Гигиеническая чистка зубов в кабинете стоматолога представляет собой довольно неприятную и продолжительную процедуру удаления налета с помощью ультразвука или путем его механического соскабливания. Исследователи университета Пенсильвании, работающие под руководством доктора Хьюна (Михеля) Ку (Hyun (Michel) Koo), предлагают заменить ее использованием армии микроскопических роботов, тщательно и без неприятных ощущений очищающих зубную поверхность от покрывающих ее биопленок.
Движением роботов управляют с помощью магнитов.
Биопленки представляют собой клейкие агрегаты бактерий, окруженные защитным матриксом. Они могут формироваться как на биологических поверхностях, таких как поверхности зубов и суставов, так и на небиологических объектах, в том числе водопроводных трубах, имплантах или катетерах. Удаление биопленок является исключительно сложной задачей, так как липкий матрикс обеспечивает защиту бактерий от антимикробных агентов.
Ранее исследователи университета, занимающиеся проблемами стоматологии, добились определенных успехов в борьбе с биопленками с помощью различных оригинальных методов. Одна из стратегий заключалась в использовании наночастиц на основе оксида железа, выполняющих роль катализатора, активирующего пероксид водорода к высвобождению разрушающих биопленки свободных радикалов.
Впоследствии они объединили усилия с коллегами, работающими над роботизированными платформами, использующими наночастицы из оксида железа в качестве компонентов микророботов. Движения таких роботов контролируются с помощью магнитного поля, что обеспечивает возможность беспроводного управления.
В ходе совместной работы авторы создали, оптимизировали и протестировали 2 типа роботизированных систем для удаления биопленок, получивших название каталитические антимикробные роботы или КАРы (catalytic antimicrobial robots, CARs). Функционирование первой системы подразумевает ресуспендирование в растворе наночастиц из оксида железа, перемещениями которых впоследствии можно управлять с помощью магнитов. Это позволит механически счищать биопленки с поверхности. Для функционирования второй платформы наночастицы распределяют в трехмерных гелевых формах, применяемых для удаления биопленок, формирующихся на внутренней поверхности трубок.
КАРы двух типов эффективно убивали бактерии, разрушали окружающий их матрикс и начисто удаляли остатки. После тестирования способности удалять биопленки с плоской стеклянной поверхности и внутренних стенок стеклянных трубок авторы успешно апробировали более клиническое применение – удаление биопленки с поверхности, а также труднодоступных внутренних зон зубов человека.
На изображении, полученной методом покадровой съемки, показано движение робота в форме винта внутри зубного канала.
Роботизированные системы для удаления биопленок могут выполнять широкий спектр задач, от поддержания чистоты водопроводных труб и катетеров до профилактики кариеса и других заболеваний зубов, а также контаминации имплантов. Авторы надеются, что в будущем им удастся создать автоматизированные системы, которые будут функционировать на основе активно собираемой ими информации. Другими словами, движение робота будет управляться изображениями биопленки, полученными с помощью микрокамер или других пригодных для этого устройств.
Статья Geelsu Hwang et al. Catalytic antimicrobial robots for biofilm eradication опубликована в журнале Science Robotics.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам University of Pennsylvania: An army of microrobots can wipe out dental plaque.
