O exército pequeno de robôs minúsculos pode remover a chapa dental

Uma visita ao dentista envolve tipicamente raspagem demorada e às vezes desagradável com as ferramentas mecânicas para remover a chapa dos dentes. Que se, em lugar de, um dentista podia distribuir um exército pequeno de robôs minúsculos para remover a precisamente e não invasora esse acúmulo?

Uma equipe dos coordenadores, dos dentistas, e dos biólogos da Universidade da Pensilvânia desenvolveu um grupo de limpeza robótico microscópico. Com dois tipos de sistemas robóticos--se projectou trabalhar em superfícies e o outro para operar o interior limitou espaços--os cientistas mostraram que os robôs com actividade catalítica poderiam capaz destruir biofilms, amalgamações pegajosas das bactérias enredadas em um andaime protector. Tais sistemas robóticos da biofilm-remoção podiam ser valiosos em uma vasta gama de aplicações potenciais, de manter as tubulações de água e os catetes limpos a reduzir o risco de deterioração de dente, de infecções endodontic, e de contaminação do implante.

O trabalho, publicado na robótica da ciência, foi conduzido por Hyun (Michel) Koo da escola da medicina dental e do Edward Steager da escola da engenharia e de ciência aplicada.

“Este era um verdadeiramente sinérgico e interacção multidisciplinar,” diz Koo. “Nós leveraging a experiência dos microbiologista e os clínico-cientistas assim como os coordenadores para projectar o melhor sistema microbiano da erradicação possível. Isto é importante para outros campos do biomedical que enfrentam biofilms resistentes aos medicamentos porque nós aproximamos uma era do cargo-antibiótico.”

“Tratar os biofilms que ocorrem nos dentes exige muito trabalho manual, da parte do consumidor e do profissional,” adiciona Steager. “Nós esperamos melhorar opções do tratamento assim como reduzir a dificuldade do cuidado.”

Os Biofilms podem elevarar em superfícies biológicas, tais como sobre um dente ou em uma junção ou em objetos, como as tubulações de água, os implantes, ou os catetes. Onde quer que os biofilms formam, são notòria difíceis de remover, como a matriz pegajosa que guardara as bactérias fornece a protecção dos agentes antimicrobiais.

Nos trabalhos anteriores, Koo e os colegas fizeram o progresso em dividir a matriz do biofilm com uma variedade de métodos da parte--caixa. Uma estratégia foi empregar a ferro-óxido-contenção dos nanoparticles que trabalham catalìtica, ativando a água oxigenada para liberar os radicais livres que podem matar as bactérias e destruir biofilms em uma forma visada.

Serendipitously, a equipe da medicina dental de Penn encontrou que os grupos na engenharia de Penn conduzida por Steager, por Vijay Kumar, e por Kathleen Stebe estavam trabalhando com uma plataforma robótico que usasse nanoparticles muito similares do ferro-óxido como blocos de apartamentos para microrobots. Os coordenadores controlam o movimento destes robôs usando um campo magnético, permitindo uma maneira baraço-livre de dirigi-los.

Junto, a equipe da cruz-escola projetada, aperfeiçoada, e testada dois tipos de sistemas robóticos, que o grupo chama robôs antimicrobiais catalíticos, ou de carros, capazes de degradar e de remover biofilms. O primeiro envolve nanoparticles de suspensão do ferro-óxido em uma solução, que possa então ser dirigida por ímãs para remover os biofilms em uma superfície na arado-como a maneira. A segunda plataforma envolve encaixar os nanoparticles em moldes do gel em formas tridimensionais. Estes foram usados para visar e destruir os biofilms que obstruem as câmaras de ar incluidas.

Ambos os tipos de bactérias eficazmente matadas dos carros, dividido a matriz que as cerca, e removido os restos com a elevada precisão. Depois que testando os robôs nos biofilms que crescem em qualquer um uma superfície do vidro liso ou umas câmaras de ar de vidro fechadas, os pesquisadores tentaram mais clìnica uma aplicação relevante: Removendo o biofilm das peças difíciis de alcançar de um dente humano.

Os carros podiam degradar e remover biofilms bacterianos não apenas de uma superfície do dente mas de uma da maioria de peças do difícil-à-acesso de um dente, o istmo, um corredor estreito entre os canais de raiz onde os biofilms crescem geralmente.

“Os tratamentos existentes para biofilms são ineficazes porque são incapabale simultaneamente de degradar a matriz protectora, de matar as bactérias encaixadas, e fisicamente de remover os produtos biodegradados,” dizem Koo. “Estes robôs podem fazer todos os três imediatamente muito eficazmente, deixando a nenhum traço de biofilm qualquer.”

Arando afastado as sobras degradadas do biofilm, Koo diz, a possibilidade dela que toma a posse e quecresce diminui substancialmente. Os pesquisadores prevêem precisamente dirigir estes robôs a onde quer que precisam de ir remover os biofilms, sejam ele o interior de um cathether ou um dente da linha ou do difícil-à-alcance de água surge.

“Nós pensamos sobre robôs como os sistemas automatizados que tomam as acções baseadas na informação activamente recolhida,” dizemos Steager. Neste caso, diz, “o movimento do robô pode ser informado por imagens do biofilm recolhido dos microcameras ou dos outros modos de imagem lactente médica.”

Para mover a inovação abaixo da estrada para a aplicação clínica, os pesquisadores estão recebendo o apoio do centro de Penn para a saúde, os dispositivos, e a tecnologia, uma iniciativa apoiada pela Faculdade de Medicina do Perelman de Penn, engenharia de Penn, e o escritório do reitor vice para a pesquisa. A Saúde-Tecnologia de Penn, como soube, concessões selecciona grupos interdisciplinars com apoio criar tecnologias novas da saúde, e o projecto robótico das plataformas era um daqueles apoio concedido em 2018.

“A equipe tem um grande fundo clínico no lado dental e um grande fundo técnico no lado da engenharia,” diz Victoria Berenholz, director executivo da Saúde-Tecnologia de Penn. “Nós estamos aqui arredondá-los para fora no lado do negócio. Fizeram realmente um trabalho fantástico no projecto.”