وكان نقص المياه حدا التنمية الاقتصادية والاجتماعية للمشاكل قاتلة. ولكن ربما أنهم قد لا يعرفون أن سبب النقص ليس ندرة في حد ذاته، ولكن سبب تلوثا خطيرا للموارد المائية أصبحت متاحة الثمينة .

FIG شو اختراع جديد في microrobot السباحة في المياه

وكما نعلم جميعا، والروبوت تغيير المجتمع البشري، قد تكون الروبوتات مصغرة قادرة على إزالة الملوثات ومسببات الأمراض في مياه الصرف الصحي لنا . قبل بضعة أيام فقط، مثل هذا الروبوت لم يعد ضربا من الخيال! نشرت في مجلة "ACS المواد التطبيقية واجهات"، واختراع مؤخرا من خلال عملية كيميائية بسيطة لتحويلها إلى واقع.

ينبع اختراع من فريق معهد الحاسبات المستمر إدارة البحوث ألمانيا الذكي أنظمة مارك كرون (معهد ماكس بلانك للأنظمة الذكية) . علامة كرون بحوث الحوسبة مستمرة حتى الفيزيائي الألماني ماكس تقيؤ لانج عين الحائز على جائزة نوبل أكثر من 33، وكذلك النخبة في مختلف المجالات، ولكن أيضا بتدريب عدد من الأبحاث واسع لمواشينا. صورة ذلك، وماكس بلانك هو الآلهة الأكاديمي مخبأ في أوروبا.

أدى البحوث الروبوت الصغير من قبل اثنين من العلماء ديانا فيللا وصمويل سانشيز أوردونيز. لديهم أفكار مبتكرة للمياه الملوثة.

معهد الحاسبات المستمر الشكل شو الذكية شعبة نظم الأقسام كرون. احتفال جمعية الحاسبات المستمر من الكرونة أكثر من 33 من الفائزين بجوائز نوبل، وكذلك النخبة في مختلف المجالات، ولكن أيضا بتدريب عدد من البحوث العلمية لتربية الماشية وكبيرة للصين

التعامل مع تلوث المياه، الممارسات التقليدية غالبا ما تستخدم الكلور أو المطهرات الأخرى إلى تطهير ، ولكن بهذه الطريقة، وبطبيعة الحال، والبكتيريا يمكن أن يقتل، ولكن ستظل احتفظت بجثثهم في الماء، و الآثار الجانبية لتركيزات عالية من مطهر ولدت يمكن أيضا أن يسبب بعض الضرر لجسم الإنسان.

لذلك، في السنوات الأخيرة، ويعتقد الباحثون للقيام بعمل عظيم في مجال العلوم البيئية محرك صغروي (محرك صغروي) ، وهم يستخدمون أنظمة جزيئية بسيطة أو آلية الكيميائية لتحقيق بيئة تعزيز الذات . قليلا تعديل، ويمكن تصنيعها كثف المركبات العضوية والمعادن الثقيلة والملوثات الأخرى في المياه بسيطة الروبوت الصغير ذكي.

FIG شو الفضة النانوية microrobot FIG يتخيل

فريق البحث بعد ذلك صمم هذا له كروية الروبوت الصغير الفضة النانوية طلاء (microbots يانوس مزينة الفضة النانوية) .

باختصار، هذا هو 15 ميكرون قطر جسيمات كروية ، على سطح واحد هو المغنيسيوم ، للحصول على رد فعل بالماء فقاعات صغيرة من الهيدروجين تنتج لتشجيع السفر في الروبوت. في حين أن الجانب الآخر هو بدوره إرفاق طلاء الحديد، طلاء الذهب والسطح الخارجي من الفضة النانوية، وبمجرد أن البكتيريا التي تعلق على سطح الفضة النانوية في المجال، وسوف تقتل جراثيم فعالية.

