«Апостериори»: Магнитные микророботы научились извлекать микропластик из воды и почвы
Новости науки и технологий
Поддержите «Эхо», если вы не в России
Исследователи разработали микророботов на основе двумерного материала MXene, которые могут перемещаться под действием магнитного поля, захватывать частицы микропластика и извлекать их из воды и почвы. В экспериментах новая система позволила удалить из почвы до 80 процентов частиц полистирола и более 70 процентов частиц полиэтилентерефталата.
Микропластиком называют частицы пластика размером менее 5 миллиметров. Они образуются при разрушении более крупных пластиковых изделий под действием ультрафиолета, перепадов температуры, механического износа и других факторов. Большое внимание обычно уделяется загрязнению микропластиком океанов и рек, однако значительное его количество накапливается и на суше.
По приведённым авторами оценкам, ежегодно в сельскохозяйственные экосистемы Европы попадает от 63 до 430 тысяч тонн микропластика. Его общее количество в наземных экосистемах может быть в несколько раз больше, чем в морских. Частицы пластика попадают в почву из отходов, сельскохозяйственных плёнок, удобрений, сточных вод и даже из атмосферы. Они могут влиять на микроорганизмы, круговорот питательных веществ и свойства самой почвы.
Удалять микропластик из почвы значительно сложнее, чем из воды. Частицы застревают между минеральными частицами и органическим веществом, а сложная структура грунта затрудняет перемещение любых материалов внутри него. Поэтому обычные сорбенты, которые просто связывают загрязняющие вещества, работают здесь сравнительно неэффективно.
В статье, опубликованной 1 августа 2026 года в журнале NPG Asia Materials, исследователи предложили использовать для этой задачи магнитоуправляемых микророботов.
Основой микророботов стал материал Ti₃C₂Tₓ, относящийся к классу MXene. Это двумерные соединения переходных металлов с большой удельной площадью поверхности. Благодаря химическим группам на поверхности они способны связывать различные вещества, поэтому MXene уже рассматриваются как перспективные сорбенты для очистки воды.
К частицам MXene исследователи добавили наночастицы никеля размером около 500 нанометров. Они выполняют роль своеобразного магнитного двигателя. Во вращающемся магнитном поле частицы начинают перекатываться и таким образом перемещаются по поверхности. При напряжённости магнитного поля 5 миллитесла и частоте 3 герца максимальная скорость микророботов достигала примерно 22 микрометров в секунду. Направлением их движения можно управлять, изменяя ориентацию магнитного поля.
Особенность системы заключается в том, что микророботы могут действовать не только поодиночке, но и целыми группами. Их совместное движение создаёт локальные потоки жидкости и увеличивает количество столкновений с частицами пластика. После контакта микропластик удерживается на поверхности MXene за счёт нескольких типов взаимодействия.
Для проверки метода исследователи использовали два вида микропластика: частицы полистирола размером около одного микрометра и фрагменты полиэтилентерефталата размером от одного до 150 микрометров. Последние получали механическим истиранием обычных пластиковых бутылок.
Если частица пластика была сопоставима по размеру с микророботом, тот мог захватить её и перемещать самостоятельно. Для более крупных фрагментов требовалось несколько микророботов. А самые большие частицы связывались с целым роем, после чего образовавшийся агрегат можно было удалить внешним магнитом.
В воде после часа работы микророботы удаляли около 94 процентов частиц полистирола и 89 процентов PET. При этом движение заметно повышало эффективность по сравнению с теми же частицами MXene, которые просто находились в растворе неподвижно.
Затем исследователи проверили систему в почве. Оказалось, что микророботы способны перемещаться по заполненным водой каналам между частицами грунта шириной примерно от 10 до 100 микрометров. Магнитное поле при этом проникает внутрь трёхмерной структуры почвы и позволяет управлять их движением.
Более того, движение микророботов оказалось полезно не только для поиска пластика. Собираясь вокруг застрявшей частицы и постоянно сталкиваясь с ней, они создавали механическое воздействие, которое частично разрушало точки её сцепления с окружающей почвой. Благодаря этому удавалось извлекать даже фрагменты пластика, которые первоначально практически не двигались.
После часа обработки из почвы удалось удалить около 80,6 процента полистирола и 72,2 процента PET. Для неподвижных частиц MXene эти показатели составляли соответственно около 70,7 и 52,5 процента.
Однако пока речь идёт только о демонстрации самого принципа работы таких микророботов. Эксперименты проводились с модельными образцами микропластика и в контролируемых лабораторных условиях. Кроме того, используемый в микророботах никель сам может представлять экологическую опасность. Авторы отмечают, что наночастицы никеля способны подвергаться химическим изменениям и выделять ионы металла, а полностью собрать всех микророботов магнитом удаётся не всегда.
Поэтому перед практическим применением исследователям предстоит найти более безопасные магнитные материалы, которые при этом сохранят достаточно сильные магнитные свойства. Но сама работа показывает, что активные сорбенты, способные не просто связывать загрязнение, а самостоятельно перемещаться внутри почвы и механически высвобождать застрявшие частицы, потенциально могут стать новым способом борьбы с микропластиком в наземных экосистемах.