Tem quatro junções trifurcadas em série onde uma onda acústica de 500 kHz é aplicada para um enriquecimento de 105 vezes de microplásticos — Strong The One

O dispositivo desenvolvido por pesquisadores do Japão tem quatro junções trifurcadas em série onde uma onda acústica de 500 kHz é aplicada para um enriquecimento de 105 vezes de microplásticos de vários tamanhos em água. (CRÉDITO: Yoshitake Akiyama da Universidade de Shinshu)

Partículas de detritos plásticos menores que 5 mm de tamanho, conhecidas como microplásticos (MPs), são uma séria preocupação ambiental. Formadas pela decomposição de resíduos plásticos devido ao desgaste e à luz solar ou produzidas por resíduos de fibras em águas residuais de lavanderia e como microesferas em produtos de beleza, elas adsorvem e introduzem produtos químicos nocivos que poluem o meio ambiente. Em 2050, os MPs podem superar o número de peixes nos oceanos. Nessas circunstâncias, a coleta e remoção de MPs da água são cruciais.

Convencionalmente, as MPs são coletadas filtrando a água através de malhas. A areia e os detritos biológicos são removidos dos MPs coletados por separação de densidade e tratamento químico, respectivamente. Depois disso, os MPs são recolhidos manualmente, o que é trabalhoso e demorado. Além disso, as malhas podem facilmente entupir e não podem coletar partículas menores que sua abertura. Eles também exigem manutenção frequente e são caros. Dadas essas deficiências, os pesquisadores desenvolveram dispositivos microfluídicos – sistemas que controlam pequenas quantidades de fluidos usando canais do tamanho de micrômetros – que utilizam foco acústico para coletar MPs.

A tecnologia acústica gera ondas ultrassônicas que transportam MPs para o centro do fluxo de fluido e, assim, enriquecem, ou seja, aumentam a quantidade coletada de MPs. No entanto, o alto enriquecimento de MPs usando dispositivos microfluídicos atuais requer recirculação repetida de fluidos através deles. Diante disso, um grupo de pesquisadores, liderado pelo professor Yoshitake Akiyama, do Departamento de Engenharia Mecânica e Robótica da Faculdade de Ciência e Tecnologia Têxtil da Universidade de Shinshu, desenvolveu um dispositivo de alto enriquecimento para MPs de 10-200 μm.

Este dispositivo foi relatado em um estudo de coautoria do professor Hiroshi Moriwaki, do Departamento de Biologia Aplicada, Faculdade de Ciência e Tecnologia Têxtil, Universidade de Shinshu, que foi disponibilizado online em 26 de março de 2023 e será publicado no Volume 315 do Jornal de Tecnologia de Separação e Purificação em 15 de junho de 2023.

“Nosso dispositivo microfluídico proposto, que é projetado com base em uma analogia hidráulica-elétrica, possui três microcanais de 1,5 mm de largura conectados por meio de quatro junções trifurcadas seriais de 0,7 mm de largura. onda de frequência de ressonância de 500 kHz. Como resultado, um enriquecimento de MPs de 3,2 vezes deve ocorrer em cada junção, resultando em um enriquecimento geral de 105 vezes no dispositivo”, explica o Prof. Akiyama, descrevendo o design de seu dispositivo. Enquanto os MPs são coletados do ramo intermediário das junções trifurcadas, o fluido livre de MP remanescente é removido dos outros ramos.

Os pesquisadores avaliaram o desempenho de coleta do dispositivo medindo suas taxas totais de coleta de micropartículas de 5, 10, 15, 25, 50 e 200 μm de diâmetro. As taxas de coleta excederam 90% para todas as micropartículas, exceto 5 μm, que eram muito pequenas para serem controladas acusticamente. Além disso, os pesquisadores testaram o dispositivo usando duas misturas de água de amostra, uma com MPs pequenas (25-200 μm) e outra com MPs muito pequenas (10-25 μm). Suas taxas de coleta variaram de 70 a 90%, e o enriquecimento real de MPs variou de metade do valor de design de 105 para o valor de design.

Embora alguns MPs desacelerem e obstruam as paredes do microcanal do dispositivo pela força da radiação acústica, os pesquisadores acreditam que essas pequenas limitações podem ser facilmente resolvidas por meio de pré-filtração e melhorando o foco 2D.

Um otimista Prof. Akiyama conclui assim: “Este dispositivo microfluídico proposto baseado em focagem acústica pode coletar de forma eficiente, rápida e contínua MPs de 10-200 μm sem recirculação após a pré-filtração de MPs maiores através de uma malha. Ele pode ser instalado em máquinas de lavar. , fábricas e outras fontes de MPs para enriquecimento eficiente e remoção de MPs de vários tamanhos de lavanderias e águas residuais industriais. Isso tornará possível evitar a descarga de MPs no meio ambiente.”