الفيديو شو ACS المواد التطبيقية واجهات مقدمة من نانو الفضة مصغرة الروبوت

تظهر الاختبارات المعملية أن الروبوت يمكن أن تعمل في المياه 15-20 دقيقة، فإنه يمكن إزالة أكثر من 80 من كولاي. كولاي هي نوع من البكتيريا الأكثر شمولا عالم أبحاث واحدة من مجموعة متنوعة من أجهزة الإنسان في مسببات الأمراض المصابة في الغذاء والمياه المشتركة. لذلك، نحن بحاجة إلى إيجاد وسيلة فعالة لمسح هذا النوع من البكتيريا.

وفي الوقت نفسه، وبعد الانتهاء من استعمالها، يمكن للمشغل بسهولة إزالة هذه الروبوتات مع المغناطيس من الماء، ولكن أيضا الطريقة الماء يخرج البكتيريا الميتة.

الشكل شو مجهرية الإلكترون من الإشريكية القولونية

ثم هذا الروبوت الصغير في النهاية هو كيفية العمل عليه؟ كيف تحقيق المعززة ذاتيا؟ كيفية تحقيق التعقيم؟

كما ذكر أعلاه، الروبوت "وقود الدفع" المغنيسيوم ذيله . في الماء، يتفاعل المغنيسيوم مع جزيئات الماء لتشكيل أيون المغنيسيوم، وهيدروكسيد والهيدروجين، تركيبته الكيميائية هي على النحو التالي (صغار محتوى المدارس الثانوية، ونحن يمكن أن يشعر كم هو سهل). وفي وقت لاحق، فإن شكل الهيدروجين من الفقاعات الصغيرة تخرج من ذيل الروبوت الكرة، وبالتالي تعزيز الروبوت السباحة غير النظامية.

وتأثير مبيد للجراثيم بشكل رئيسي من الفضة النانوية. على اتصال مع غشاء الخلية البكتيرية، الفضة نانو أيونات الفضة قادرة على إطلاق مؤذية لها، درجة الحموضة الحامضية للغشاء هي قادرة على الإسراع في الإفراج عن أيونات الفضة، وسمح لنعلق على سطح البكتيريا. بعد ذلك، سوف أيونات الفضة ربط المجموعات البروتين ثيول البكتيرية، وسرعان ما تدمر نفاذية غشاء الخلية. في نهاية المطاف، فإن البكتيريا حل والموت.

وضعت جانبا تفاصيل لا أقول، لا يمكننا من السهل أن نفهم من وجهة نظر - نحن نعيش في كثير من الأحيان تستخدم الفضة كما المجوهرات، والسفن، مشتق من تأثير مبيد للجراثيم من المعدن. التي الدراسة أنه مصنوع من الفضة نانو جزيئات وزيادة كبيرة ومعدل منطقة رد الفعل، وزيادة تدمير البكتيريا.

أيونات الفضة FIG شو لقتل البكتيريا

وعلاوة على ذلك، البكتيريا تحب تعلق على سطح معدني . هذا الاتهام سلبية على غشاء الخلية إلى سطح معدني التفاعل (بما في ذلك قوى فان دير فال والتفاعلات كهرباء) هذه الخصائص تجعل طلاء الذهب من رأس الكرة مع تأثير البكتيريا الامتزاز، الذهاب إلى تشتت النهائي في سطح طلاء الذهب نانو الفضة.

وعلاوة على ذلك، إعداد الروبوت الصغير ليست معقدة، وهو ما يعني طبقات ملفوفة من الطلاء على الكرة معدن المغنيسيوم.

إعداد شو من الفضة النانوية FIG الروبوت الصغير

على وجه التحديد، وهذا هو، 1) عندما أعدت أولا وقف قطرها حوالي 15 ميكرون المغنيسيوم كرات معدنية وفي 2) ومن ثم وضع ورقة الزجاج، وقد تم طلاء آلة ترسب المعادن بطبقة الذهب و 35 نانومتر سميكة الحديد 14 نانومتر سميكة. 3) من أجل ضبط سطح طلاء الذهب على المستوى الكيميائي، والتي من شأنها ثم توضع في الكرة المعدنية حل الكحولي من الملح cysteamine هيدروكلوريد . 4) وأخيرا، جزيئات نانو الفضة طلاء مع الجذر تعلق على السطح من قبل الأمونيوم، الجزء الأمامي ثابتة إلى المجال، مايكرو الروبوت والانتهاء من ذلك.

