最近，美国宾夕法尼亚大学一个由工程师、牙医和生物学家组成的研究团队研发出了一种微型清洁机器人，它能够巧妙地摧毁对细菌起到保护作用的生物膜。这项研究是由宾夕法尼亚大学牙医学院的hyun（michel）koo和工程与应用技术学院的edward steager共同负责的，研究结果发表在《机器人科学》上。
koo声称：“这项研究是多学科协同努力的结果。我们借助了微生物学家、临床科学家以及工程师的经验，尽可能地设计出了最先进的微生物消除系统。这对于其他遭遇抗药生物膜困扰的生物医学领域来说是非常重要的。处理牙齿上的生物膜，无论是消费者还是专业人士都需要付出大量的精力。我们希望能够改善治疗方案并且减少治疗的难度。”
生物膜能够出现在生物体或者物体的表面，比如说牙齿、关节、水管、植入物以及导尿管等。无论是什么形式的生物膜，它们难以清除的特点都众所周知，而且黏性基质能够保护其中的细菌免受抗菌剂的清理。
在之前的研究中，koo和同事们已经探索了多种方法，并且在分解生物膜方面取得了一定成绩。其中一种策略就是使用含有氧化铁的纳米粒子作为催化剂，激活过氧化氢释放自由基来杀灭细菌并摧毁生物膜。
牙医学院的研究团队意外发现工程技术学院的团队在研发一种机器人平台，他们使用了类似的氧化铁纳米粒子作为微机器人的构建模块。工程师们借助磁场操控机器人的运动，从而实现了机器人操控的自由性。
最终，两个研究团队合并成为一个跨学院的研究团队共同设计、优化并测试了两种类型的机器人系统，他们称之为接触式除菌机器人（简称cars），它能够降解和去除生物膜。第一种机器人系统是将氧化铁纳米颗粒悬浮在溶液中，然后通过磁铁引导，以类似于耕犁的方式去除表面的生物膜。第二种机器人系统需要将纳米颗粒注入到三维形式的凝胶模具中。它们能够用来瞄准和摧毁那些堵塞封闭管道的生物膜。
两种类型的机器人系统都能有效地分解基质和杀死细菌，并以很高的精确度清除基质碎片。无论是生长在玻璃表面还是封闭玻璃管上的生物膜，这种机器人都通过了测试。之后，研究人员尝试了一种更具临床意义的应用：去除人类牙齿上那些难以触及部位的生物膜。这些机器人不仅能够降解和清除牙齿表面的细菌生物膜，还能够清除牙齿最难以接近的部分之一牙缝中的细菌生物膜。
“现有的生物膜处理方法是无效的，因为它们无法同时做到降解保护基质、杀死嵌入其中的细菌，并从物理上清除生物降解产物。这些机器人可以同时做这三件事，而且非常有效，不会留下任何生物膜的痕迹。”koo声称，通过清除生物膜残留物，让生物膜重新生长的几率大大降低。
研究人员设想将这些机器人精确地引导到它们需要去的任何地方来去除生物膜，比如说导管内部、水管内部以及难以触及的牙齿表面。steager说：“我们通常都把机器人视作一种自动系统，它根据主动收集的信息采取行动。这种情况下，机器人的运动可以根据微型摄像机或其他医学成像技术收集的生物膜图像来进行。”（邱成刚）
相关论文信息：https://robotics.sciencemag.org/content/4/29/eaaw2388
《中国科学报》 (2019-07-29 第6版 医药健康)

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