Każdy, kto kiedykolwiek musiał zmierzyć się z ropniem po leczeniu kanałowym, może docenić znaczenie potencjalnego przyszłego sprzymierzeńca: miniaturowych robotów kierowanych przez pole magnetyczne. Wyobrażenie sobie wiertła w kształcie śmigła, które dokładnie oczyszcza wnętrze zęba, wydaje się futurystyczne, ale dla chemika Amauri Jardim de Paula, z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Warszawie, jest to rzeczywistość na wyciągnięcie ręki.Federal University of Ceará (UFC). We współpracy z naukowcami z University of Pennsylvania, w Stanach Zjednoczonych, opracował sposoby przekształcania cząstek tlenku żelaza w roboty, które niszczą błony bakteryjne. Wyniki zostały opisane w artykule opublikowanym 24 kwietnia w czasopiśmie Science Robotics.
Podczas okresu szabatowego w laboratorium niemiecko-brazylijskiego dentysty Hyun Koo, specjalisty od biofilmów bakteryjnych, Amauri de Paula przeprowadził eksperymenty, które doprowadziły do opracowania dwóch prototypów.Robotyka profesora Kumara ma doświadczenie z algorytmami sterowania robotami wykorzystującymi pola magnetyczne, natomiast profesor Koo wykonał seminalne prace w dziedzinie biofilmów jamy ustnej - wyjaśnia badacz z UFC, który dostosował system do skali mikroskopowej.
Cząsteczki tlenku żelaza, wraz z wodą utlenioną i enzymami, wytwarzają substancje utleniające zdolne do zabijania bakterii i zaczynają demontować błonę, która utrzymuje je w jedności i chroni. W laboratorium działanie to miało miejsce w podłożach hodowlanych na płytkach Petriego.Poza tą strukturą roboty są "cyborgami", mówiąc słowami chemika, a dokładniej hybrydami pomiędzy tlenkiem żelaza a resztkami polisacharydów z częściowo rozebranej samej błony bakteryjnej.
Najprostszym sposobem czyszczenia powierzchni pokrytych bakteriami za pomocą maleńkich ściągaczek (patrz film powyżej) jest ręczne obchodzenie się z tymi strukturami poprzez przesuwanie silnego magnesu po zewnętrznej stronie płytki eksperymentalnej. "Jest to prymitywne, ale działa bardzo dobrze".Następnie za pomocą magnesu usuwa się roboty z tlenku żelaza, do których przykleiły się bakterie i zanieczyszczenia.W bardziej wyrafinowany sposób można obchodzić się z polemcewkę magnetyczną z mechanicznym ramieniem lub stosować kombinacje cewek, które umożliwiają trójwymiarowe sterowanie za pomocą komputera.
Wiertła napędzane polem magnetycznym przemieszczającym się przez kanał zęba (Hwang et al., Sci. Robot. 4).
Grupa wyprodukowała również milimetrowe roboty z formami wytworzonymi w drukarkach 3D, w kształcie podwójnej helisy (działa jak wiertło, czyli "tatuzão", które kopie podziemne tunele) oraz strukturę z ostrzami, podobną do sprzętu używanego do czyszczenia w laboratoriach biologicznych. Wiertła te zostały użyte wewnątrz zębów w laboratorium, z bardzo obiecującymi rezultatami, ponieważ mogą onezebrać wszystkie bakterie, czego nie potrafią zwykłe platynowe wiertła i druty.
"Wykonując leczenie kanałowe, dentysta drąży wnętrze zęba" - wyjaśnia Amauri de Paula - "ale bardzo trudno jest wyeliminować wszystkie bakterie. Nawet zwykłe zastosowanie antybiotyku nie jest całkowicie skuteczne, ze względu na oporność nabytą przez niektóre bakterie. Rezultatem może być infekcja, która potencjalnie prowadzi do utraty zęba". Roboty okazały się zdolne nie tylko dozabić mikroby, jak natychmiast usunąć wszystkie ich odpady.
To tylko jeden z przypadków, w których roboty milimetrowe mogą być przydatne. Badacz podkreśla również możliwość usuwania błon bakteryjnych z wszelkich miejsc o utrudnionym dostępie, takich jak cewniki, kanały przemysłowe czy membrany do odsalania wody. Chodzi o walkę z zakażeniami szpitalnymi, skażeniami przemysłowymi oraz zwiększenie trwałości materiałów.
Wszystko to, zdaniem chemika z Ceará, można by wprowadzić w życie natychmiast. Dentyści i osoby odpowiedzialne za sprzęt w szpitalach czy fabrykach mogliby mieć pojemniki z proszkiem złożonym z mikro- lub minirobotów, które w zawiesinie byłyby aplikowane tam, gdzie potrzebne jest czyszczenie antybakteryjne. Już jako futurysta wyobraża sobie zastosowanie tego typu systemu przy cewnikowaniu dla"Ma całe wyzwanie w projektowaniu cząstek i kontrolowaniu metod, które należy rozwiązać, zanim będzie można je wstrzyknąć do ciała", mówi.
HUANG, G. et al. Catalytic antimicrobial robots for biofilm eradication.Science Robotics. v. 4, n. 29, eaaw2388. 24 Apr. 2019.