů za použití MXene, což jsou 2D materiály, které se v současné době těší velké pozornosti díky vynikajícím vlastnostem – vykazují vysokou vodivost, chemickou stabilitu, tepelnou vodivost, taky jsou hydrofilní, odolné a kompatibilní s životním prostředím. Hodně výzkumníků chce tyto vlastnosti využít k výrobě nové generace baterií, energetických zdrojů či produkci vodíku. Mario viděl potenciál v jejich vícevrstvé struktuře připomínající harmoniku.



„Klíčovým problémem nanoplastů je jejich velikost. Jsou tak malé, že projdou jakýmkoli sítem. Není to jako v novinách, kde redaktoři ukazují fotografie moří nebo oceánů znečištěných plastovými sáčky. Tyhle částečky jsou tak malé, že se snadno rozptýlí dál skrz mořský proud. Nezůstávají na dně oceánů, čímž v podstatě všechno kontaminují. Navíc absorbují toxické znečišťující látky, což ještě přidává na jejích nebezpečnosti. Cílem tak bylo přijít s mikroroboty, které dokážou zachytit malé částice, a navíc ovladatelně plavat všemi směry. Proto jsem chtěl zkusit MXene, které mi připomínají jejich strukturou knihu. Mezi jednotlivé stránky by se mohly nanoplasty zachytávat,“ vysvětluje Mario. Martina dokázala jeho představu proměnit v realitu. „Nebýt jejích kompetencí, byl bych ztracen,“ přiznává.

„Když za mnou přišel s tímto nápadem, nejprve jsem řešila, jak zachytit nanoplasty za použití jím navrhovaných MXene materiálů. Materiály jsem chemicky modifikovala a Mario dopomohl k tomu, aby byly schopné reagovat na slunce. Následně jsem přemýšlela nad tím, jak detekovat počet plastových částic. Mario totiž disponuje znalostmi z elektrochemie, takže jsme se v článku zaměřili i na monitoring nanoplasů ve vodě. Čili dalším přínosem naší společné práce je, že až mikroroboti pohánění světlem zachytí nanoplasty, tak je díky magnetickým vlastnostem a elektrochemickým senzorům dokážeme shromáždit a vytáhnout,“ vysvětluje Martina. „To taky znamená, že v budoucnosti můžeme díky senzorům jít přímo k řece nebo jezeru a zjistit, jestli se tam nachází nanoplastové částice,“ doplňuje Mario.

Zatím jen v laboratoři

Veškeré pokusy jsou zatím omezeny pouze na laboratoř. „Zkoušíme zachytit nanoplasty v malých sklenicích. Blížíme se k absolutnímu zachycení všech nanoplastových částic ve sklenici. Nicméně u vody v jezeře nebo v moři musíme počítat i s dalšími aspekty. Tam neškodí jen mikro a nanoplasty, jsou tam i bakterie a různé mikroorganismy. A na to nevíme, jak budou naše mikrostroje reagovat. Projektem jsme dokázali, že MXene mikroroboti dokážou pomoct při řešení problému s nanoplasty, ale stále je mnoho výzev, kterým se musíme postavit,“ uzavírá Mario.

„Teď třeba navazujeme na společný výzkum tím, že přidáváme další obtížnost. Myslím tím schopnost mikrorobotů zachytávat kromě mikroplastů i další znečišťovatele, konkrétně bakterie. Zkoušíme proto další materiály a různé techniky zpracování,“ naznačuje další kroky manželského projektu Martina.

Témata

Související články:
Jaroslav Pokluda: O slonech na diamantové niti aneb O setkání teorie s praxí
Brazilský vědec se na CEITEC dostal náhodou. Nyní si chce pobyt prodloužit a prohloubit česko-brazilskou spolupráci
Řešila, jak obnovit čistotu vody v kolumbijských řekách. Na výzkum navázala na CEITEC VUT
Jednodušší proces regenerace kostí. Vědkyně z CEITEC testuje unikátní kombinaci titanu a hydroxyapatitu
Poptávka po čipech neustále roste. Na CEITEC VUT se studenti v high-tech laboratořích učí vyrábět vlastní