Mikroroboty do czyszczenia zębów i nie tylko
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Niewielkie roboty, które pędzą przez płyn z niewiarygodna prędkością, mogą pewnego dnia posłużyć do naprawy ludzkiego ciała od wewnątrz. Wyobraźmy sobie roboty, które będą mogły przeprowadzać zabiegi chirurgiczne. Zamiast kroić pacjenta, będziemy mogli podać mu roboty w formie pigułki lub zastrzyku, a one przeprowadzą zabieg, mówi doktor Jin Lee z Wydziału Inżynierii Biologicznej i Chemicznej University of Colorado w Boulder. Taka wizja to obecnie odległa przyszłość, ale same roboty już powstały.
Lee i jego zespół stworzyli urządzenia o średnicy 20 mikrometrów. To około 3-krotnie mniej niż średnica ludzkiego włosa. Roboty poruszają się w płynie w prędkością 3 mm/s zatem w ciągu minuty przebywają odległość 9000 razy większą niż ich własna długość. Przeciętny samochód osobowy, żeby poszczycić się takim osiągami, musiałby poruszać się z prędkością ok. 2400 km/h.
Jednak zalety mikrorobotów nie ograniczają się do szybkiego przemieszczania się. Podczas eksperymentów naukowcy wykorzystali je do dostarczenia deksametazonu do pęcherza myszy. To wskazuje, że można by je wykorzystać do leczenia chorób pęcherza i innych schorzeń u ludzi.
Mikroroboty zostały wykonane z biokompatybilnych polimerów metodą podobną do druku 3D. Przypominają niewielką rakietę z przyczepionymi trzema łopatami. W każdym z nich uwięziono pęcherzyk powietrza. Gdy taki robot zostanie wystawiony na działanie fal akustycznych – w eksperymentach wykorzystano ultradźwięki – pęcherzyk zaczyna wibrować, odpycha płyn i robot się porusza.
Naukowcy postanowili przetestować swoje urządzenie na mysim modelu śródmiąższowego zapalenia pęcherza moczowego. To bolesna choroba powodująca silny ból w miednicy. Jej leczenie jest niekomfortowe. Pacjenci muszą zgłaszać się do lekarza, gdzie za pośrednictwem cewnika do pęcherza wprowadzany jest deksametazon. Naukowcy stworzyli mikroroboty zawierające ten lek, a następnie wprowadzili urządzenia do pęcherza myszy. Roboty rozprzestrzeniły się po organizmie, a następnie przylgnęły do ścian pęcherza, gdzie przez dwa dni powoli uwalniały środek leczniczy. Dzięki temu można było w dłuższym czasie podczas więcej lekarstwa, poprawiając stan pacjenta.
Twórcy robotów zastrzegają, że zanim trafią one do ludzkiego organizmu, muszą zostać jeszcze udoskonalone. Pierwszym celem jest uczynienie urządzeń w pełni biodegradowalnymi, by całkowicie rozpuszczały się w organizmie po zrealizowaniu zadania.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Pewnego dnia zmiennokształtne stada mikrorobotów mogą szczotkować, nitkować i płukać nasze zęby. Na University of Pennsylvania zaprezentowano technologię, która w przyszłości może pozwolić na zautomatyzowanie pielęgnacji jamy ustnej. System taki może przydać się szczególnie osobom, które nie są na tyle sprawne, by samodzielnie zadbać o zęby.
Mikroroboty zbudowane są z nanocząstek żelaza, które mają zarówno właściwości katalityczne, jak i magnetyczne. Naukowcy za pomocą pól magnetycznych mogą sterować ruchem cząstek oraz nadawać ich grupom różne kształty, jak np. kształt szczeciny służący do szczotkowania, czy długiej nici, która może czyścić przestrzenie międzyzębowe. W obu przypadkach dzięki reakcjom katalizy, nanocząstki mogą wytwarzać środki bakteriobójcze zwalczające na bieżąco organizmy w jamie ustnej.
Eksperymenty prowadzone na sztucznych i prawdziwych ludzkich zębach wykazały, że mikroroboty mogą przyjmować różne kształty i niemal całkowicie eliminują biofilm bakteryjny, który prowadzi do próchnicy i chorób dziąseł.
Codzienne mycie zębów może być trudne i uciążliwe dla wielu osób. Zęby trzeba szczotkować, nitkować, płukać. To wieloetapowy ręczny proces. Tutaj zaś mamy system robotyczny, który wszystkie te czynności wykona w prosty, automatyczny sposób, mówi współautor badań, profesor Hyun Koo z Wydziału Medycyny Dentystycznej University of Pennsylvania.
Koncepcja szczoteczki do zębów nie zmieniła się od tysiącleci. W ostatnim czasie pojawiły się szczoteczki elektryczne, które nieco zautomatyzowały proces mycia zębów, ale podstawy pozostały te same.
