Команда инженеров, стоматологов и биологов из Пенсильванского университета не верит в воображаемого мистера Проппера. Вместо этого ученые разработали настоящую микроскопическую команду роботов-уборщиков. Одна из роботизированных систем предназначена для работы на поверхностях, а другая для замкнутых пространств: обе они шустро уничтожают биопленки — липкие соединения бактерий, заключенных в межбактериальный матрикс.

С бактериальными биопленками бороться не просто, поскольку липкий матрикс, который удерживает бактерии, обеспечивает защиту от антимикробных агентов. Поэтому ученые подошли к решению задачи нестандартно.

Они использовали наночастицы оксида железа с двойной каталитически-магнитной функциональностью, которые, во-первых, генерируют бактерицидные свободные радикалы, во-вторых, разрушают матрикс биопленки и, в третьих, тщательно удаляют фрагментированный биопленочный мусор с помощью робота, управляемого магнитным полем. Последнее особенно важно, поскольку не удаленные до конца биопленки склонны к повторному отрастанию.

Первая роботизированная система, которая применяется для удаления биопленок на открытой поверхности, использует суспендирование наночастиц оксида железа в растворе, управляемом магнитами. Вторая же платформа предполагает встраивание наночастиц в гелевые формы — она предназначена для борьбы с биообрастанием в закрытых трубах. Эти системы можно использовать во многих сферах: от поддержания чистоты водопровода и катетеров до чистки зубного налета и имплантатов.

Оба типа систем эффективно убивают бактерии, разрушают защитный матрикс и удаляют полученный мусор с высокой точностью. После тестирования роботов на биопленках, растущих на плоской стеклянной поверхности или в закрытых стеклянных пробирках, исследователи опробовали более клинически значимое применение: удаление биопленки, растущей на человеческом зубе.

На картинке ниже представлены объединенные кадры видео — таймлапса, где показано, как микроробот ощищает стеклянную пластину от биопленки. Источник: Geelsu Hwang и Edward Steager/Пенсильванский университет.

Нанороботы продемонстрировали способность разлагать и удалять бактериальные биопленки не только с поверхности зуба, но и с одной из самых труднодоступных частей зуба — шейки, где обычно растут биопленки, до которых практически невозможно добраться обычными гигиеническими инструментами.

Впрочем, ученые утверждают, что даже если доступ к биопленкам не такой сложный, то общепринятые способы обработки все равно неэффективны, поскольку они просто не способны одновременно разрушать защитную матрицу, убивать внедренные бактерии и физически удалять биоразлагаемые продукты. Нанороботы  могут выполнять все три функции одновременно, не оставляя от биопленки даже следа.