بعد المصنوعة من العلماء روبوت كروي كما نفذت سلسلة من القياسات. في صورة مجهرية الإلكترون. (أسفل اليسار) مطلي مع المجالات الفضة نانو وعلى الطرف الآخر من المواد المعدنية المغنيسيوم، وفقط في نهاية تتعرض هي واضحة للعيان ، والتحليل الطيفي للأشعة السينية (أسفل اليمين) يعكس توزيع كل عنصر على الكرة، كما هو مبين - أعلى محتوى المغنيسيوم، عنصر المعدن الثاني، في الواقع الفضة النانوية إلا قليلا.

FIG شو الفضة النانوية المتناهية الصغر مجهرية الروبوت الإلكترون (من اليسار)، والتحليل الطيفي للأشعة السينية (يمين)

هذا الرقم هو يصف أشعة X عنصر توزيع الطيف تعادل توزيع كل عنصر في المجال ، ترتيب: المغنيسيوم، والذهب، والحديد، والفضة. يمكننا أن نرى من هذا الرقم، المغنيسيوم وزعت بالتساوي على كامل الجسم، والعناصر الأخرى هي في نهاية واحدة فقط للتعقيم، تستحق فعلا من "بمكيالين".

عنصر FIG شو وفقا لX-راي مخطط توزيع الطيف أجل رسمها: المغنيسيوم، والذهب، والحديد، والفضة،

بعد الانتهاء من الروبوت العمل، والعلماء سبرت النشاط الفلورسنت تعقيم تقنية التصوير فيها الجسم من الماء، الجزء العلوي من الباقين على قيد الحياة البكتيريا أجزاء خضراء وحمراء من الصف السفلي للموت البكتيريا .

اختبار تضم الماء النقي والفضة نانو جزيئات النقية، الفضة النانوية وثلاثة المجموعة الضابطة الروبوت الصغير، ومن الواضح أن الغالبية العظمى من بقاء البكتيريا تنقية المياه، نقية حل الفضة النانوية كان هناك قدر معين من البكتيريا الميتة، مصغرة الروبوت نانو الفضة قتل بنجاح معظم البكتيريا. وصف هذه الآلية هو في الواقع قادرة على تحسين تأثير مبيد للجراثيم من مئة فضي لامع.

FIG شو النشاط مضان تقنية التصوير النقيض من البكتيريا الحية والبكتيريا الميتة والبكتيريا قادرة على البقاء كما الخضراء والبكتيريا الميتة الحمراء، من اليسار إلى اليمين: الماء وجزيئات الفضة النقية، نانو الفضة microrobot

تعكس مجموعة أخرى من النشاط الفلورسنت فعالية صورة النقيض من طبقات معدنية. العلماء جزيئات معدنية والسيطرة على عدة الروبوتات الصغيرة ووضعها في الماء واختبارها للبكتيريا therearound التصوير مضان.

في غياب المضافة وأضاف الفضة النانوية، وهناك عدد كبير من البكتيريا تعيش على الانضمام إلى الجزء العلوي من المغنيسيوم، والحديد، والمعادن مثل الذهب، وهو ما يعكس آليات للمواد الجرثومية مثيرة للاهتمام . في الحالة التي يكون فيها سوى الفضة النانوية، بدأت FIG البكتيريا الميتة لتظهر، وحقيقة أنه، الروبوت لديه الحديد التصاق، طلاء الذهب وحج الجمع بين كامل الجسم ببساطة قطعة أثرية ، حوالي حمراء في سقوط العديد من الضحايا آه ......

