Mangandioxid viser potentiale i mikromotorer

Mangandioxid kan gøre fremstilling af mikromotorer stadig mere omkostningseffektiv, åbner nye veje til deres brug, ifølge en ny undersøgelse fra University of Eastern Finland.

Syntetiske mikromotorer er små partikler med dimensioner mindre end diameteren på et menneskehår. Mikromotorer kan undergå en autonom bevægelse i flydende miljøer, som kan drives af forskellige midler, såsom et kemisk brændstof, ultralyd, lys eller magnetfelt. Brændstofdrevne mikromotorer er ofte katalytiske, som forårsager omdannelse af et kemisk brændstof til reaktionsprodukter, der fører til en selvdrift af partiklerne. Mikromotorer kan finde brug i fremtiden, for eksempel, i målrettet levering af lægemidler, specifik katalyse eller kemisk registrering af skadelige stoffer.

Platin er det mest udforskede katalytiske materiale til fremstilling af mikromotorer. Det nedbryder effektivt hydrogenperoxid til iltgas og vand. Imidlertid, platin er et ekstremt sjældent kemisk element og lider også af alvorlige begrænsninger, såsom drastisk reduceret katalytisk effektivitet i saltrige miljøer og fuldstændig inaktivering i nærvær af svovlholdige forbindelser. Mangandioxid er et alternativt uorganisk materiale, der kan nedbryde hydrogenperoxid svarende til platin. Mangandioxid er også billigt og fås i store mængder. Dermed, det er et meget potentielt nyt materiale til fremstilling af katalytiske mikromotorer, men er næsten ikke blevet undersøgt til dato.

I undersøgelsen, en række mangandioxidbaserede mikromotorer blev syntetiseret og karakteriseret med hensyn til deres bevægelsesadfærd i opløsning. Baseret på resultaterne, de fremstillede mikromotorer udviste en bemærkelsesværdig fremdriftseffektivitet selv i nærvær af meget lave brændstofkoncentrationer. For at demonstrere deres potentiale for praktiske anvendelser, mikromotorerne blev brugt til fjernelse af organiske farvestoffer fra vand. Farvestoffjernelsesprocessen var baseret på en unik effekt, der kombinerede katalytisk nedbrydning og adsorptive bobleseparationsprocesser. Effektiviteten til fjernelse af farvestof var over 90 procent på kun en times reaktionstid uden ekstern blanding. Ud over, mangandioxid blev brugt som et enkelt middel til at beskytte de konventionelle platinbaserede mikromotorer mod svovltoksicitet.

Selvkørende mikromotorer kan tilbyde nye muligheder for at levere medicin præcist til tumoren, med minimale negative virkninger på det sunde væv. Mikromotorer har også et enormt potentiale for at omdanne vandforurenende stoffer til ikke-giftige eller mindre giftige produkter, selv på vanskeligt tilgængelige områder og fjerntliggende markplaceringer, hvor eksterne blandingsmidler for at fremskynde processerne ikke er levedygtige. Mangandioxid mikromotorer, som kan gennemgå en hurtig bevægelse i en tilstrækkelig periode i nærvær af en lav koncentration af hydrogenperoxid, forventes at finde forskellige anvendelser til aktiv lægemiddellevering og vandrensning.