微型机器人帮你轻松清除牙菌斑学术资讯

图片1.png

通过精确的运动控制，微型机器人清除了玻璃板上的生物膜。

看牙医通常都很费时间，用机械工具刮除牙齿上的牙菌斑也会让患者很不舒服。如果牙医可以指挥一支微型机器人小分队来实施精确的非侵入式牙齿清洁操作呢？据sciencedaily.com网站4月25日报道，美国宾夕法尼亚大学的研究人员开发了一种微型机器人清洁系统。系统由表面工作机器人和密闭空间工作机器人组成。研究人员证实，具有催化活性的微型机器人可以有效破坏生物膜，对管道清洁、降低蛀牙风险、减少牙髓感染等有潜在的应用价值。研究主要由牙科医学院的Hyun (Michel) Koo和应用科学学院的Edward Steager主持。相关成果发表于《科学机器人》（Science Robotics）杂志中。

生物膜出现在各种物质表面，如牙齿、水管、植入物和导管等。不论它们出现在何处，要想彻底清除它们都是令人头疼的——黏性基质可以为细菌提供对抗杀菌剂的保护伞。在之前的研究中，Koo和他的同事已经在分解生物膜基质方面取得了进展。他们使用含铁氧化物的纳米粒子作催化剂，激活过氧化氢释放自由基，从而针对性杀灭细菌和破坏生物膜。

偶然中，Koo等发现Steager团队正在研究的机器人平台正在使用类似的氧化铁纳米颗粒作为微型机器人的构筑块。Steager等通过磁场控制机器人的运动。随后，两个跨学科团队共同设计并优化了两种类型的机器人系统。他们称之为催化抗菌机器人（CARs）。两种CARs的工作机制分别是：（1）氧化铁纳米颗粒悬浮于溶液中，在磁场引导下以“犁式”去除生物膜；（2）将纳米颗粒嵌入凝胶模具，用于精准摧毁堵塞封闭管道的生物膜。两种CARs都能有效杀死细菌，分解黏性基质和清理残余碎片。研究人员在测试了CARs对平板玻璃上和封闭玻璃管中的生物膜的清除效果后，决定尝试更具临床意义的应用方式：去除人类牙齿“峡区”的生物膜。

事实证明，CARs对牙齿表面和“峡区”的生物膜均有良好的清除效果。Koo说：“现有生物膜去除方法失效的主要原因在于，它们无法同时实现降解保护基质、杀死细菌和物理清除生物降解产物。我们设计的微型机器人可以同时做这三件事情，并且不会留下任何生物膜残迹。”Koo认为，通过清除生物膜残留物，其重新生长的几率会大大降低。研究人员设想引导机器人去任何需要它们的地方。对此，Steager的看法是：“我们的机器人是自动化的，它可以根据主动收集到的信息采取行动。医生可以通过微型摄像机或者医学成像设备确定机器人的运动情况。”

目前，Koo等正在宾夕法尼亚大学健康、设备和技术中心的支持下，尝试将CARs推向临床应用。

科界原创

编译：德克斯特

审稿：三水

责编：张梦

期刊来源：《科学机器人》

期刊编号：2470-9476

原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190425104323.htm