微塑料污染几乎可以在地球上的任何地方发现，而且让海洋生物学家越来越担心的是，海洋和水道是脆弱动植物的家园。

来自康奈尔大学和北卡罗莱纳州立大学的工程师们提出了一个创造性的解决方案:一支名为“微清洁工”的游泳、自我推进的生物材料队伍，它可以清除和捕获塑料，这样它们就可以被计算机工程微生物分解。

他们的项目得到了美国国家科学基金会(National Science Foundation)新兴前沿研究和创新计划(Emerging Frontiers in Research and Innovation program)的200万美元资助，并结合了化学、生物学、环境毒理学、水文学、人工智能和计算机科学等领域的专业知识。

微塑料——亚毫米大小的塑料微粒——很容易通过废水处理设施，并越来越多地进入海洋和其他地方。

它们来自更大的塑料碎片，或者被制成用于清洁皮肤和牙膏等产品的微珠。

这些微塑料对环境的影响尚不完全清楚，尽管生物学家发现了它们改变鸟类、鱼类和其他野生动物饮食习惯的证据。

该研究小组的目标是设计几种廉价、无毒的微型清洁剂，作为对付这个大问题的微型武器。

康奈尔大学的重点将是一类在水中自我推进的油滴，收集微塑料颗粒并浮到水面，在那里它们可以被驳船或其他大型船只收集。

液滴中含有能在油和水之间产生张力梯度的化合物，使其具有自我推进的能力。

像油滴这样的软材料的界面是Nicholas Abbott的专长，他是Tisch大学史密斯化学和生物分子工程学院的教授，也是该项目的联合首席研究员。

阿博特说，收集微塑料的众多挑战之一是，在微颗粒的世界中，它们相对较大，在水中扩散非常缓慢。

“你不能等着他们来抓你，”他说。“它们也存在于大量的水中。

我们的计划是创建基于可降解液滴的积极推进微系统，寻找和捕获微塑料颗粒。

因为它们是自行推进的，所以可以在大量水域中搜寻。”

让微清洁器发挥作用的关键是了解它们要捕获的微塑料的化学组成——这是该项目的另一个目标。

微清洁器必须能够识别各种塑料的化学成分，其中一些是由于长期暴露在阳光下而改变的，或者是由覆盖在表面的生物有机体的生物膜主导的。

该研究小组将基于液晶传感器、人工智能和多肽(氨基酸链)的计算设计开发新的分析工具，用于识别微塑料的表面并与之结合。

这种多肽将在北卡罗来纳州立大学(North Carolina State)进行工程设计，使用康奈尔大学(Cornell)能源系统工程罗克珊e和迈克尔J.扎克教授(Roxanne E. and Michael J. Zak)开发的机器学习方法。

您希望了解由Abbott设计的新型液晶吸收的微塑料产生的独特光学图案。

You说:“我们正在采用一种独特的方法来开发有效的深度学习技术，来解释液晶界面上微塑料吸附产生的时空光信号，从而创造出表明微塑料种类和浓度的光学‘指纹’。”

您还将使用机器学习技术来支持研究的最后一部分——以微小细菌的形式工程微生物，可以降解塑料。

这些微生物将进行生化过程，将微塑料变成更环保、更有潜在价值的材料，如生物燃料或脂肪酸，可以用于生产更多的微清洁剂。

研究人员还希望推进活性微清洁器设计的科学，并开发用于塑料可持续加工的微生物，该项目的其他方面有潜力在各种环境和工业应用。

艾伯特说:“传统的颗粒捕获工程方法在影响微塑料所需的大规模上没有意义。”

“我们战略的一部分是使用分解的微塑料产品作为微清洁剂的基础，可以收集额外的颗粒。

这种循环方法可以扩大工程解决方案所需要的过程。”

北卡罗来纳州立大学教授卡罗尔·霍尔、奥林·韦列夫和内森·克鲁克是该项目的共同首席研究员。

帮助指导初步研究的是蒋绍义(音译)和托德·沃尔特(音译)，前者是康奈尔大学梅宁生物医学工程学院罗伯特·s·兰格(Robert S. Langer) 70岁的家庭与朋友教授，后者是康奈尔大学农业与生命科学学院生物与环境工程教授。

资料来源:康奈尔工程学院。