Pomysł na czyszczące zęby mikroroboty wziął się z połączenia pracy i zainteresowań dwóch grup z Wydziałów Inżynierii oraz Medycyny Dentystycznej na Penn University. Grupa profesora Koo badała katalityczną aktywność nanocząstek. Uczeni zajmowali się aktywowaniem nadtlenku wodoru, by uwalniał on wolne rodniki zabijające bakterie i niszczące biofilmy, z których tworzy się płytka nazębna. Z kolei grupa profesora Edwarda Steagera badała nanocząstki pod kątem tworzenia z nich magnetycznie kontrolowanych mikrorobotów. Obie grupy połączyły siły, tworząc elektromagnetycznie kontrolowane mikroroboty, które mogą przyjmować różne kształty i efektywnie czyścić zęby. Nie ma tutaj znaczenia, czy masz zęby proste, czy krzywe. Mikroroboty dostosują się do każdej powierzchni. Mogą dotrzeć do każdego zagłębienia w jamie ustnej, zapewnia Koo.
Naukowcy najpierw zoptymalizowali ruch mikrorobotów, później testowali je na trójwymiarowych modelach zębów, w końcu zaś sprawdzili ich działanie na prawdziwych zębach, zamontowanych tak, jak w jamie ustnej. Testy wykazały, że mikroroboty efektywnie eliminują biofilm, usuwając wszystkie wykrywalne patogeny. Nie uszkadzały przy tym tkanki dziąseł, a same nanocząstki tlenku żelaza są bezpieczne i zostały już wcześniej zaakceptowane przez FDA (Agencja ds. Żywności i Leków) do innych zastosowań medycznych.
Obecnie naukowcy z Pennsylvanii pracują nad optymalizacją ruchów robotów oraz tworzą system ich dostarczania do jamy ustnej.
Mamy tutaj technologię, która jest co najmniej tak samo efektywna jak ręczne mycie zębów. Chcielibyśmy przekonać się, jak pomaga ona ludziom starszym oraz niepełnosprawnym. Wierzymy, że znakomicie poprawi ona stan uzębienia wielu osób, mówi Koo.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół naukowy prowadzony przez doktora Olivera Schmidta z Uniwersytetu Technologicznego w Chemnitz pracuje nad miniaturowymi robotami, które można będzie wprowadzać do ludzkiego organizmu. Roboty miałyby przeprowadzać badania diagnostyczne i dokonywać interwencji chirurgicznych. Badania zostały opisane w artykule A flexible microsystem capable of controlled motion and actuation by wireless power transfer opublikowanym na łamach Nature Electronics.
Niemal 10 lat temu zaczęliśmy rozwijać koncepcję niewielkich mikrorobotów, które byłyby napędzane potężnymi silnikami odrzutowymi i zawierałyby podzespoły mikroelektroniczne. Wyszliśmy od pomysłu budowy inteligentnego samonapędzającego się mikrosystemu, który wchodzi w interakcje z pojedynczą komórką biologiczną. Syste miałyby być wielkości podobnej do komórki. Zakładamy, że taki mikrorobot będzie zdolny po poruszania się, próbkowania środowiska, przenoszenia ładunków, dostarczania leków i przeprowadzania zabiegów mikrochirugicznych, mówi Schmidt.
System, który miałby pracować wewnątrz ludzkiego organizmu musi zawierać źródło energii elektrycznej, czujniki, aktuatory, anteny i obwody mikroelektroniczne.
Schmidt i jego zespół stworzyli niezwykle elastyczny mikrosystem łącząc elektroniczne podzespoły w skali mikro- i nano- na powierzchni chipa. Zasadniczą różnicą pomiędzy tym a innymi podzespołami elektronicznymi jest fakt, że urządzenie Schmidta wyposażono w silnik odrzutowy.
Sztuka polega na umieszczeniu na zastosowaniu zwiniętego w mikrotubie mocno naprężonego materiału, który jest mocowany z dwóch stron systemu już po zdjęciu go z podłoża. Mikrotuby są pokryte platyną. Gdy wchodzi ona w kontakt z roztworem zawierającym nieco nadtlenku wodoru dochodzi do reakcji, w wyniku której pojawiają się bąbelki tlenu. Bąbelki te są wyrzucane z mikrotub, napędzając cały system za pomocą odrzutu. Grup Schmidta już 12 lat temu wpadła na pomysł takiego napędu. Dopiero teraz udało się go stworzyć.
Reakcja, dzięki której działa cały napęd, może być kontrolowana za pomocą zmian temperatury miniaturowego silnika. Im jest ona wyższa, tym więcej bąbli powstaje i tym silniejszy jest odrzut. Naukowcy są w stanie kontrolować temperaturę obu silników niezależnie, dzięki czemu całym systemem można swobodnie sterować. Jest to możliwe dzięki temu, że do każdego z nich dołączony jest niewielki element, stawiający opór podczas przesyłania energii elektrycznej. Energię tę dostarcza się bezprzewodowo z zewnątrz. Jest ona odbierana przez niewielką antenę. System działa podobnie jak bezprzewodowe indukcyjne ładowanie telefonu komórkowego.