FIG شو النقيض من النشاط مضان من عدة جزيئات: وجود البكتيريا امتصاص المعادن شيوعا مما أسفر عن مقتل وجود الفضة النانوية

من أجل مياه الصرف الصحي وتنقية، الروبوتات الصغيرة تحتاج إلى العمل في بيئات مختلفة. وهكذا، وضع الباحثون قيم الرقم الهيدروجيني مختلفة في اختبار السباحة في المياه وضعهم.

منذ الروبوت عن طريق دفع رد فعل من هيدروكسيد المغنيسيوم و، ونضوب المغنيسيوم في حياتهم قد انتهت. تبين التجارب في البيئة الحامضية للروبوت المصب من الأسرع نموا ، PH = 5.0 عند معدل 27m في الثانية الواحدة، وبمعدل نمو انخفاض درجة الحموضة في الرقم الهيدروجيني = 6.5 عندما تصل فقط 6m في الثانية الواحدة.

في المقابل، تستهلك المغنيسيوم حول بسرعة، وبالتالي فإن أقصر حياة روبوت صغير . الرقم الهيدروجيني = 5.0 خلال 12 دقيقة من حياته، عندما الرقم الهيدروجيني = 6.5 تصل إلى 20 دقيقة.

شو المخطط المياه الرقم الهيدروجيني العلاقة سرعة السفر الروبوت (يسار) والمدة والرقم الهيدروجيني (يمين)

وفي الوقت نفسه، والعلماء يصور صغيرة الروبوت مسار حلول درجة الحموضة المختلفة، والفاصل الزمني قياس هو 10 ثانية. حمض الحمضية عملية حل قليلا الروبوت بعيدة إلى حد كبير.

FIG شو في قيم الرقم الهيدروجيني مختلفة في الروبوت من خلال تشغيل مسار 10 ثانية

لمجموعة أخرى من المياه نفسها التي تسيطر عليها المحاكمة البكتيريا البقاء على قيد الحياة أكثر سهولة في حل الفوسفات ، في حين أنه من الصعب الحصول على المواد الغذائية في المياه النقية، وهذا يدل على أن النتائج الروبوت الصغير أفضل في المياه للاستهلاك البشري.

ومع ذلك، عملية رد فعل على توليد الروبوت الصغير ايونات المعادن الأخرى لا محالة. وبالنظر إلى القوة الدافعة الرئيسية لها هو رد فعل المغنيسيوم هيدروكسيد، وأيونات المغنيسيوم الناتجة لديها الكثير، ولأن الحديد لديه therebetween طلاء، الماء المتبقي هو أيضا كمية معينة من أيونات الحديد.

ولكن لا تقلق، يتم التحكم هذه المخلفات بدقة في إطار منظمة الصحة العالمية (WHO) معايير مياه الشرب، أي أيونات 0.3mg / مل المغنيسيوم الأيونات 10-50mg / مل، والحديد. ومع ذلك، ليس هناك (الذهب في حد ذاته من الصعب أن تتأكسد، القليل جدا أيونات الذهب الماء) إلى معايير واضحة للأيونات الذهب.

عنصر معدني قياسي FIG شو منظمة الصحة العالمية في الماء

كما أيونات الفضة أساسا مبيدات الفطريات، ومستوى أيونات الفضة في المياه الصالحة للشرب لمنظمة الصحة العالمية هو عادة أقل من 0.005g / مل، ولكن هناك حاجة لتعقيم معايير مياه الشرب الملوثة 0.1g / مل، وهذا الروبوت الصغير التقى بنجاح هذا الشرط.

وعلى أية حال، هذا المبدأ من السهل أن نفهم وبسيطة لصنع الروبوتات، في الواقع تكون قادرة على لعب دور فعال في معالجة مياه الصرف الصحي، مرة أخرى شهدنا العظيم الله الذي المهندسين ثقب الدماغ.

في الواقع، والاختراعات ليست بعيدة عنا، كما أن استخدام يتفاعل المعدن الروبوت مع مبدأ المياه يخبرنا، قد تكون المعرفة المدارس المتوسطة والثانوية على أساس الابتكار. ويأمل العلماء أن تكون قادرة على بذل جهود متواصلة لتغيير العالم مع ثقب الدماغ.