Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Mikroroboty do czyszczenia zębów i nie tylko

Recommended Posts

Inżynierowie, dentyści i biolodzy z University of Pennsylvania opracowali mikroskopijne roboty do czyszczenia zębów. Naukowcy wykazali,  że dwa typy robotów – jeden pracujący na powierzchni i drugi dostosowany do pracy w ciasnych miejscach – są w stanie wykorzystać aktywność katalityczną do niszczenia biofilmów bakteryjnych.

Taka armia małych robotów usuwających biofilmy bakteryjne może znaleźć bardzo wiele zastosowań. Przyda się wszędzie tam, gdzie biofilmy stanowią problem, od urządzeń elektrycznych, poprzez wodociągi po kaniule, zęby czy implanty.

To naprawdę multidyscyplinarne i synergistyczne osiągnięcie, mówi jeden z dyrektorów grupy badawczej Hyun Koo ze School of Dental Medicine. Korzystamy z doświadczenia mikrobiologów i praktyków klinicznych oraz inżynierów, by zaprojektować najlepszego systemu usuwania mikroorganizmów. To ważne osiągnięcie z punktu widzenia innych działów biomedycyny, które muszą się zmagać z antybiotykoopornymi biofilmami w epoce post-antybiotykowej.

Usuwanie biofilmów z zębów wymaga olbrzymiej ilości ręcznej pracy, zarówno ze strony konsumenta jak i profesjonalisty. Mamy nadzieję udoskonalić ten proces i go uprościć, mówi drugi z kierujących badaniami, Edward Steager.

Podczas swoich poprzednich badań Koo i jego zespół eksperymentowali z likwidowaniem biofilmów za pomocą różnych metod. Jedną z wykorzystanych strategii było użycie nanocząstek zawierających tlenek żelaza, który aktywował nadtlenek wodoru, który z kolei uwalniał wolne rodniki niszczące biofilm i zabijające bakterie. W tym samym czasie grupa inżynierów z tego samego uniwersytetu pracowała nad robotyczną platformą, w której do budowania mikrorobotów wykorzystywano podobne nanocząstki tlenku żelaza. Inżynierowie kontrolowali ruch swoich robotów za pomocą pola magnetycznego.

Obie grupy podjęły współpracę, zaprojektowały, zoptymalizowały i przetestowały dwa rodzaje katalitycznych robotów antymikrobowych (CAR), które metodą katalizy niszczą biofilm. Pierwszy z nich korzysta z nanocząstek tlenku żelaza zawieszonych w roztworze i działa jak pług na dużych powierzchniach. Drugi typ wykorzystuje nanocząstki umieszczone w żelu i jest przeznaczony do niszczenia biofilmów w trudno dostępnych ciasnych miejscach.

Testy wykazały, że oba rodzaje robotów efektywnie zabijają bakterię, niszczą biofilm i usuwają pozostałości. Po testach na sztucznych powierzchniach naukowcy postanowili sprawdzić swoje systemy na zęgach. Okazało się, że CAR efektywnie usuwają biofilmy nie tylko z dużych powierzchni na zębach, ale likwiduje je również w jednych z najtrudniej dostępnych regionów zęba, cieśni międzykanałowych.

Obecnie istniejące metody likwidacji biofilmów są nieefektywne, gdyż nie potrafią jednocześnie zniszczyć biofilmu, zabić bakterii i usunąć pozostałości. Te roboty wykonują wszystkie trzy zadania, nie pozostawiając po sobie żadnych pozostałości biofilmu, mówi Koo. Dzięki usunięciu pozostałości biofilmu znacząco zmniejsza się ryzyko jego ponownego pojawienia się.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By 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
    • By 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
    • By 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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy od dłuższego czasu podejrzewali, że latające mikroroboty nie powinny naśladować helikopterów ani samolotów, a należy wzorować je na muchach - najlepszych lotnikach wśród owadów. Uznawano, że urządzenia powinny być napędzane trzepoczącymi skrzydłami podobnymi do skrzydeł muchy.
      David Lentink, holenderski inżynier lotnictwa i amerykański biolog Michael Dickinson, jeden z najlepszych na świecie ekspertów od lotu owadów, postanowili zbadać te przypuszczenia. Zbudowali duży model muchy, który zanurzyli w oleju i badali siły nośne wytwarzane podczas różnych scenariuszy. Ze zdumieniem dowiedzieli się, że prawda leży pośrodku. Okazało się, że robot wyposażony w musze skrzydła, które będą obracały się jak rotor śmigłowca, wytworzy taką samą siłę nośną jak w przypadku używania trzepoczących skrzydeł, jednak zużyje dwukrotnie mniej energii. Badania te pozwolą na skonstruowanie efektywnych energetycznie miniaturowych urządzeń latających, które zostaną wyposażone w wirujące musze skrzydła.
      Jak wyjaśnił Lentink, trzepoczące skrzydła marnują dużo energii na napędzanie powietrza w przód i w tył. Zarówno skrzydła trzepoczące jak i wirujące wytwarzają nawet dwukrotnie więcej siły nośnej niż wynika z teorii aerodynamicznych. Dzieje się tak, gdyz przy końcówkach skrzydeł tworzą się miniaturowe tornada, zmniejszające ciśnienie powyżej skrzydeł, dzięki czemu są one zasysane do góry.
      Nowe badania pokazują, która z metod jest bardziej efektywna. Dzięki nim powstaną doskonalsze urządzenia wykorzystywane w misjach szpiegowskich, badaniach naukowych czy podczas akcji ratunkowych.
×
×
  • Create New...