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消滅牙菌斑的微型機器人

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科技產業資訊室 - 謝威翔 發表於 2019年5月10日

圖、消滅牙菌斑的微型機器人

美國賓州大學的研究團隊開發了一種微型清潔機器人,具有兩種系統類型,一種設計在表面上工作,另一種在狹窄空間內操作。這種具有催化活性的機器人可以巧妙地破壞細菌生物膜,具有廣泛的潛在應用,例如保持水管或導管乾淨、清潔牙齒以降低蛀牙和感染的風險,本研究發表在Science Robotics期刊上。
 
細菌生物膜可以出現在許多地方,例如在牙齒上或水管中,生物膜具有細菌的粘性基質,使抗微生物劑效果大打折扣,進而難以去除細菌。在以前的研究中,研究團隊使用含氧化鐵的奈米顆粒,具有產生自由基過氧化氫的催化作用以破壞生物膜。
 
在最新的研究中,研究團隊偶然地發現由另一工程團隊使用的機器人系統使用了非常相似的氧化鐵奈米粒子作為微型機器人的模組,工程師使用磁場控制這些機器人的運動,不需使用牽線就能引導它們。
 
於是研究人員跨團隊優化和測試了兩種類型的機器人系統,稱為催化抗菌機器人(catalytic antimicrobial robots, CARs),能夠分解和去除生物膜。第一種方法是將氧化鐵奈米顆粒懸浮在溶液中,再用磁體引導以犁樣方式去除表面上的生物膜;第二種系統是將奈米顆粒嵌入三維形狀的凝膠模具中,可用於破壞封閉管的生物膜。兩種類型的CAR都能有效地殺死細菌,破壞周圍的基質,並高度精確地清除碎片。
 
在對平板玻璃表面或封閉玻璃管上生長的生物膜進行機器人測試後,研究人員嘗試了一種更具臨床相關性的應用:從難以接觸的人類牙齒去除生物膜。這些機器人可以非常有效地同時完成,不會留下任何生物膜痕跡。未來研究團隊將成果推向臨床應用,這種機器人的運動亦可以通過微鏡或其他醫學成像方法,來收集的生物膜的影像。(640字;圖1)


參考資料:
An army of microrobots can wipe out dental plaque. Penn Today,2019/4/24
Catalytic antimicrobial robots for biofilm eradication. Science Robotics,2019/4/24


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