牙刷进入机器人时代

你用什么洁牙?牙刷、漱口水还是牙线?还是三者都用?三管齐下的话,觉得自己口腔清理到位了吗?

口腔疾病影响着全世界 39 亿人,从蛀牙、牙龈疾病到危及生命的癌症。就拿龋齿(蛀牙)问题来说,龋齿是一个尚未解决的公共卫生问题,影响全球超过 23 亿人,尤其是贫困和医疗状况不佳的人群。而且,缺铁性贫血与严重的龋齿密切相关。

现有的方法对于易感人群来说其实远远不够,特别是在严重的情况下。你想想,越来越普遍的高糖饮食、口腔卫生状况不良,这都是司空见惯的日常情景,而这些恰恰也是导致致病性生物膜迅速积累并无法有效控制龋齿发生的原因。

致龋生物膜形成的机理是:由于微生物形成高度组织化和受保护的生物结构,形成局部酸性 pH 微环境,促进致龋细菌生长和牙釉质的酸溶解。而目前可用的抗菌方式仅限于广谱药物,这些药物缺乏针对致龋生物膜的功效和靶向特异性,并且对龋齿的作用有限。为了克服这些挑战,需要新的抗生物膜策略来针对高危人群中发现的高致龋(糖暴露和口腔卫生差)条件下的产酸特性。

牙刷进入机器人时代

说人话就是,有没有可能提前解决问题,将致龋生物膜的形成扼杀在摇篮之中,不要让它形成?

牙刷可不可以?自从牙刷进入“棒上刷毛”时代之后,这几十年来,对它的颠覆性改变可以说几乎为零。充其量不过是从手动转化为电动,或是毛刷软硬程度的区别,亦或是牙线的材质是液态还是固态。

有没有想过,有朝一日,一个变形的机器人可能会集牙刷、漱口水和牙线于一身,并能指数级地提升口腔卫生状况?

宾夕法尼亚大学的团队已经做到了。该校的一个多学科团队创造了一种新颖的自动化方式,通过机器人执行日常刷牙和使用牙线等平凡但至关重要的任务。对于刷牙手残党来说,这应该是一个特别有价值的系统。

这些微型机器人的组成部分是具有催化和磁活性的氧化铁纳米颗粒,称为 ferumoxytol (FerIONP),它可以通过催化过氧化氢的酸性 pH 活化来破坏致龋生物膜。

研究人员进行了一项随机交叉研究,其中在有利于龋齿的环境下,使用带有植入天然牙釉质的可穿戴口腔内矫治器,对人类受试者进行 FerIONP 治疗。研究发现,FerIONP 对含有变形链球菌(一种致龋病原体)的生物膜显示出有效的抗菌特异性。进一步的分析表明,FerIONP 通过葡聚糖结合机制优先与变形链球菌结合,产生的活性氧 (ROS) 选择性地杀死病原体——这双重功能证明了催化氧化铁纳米颗粒(纳米酶)作为针对口腔传染病的靶向纳米药物的潜在治疗应用。

利用磁场,研究人员可以引导他们的运动并配置形成刷毛状结构,将牙菌斑从牙齿的宽阔表面上扫除,或者将这些颗粒形成细长的细绳,像牙线一样在牙齿之间滑动。在这两种情况下,催化反应都会驱动纳米颗粒产生抗菌剂,从而在现场杀死有害的口腔细菌。

对于那些缺乏手动灵巧性来有效清洁牙齿的人,甚至对于老人和残疾人来说,这一发明特别友好。

发明团队表示,“无论你的牙齿是直牙还是错位,它都会适应不同的表面,该系统可以适应口腔中的所有角落和缝隙。”

研究人员通过各种技术优化了微型机器人在一小块齿状材料上的运动。然后,他们使用基于牙科诊所人类牙齿扫描的 3D 打印牙齿模型,测试了微型机器人适应牙齿表面、齿间表面和牙龈线的复杂地形的性能。最后,他们在真实的人类牙齿上试验了微型机器人,这些牙齿以模仿口腔中牙齿位置的方式安装。

在模拟和真人牙齿上使用该系统进行的实验表明,机器人组件可以适应各种形状,几乎可以消除导致蛀牙和牙龈疾病的粘性生物膜。在这些不同的表面上,研究人员发现微型机器人系统可以有效地消除生物膜,清除所有可检测到的病原体。

而且氧化铁纳米颗粒,这是一种已被 FDA 批准用于其他用途,并且在动物模型上对刷毛形成的测试表明,它们不会伤害牙龈组织。

实际上,该系统是完全可编程的。该团队的机器人专家和工程师利用磁场的变化,来精确调整微型机器人的运动以及控制刷毛的刚度和长度。研究人员发现,刷毛的尖端可以做得足够坚固以去除生物膜,但又足够柔软以避免损坏牙龈。

可调节性也就意味着该系统具有可定制性,可以使其足够温和以供临床使用,而且可以个性化,能够适应患者口腔的独特情况。

       原文标题 : 牙刷进入机器人时代

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