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Liquid-bodied antibiofilm robot with switchable viscoelastic response for biofilm eradication on complex surface topographies

生物膜 机器人 粘弹性 体内 支架 纳米机器人学 计算机科学 材料科学 纳米技术 生物 人工智能 医学 外科 细菌 复合材料 遗传学 生物技术
作者
Bonan Sun,Junjia Guo,Bo Hao,Yanfei Cao,Kai Fung Chan,Mengmeng Sun,Joseph J.�Y. Sung,Li Zhang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:11 (11)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adt8213
摘要

Recalcitrant biofilm infections pose a great challenge to human health. Micro- and nanorobots have been used to eliminate biofilm infections in hard-to-reach regions inside the body. However, applying antibiofilm robots under physiological conditions is limited by the conflicting demands of accessibility and driving force. Here, we introduce a liquid-bodied antibiofilm robot constructed by a dynamically cross-linked magnetic hydrogel. Leveraging the viscoelastic response of the robot enables it to adapt to complex surface topographies such as medical meshes and stents. Upon actuation, the robot can mechanically destroy the biofilm matrix, chemically deactivate bacterial cells, and collect disrupted biofilm debris. The robot’s antibiofilm performance is studied in vitro and demonstrated on a medical mesh and a biliary stent. Tracking and navigation under endoscopy and x-ray imaging in an ex vivo porcine bile duct are demonstrated. Last, in vivo antibiofilm treatment is conducted by indwelling infected stents into mice’s abdominal cavity and clearing the biofilm infection using the proposed robot.
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