MXene によるナノプラスチックの捕捉と検出

Nature Communications volume 13、記事番号: 3573 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

環境中のプラスチック廃棄物の断片化の最終生成物であるナノプラスチック汚染は、サイズが小さいことに伴う拡散の容易さと危険性の高さにより、科学界の懸念が高まっています。 したがって、廃水中のナノプラスチックを定量して除去するための効果的な戦略が緊急に求められています。 この研究では、MXene 由来の多機能酸化物マイクロロボットによる 3 次元 (3D) 空間でのナノプラスチックの「オンザフライ」捕捉と、そのさらなる検出を紹介します。 熱アニーリングプロセスを使用して、Ti3C2Tx MXene を光触媒多層 TiO2 に変換し、続いて Pt 層を堆積し、磁性 γ-Fe2O3 ナノ粒子で装飾します。 MXene 由来の γ-Fe2O3/Pt/TiO2 マイクロロボットは負の光重力性を示し、光照射下で 6 自由度の強力な燃料不要運動を実現します。 自己推進力とプログラム可能なゼータ電位のユニークな組み合わせにより、マイクロロボットは、多層スタック間のスリットを含む表面にナノプラスチックを迅速に引きつけて捕捉し、磁気収集を可能にします。 自己運動性の予備濃縮プラットフォームとして利用され、低コストで持ち運び可能な電極を使用したナノプラスチックの電気化学的検出が可能になります。 この概念実証研究は、水中のナノプラスチックの「オンサイト」スクリーニングとその後の修復への道を開きます。

ビニール袋、ボトル、その他のプラスチック廃棄物で満たされた海洋環境のイメージは私たちの心に印象づけられ、それらを管理する人類の準備の無さを反映しています1、2。 残念ながら、プラスチックの実際の危険性は、目に見えるものだけに限定されません。 プラスチック材料は、マイクロプラスチックと呼ばれる 5 mm 以下の小さな破片に砕けます3。 これらはさらに分解されて、ナノプラスチックと呼ばれる、さらに小さくて危険な破片 (1 ～ 1000 nm) になる可能性があります 4、5、6。 実際、マイクロプラスチックは通常海底に沈殿しますが、ナノプラスチックは重量が軽いため水中に浮遊したままになります7。 そして海流に乗って短時間のうちに拡散します。 ナノプラスチックは表面積対体積比が高いため、水中の有毒汚染物質を大量に吸収し、病原性細菌バイオフィルムの成長の基質として機能し、その毒性を増大させる7,8。 マイクロプラスチックとは対照的に、それらは組織に容易に浸透する可能性があり、すべての生き物の健康に深刻なリスクをもたらします9。

水サンプル中のナノプラスチックの検出と、それに伴うナノプラスチックの除去は非常に重要です。 走査型電子顕微鏡 (SEM) および透過型電子顕微鏡 (TEM) では、ナノプラスチックを視覚化できますが、プラスチック材料に関するその他の情報は得られません 10。 同様に、ナノ粒子追跡分析 (NTA) は、入射光線からの散乱光を記録することにより、ナノプラスチックのサイズ分布と濃度を測定します11。 質量分析技術もナノプラスチックの研究に有望です。 これに関して、Mitrano らは、誘導結合プラズマ質量分析 (ICP-MS) によって環境中での運命を監視するために、金属コアを備えたナノプラスチックを合成しました 12。 しかし、高価な実験器具や専門スタッフを必要とせずに、水サンプル中のナノプラスチックを迅速かつ「現場で」スクリーニングするための戦略が欠けています13。 さらに、ナノプラスチックで汚染された水の修復も重要です。 ろ過など、マイクロプラスチックを除去するための従来のアプローチは、サイズが小さいためナノプラスチックには適していません14。 一方、逆に帯電した磁性粒子を使用した静電力によるマイクロプラスチックの捕捉と、磁石による連続的な収集という概念は、ナノプラスチックにも拡張できる可能性があります15。