MPI für Intelligente Systeme Nanobeschichtete Mikromotoren reinigen Industrieabwässer

Moderne Antwort auf ein altes Problem: Mikrometergroße selbstangetriebener Roboter
Moderne Antwort auf ein altes Problem: Mikrometergroße Nanoröhrchen mit Eigenantrieb fangen Schwermetalle in Industrieabwässern ein.

Einer internationalen Forschergruppe unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart ist es mit Graphenoxid-beschichteten Mikromotoren gelungen, die Aufbereitung von Industrieabwässern deutlich zu beschleunigen.

Die Wissenschaftler aus Spanien, Singapur und Deutschland rüsteten mikrometergroße, Graphenoxid-beschichtete Röhrchen (»GOx-Mikroroboter«) mit einem Eigenantrieb aus. Das Ergebnis: Die Mikromotoren absorbieren Blei aus Industrieabwässern 10 mal schneller als ihre unmotorisierten Vorgängermodelle. Innerhalb von 60 Minuten können sie die Blei-Konzentration von 1000 Teilen pro Milliarde auf unter 50 Teile pro Milliarde reduzieren.

»Das Graphenoxid fängt das Blei ein«, erklärt Samuel Sánchez, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart und am Institute for Bio-Engineering of Catalonia (IBEC) in Barcelona. Als Antrieb fungiert eine darunter liegende Platinschicht, die mit Wasserstoffperoxid (H2O2) betrieben wird. Das Eisen im Abwasser reagiert zunächst mit dem Wasserstoffperoxid gemäß der sog. Fenton-Reaktion und dann mit dem Platin weiter, sodass letztlich Wasser und Sauerstoff als Reaktionsprodukt entsteht. Einmal im Wasser, bewegen sich die »Mikroroboter«, bei denen es sich im Wesentlichen um Mikrometer-Röhrchen handelt, permanent fort.

Die Bewegung wird über ein äußeres Magnetfeld gelenkt. Dazu ist eine magnetisierbare Nickel-Schicht zwischen Graphenoxid und Platinschicht vorhanden. Damit ist auch das Einsammeln der »Mikroroboter« nach dem Einsatz möglich, um das absorbierte Blei zu entnehmen und zu recyclen. Die »Mikroroboter« sind danach wieder einsatzfähig. »Zukünftig könnten unsere Mikroroboter-Schwärme durch ein automatisiertes System gesteuert werden, welches sie mittels Magneten dazu bringt, verschiedene Aufgaben zu erfüllen«, gibt Sánchez einen Ausblick in die Zukunft. Die nächsten Schritte der Forscher sind die Reduktion der Herstellungskosten und die Erhöhung der Produktionskapazität. Außerdem planen die Forscher, ihre »Mikroroboter weiterzuentwickeln, sodass sie auch andere Schadstoffe sammeln können«, erklärt Sánchez.

Die Ergebnisse wurden in den Fachpublikationen Nano Letters und Advanced Functional Materials veröffentlicht.