Skonstruowany przez Schmidta robot wyposażony został z niewielkie ramię, które może chwytać i wypuszczać obiekty znajdujące się w pobliżu. Również i ono jest sterowane za pomocą zmian temperatury.
Takie robotyczne ramię to również nowość w samonapędzających się mikrosystemach. Nasz mikrorobot może zostać wyposażony w niewielki LED pracujący w podczerwieni. Można go będzie wykorzystać do śledzenia urządzenia wewnątrz organizmu, mówi Schmidt.
Wykazaliśmy, że możliwe jest bezprzewodowe dostarczenie energii elektrycznej do ultramałych systemów robotycznych i że ta energia może posłużyć do przeprowadzenia użytecznych czynności, jak zdalne sterowania mikrorobotem, włączanie i wyłączanie LED. W następnym kroku naszych badań chcemy spowodować, by system działał w płynach ustrojowych, takich jak krew. W tym celu musimy nieco przebudować nasze silniki, dodaje uczony.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Kannabidiol (CBD), pozbawiony psychoaktywnego działania składnik konopi, wykazuje aktywność w stosunku do bakterii Gram-dodatnich. Oddziałuje także na patogeny odpowiedzialne za poważne zakażenia, np. gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus) czy dwoinkę zapalenia płuc (Streptococcus pneumoniae). Skuteczność działania kannabidiolu można porównać do wankomycyny i daptomycyny.
W zeszłym roku amerykańska FDA (Food and Drug Administration) zatwierdziła pierwszy w USA lek na bazie marihuany. Wytwarzany z kannabidiolu (CBD) Epidiolex podawany jest w formie oleju i w testach klinicznych o około 40% zmniejszał napady u pacjentów cierpiących na zespół Dravet i zespół Lennoxa-Gastauta. CBD jest badany również pod kątem innych schorzeń/objawów, w tym lęku czy stanu zapalnego. Danych sugerujących, że kannabidiol działa bakteriobójczo, nie ma zbyt wiele, ale dotąd potencjałem CBD jako antybiotyku nie zajmowano się zbyt skrupulatnie.
Naukowcy z Botanix Pharmaceuticals i dr Mark Blaskovich z Uniwersytetu Queensland odkryli, że CBD skutecznie zabija całą gamę bakterii Gram-dodatnich, w tym bakterie, które stały się oporne na inne antybiotyki. Co ważne, CBD zachowuje skuteczność nawet po wydłużonym podawaniu.
Biorąc pod uwagę udokumentowane działanie przeciwzapalne, dane nt. bezpieczeństwa u ludzi, a także potencjał w zakresie wielorakich metod dostarczania, CBD jest wartym dalszego badania obiecującym nowym antybiotykiem. Szczególnie atrakcyjne wydaje się połączenie aktywności antydrobnoustrojowej z możliwościami ograniczania uszkodzeń powodowanych przez reakcję zapalną na zakażenie - wyjaśnia dr Blaskovich.
Jak podkreślają Australijczycy, podczas testów kannabidiol zachowywał aktywność przeciwko bakteriom, które stały się silnie oporne na inne antybiotyki. W warunkach wydłużonej ekspozycji, która prowadzi do oporności na wankomycynę czy daptomycynę, CBD nadal pozostawał skuteczny. Stwierdzono także, że kannabidiol skutecznie zaburza biofilmy, które wiążą się z trudnymi do leczenia infekcjami.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS - Centre national de la recherche scientifique) oraz Instytutu Pasteura zidentyfikowali u gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus) gen związany ze zjadliwością, a także tworzeniem biofilmu i rozwojem oporności na pewne antybiotyki.
Do najgroźniejszych należą szczepy gronkowca, które wykazują oporność na liczne antybiotyki. Jednym z nich jest metycylinooporny gronkowiec złocisty (MRSA, od ang. methicillin-resistant Staphylococcus aureus); szczepy MRSA są bowiem oporne na wszystkie antybiotyki β-laktamowe.
Zespół Tareka Msadeka z Instytutu Pasteura analizuje reakcje bakteryjne na zmiany środowiskowe. Okazuje się, że są one często genetycznie kontrolowane przez 2-elementowe systemy. Badając jeden z takich systemów (WalKR, który jest niezbędny dla przeżycia bakterii), Francuzi scharakteryzowali dodatkowy komponent SpdC, białko błonowe o nieznanej dotąd roli.
Element ten wchodzi w interakcje z systemem WalKR, a konkretnie kontroluje jego aktywność. Brak SpdC prowadzi do silnych spadków zjadliwości i oporności na pewne antybiotyki oraz ograniczenia tworzenia biofilmów.
Autorzy publikacji z pisma PLoS Pathogens uważają, że hamowanie SpdC można wykorzystać do zwalczania zakażeń gronkowcem złocistym oraz do zrozumienia mechanizmów leżących u podłoża przejścia od nieszkodliwego organizmu komensalnego do patogenu.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.