Foto : Istimewa

Para insinyur mengendalikan pergerakan robot-robot mikro dengan menggunakan medan magnet sebagai pembersih mikroskopis untuk menghilangkan karang gigi.

Sebuah tim yang terdiri dari insinyur, dokter gigi, dan ahli biologi dari University of Pennsylvania, mengembangkan “kru” robot pembersih mikroskopis. Dengan dua jenis sistem robot, dimana satu dirancang untuk bekerja pada permukaan, sementara lainnya beroperasi di dalam ruang terbatas

. Dengan mekanisme seperti itu, para ilmuwan berhasil menunjukkan bahwa robot yang mereka kembangkan dengan aktivitas katalitik dapat dengan cakap menghancurkan biofilm. Sistem pelepasan biofilm robot seperti ini bisa sangat berharga dalam berbagai aplikasi potensial, mulai dari menjaga pipa air dan kateter bersih hingga mengurangi risiko kerusakan gigi, infeksi endodontik, dan kontaminasi implan.

Tim robot mikro yang diarahkan oleh magnet ini dapat memecah dan menghilangkan biofilm gigi atau yang lazim disebut plak atau karang gigi dari gigi. Inovasi ini merupakan hasil kolaborasi bersama lintas disiplin ilmu antara dokter gigi, ahli biologi, dan insinyur.

Bagaimana jika sebaliknya, seorang dokter gigi dapat mengerahkan sepasukan kecil robot kecil untuk secara tepat dan non-invasif menghilangkan penumpukan plak tersebut? Dokter gigi biasanya terkait dengan pengikisan untuk menghilangkan plak dari gigi. Biasanya dilakukan dengan alat mekanis dan menghabiskan waktu dan terkadang tidak menyenangkan.

Karya tersebut diterbitkan dalam Science Robotics. Pengembangnya dipimpin oleh Hyun (Michel) Koo, dari School of Dental Medicine dan Edward Steager dari School of Engineering and Applied Science. “Ini adalah interaksi yang benar-benar sinergis dan multidisiplin,” kata Koo.

“Kami meningkatkan keahlian ahli mikrobiologi dan ilmuwan klinis serta insinyur untuk merancang sistem untuk memberantas mikroba yang sebaik mungkin. Ini penting untuk bidang biomedis lainnya yang menghadapi biofilm yang resistan terhadap obat saat kami mendekati era pasca-antibiotik,” tambah Koo.

“Mengobati biofilm yang terjadi pada gigi membutuhkan banyak kerja manual, baik dari pihak konsumen maupun profesional,” tambah Steager. “Kami berharap dapat meningkatkan pilihan pengobatan serta mengurangi kesulitan perawatan,” tambah Steager.

Biofilm dapat muncul pada permukaan biologis, seperti pada gigi atau pada sendi atau pada benda, seperti pipa air, implan, atau kateter. Di mana pun biofilm terbentuk, mereka terkenal sulit untuk dihilangkan, karena matriks lengket yang menahan bakteri memberikan perlindungan dari agen antimikroba.

Dalam karya sebelumnya, Koo dan rekan telah membuat kemajuan dalam memecah matriks biofilm dengan berbagai metode yang tak biasa. Salah satu strateginya adalah menggunakan nanopartikel yang mengandung besi oksida yang bekerja secara katalitik, mengaktifkan hidrogen peroksida untuk melepaskan radikal bebas yang dapat membunuh bakteri dan menghancurkan biofilm.

Secara kebetulan, tim Penn Dental Medicine menemukan bahwa kelompok-kelompok di Penn Engineering yang dipimpin oleh Steager, Vijay Kumar, dan Kathleen Stebe bekerja dengan platform robot yang menggunakan nanopartikel oksida besi yang sangat mirip sebagai blok bangunan untuk mikrorobot.

Para insinyur mengendalikan pergerakan robot-robot ini menggunakan medan magnet, memungkinkan cara bebas-tether untuk menyetirnya. Secara bersama-sama, tim ini merancang, mengoptimalkan, dan menguji dua jenis sistem robot, yang disebut tim robot antimikroba katalitik, atau CAR, yang mampu menurunkan dan menghilangkan biofilm.

  

Yang pertama melibatkan menangguhkan nanopartikel besi oksida dalam larutan, yang kemudian dapat diarahkan oleh magnet untuk menghilangkan biofilm pada permukaan. Platform kedua mencakup menanamkan nanopartikel ke dalam cetakan gel dalam bentuk tiga dimensi. Cetakan ini digunakan untuk menargetkan dan menghancurkan tabung tertutup biofilm yang menyumbat.

Kedua jenis CARs secara efektif membunuh bakteri, menghancurkan matriks yang mengelilinginya, dan menghilangkan plak-plak dengan presisi tinggi. Setelah menguji robot pada biofilm yang tumbuh pada permukaan kaca datar atau tabung kaca tertutup, para peneliti mencoba aplikasi yang lebih relevan secara klinis: Menghapus biofilm dari bagian gigi manusia yang sulit dijangkau.

CARs mampu mendegradasi dan menghilangkan biofilm bakteri tidak hanya dari permukaan gigi tetapi dari salah satu bagian gigi yang paling sulit diakses, jalur sempit antara saluran akar tempat biofilm biasanya tumbuh.

“Perawatan yang ada untuk biofilm tidak efektif karena mereka tidak mampu menurunkan secara simultan matriks pelindung, membunuh bakteri yang tertanam, dan secara fisik mengeluarkan produk yang terurai,” kata Koo.

“Robot-robot ini dapat melakukan ketiganya sekaligus dengan sangat efektif, tanpa meninggalkan jejak biofilm sama sekali.” Dengan membajak sisa-sisa biofilm yang terdegradasi, kata Koo, peluangnya untuk bertahan dan tumbuh kembali berkurang secara substansial.

Para peneliti membayangkan dengan tepat mengarahkan robot-robot ini ke mana pun mereka perlu pergi untuk menghilangkan biofilm, baik itu di dalam kateter atau garis air atau permukaan gigi yang sulit dijangkau.(koran-jakarta.com)