Szczoteczki do zębów do kosza. Zastąpią je mikroroboty z tlenku żelaza

Szczoteczka do zębów, pasta do zębów, płyn do płukania i nić dentystyczna - to codzienność dla większości z nas. Choć tych dwóch ostatnich nie stosuje każdy, to mycie zębów jest rutynową czynnością dokonywaną każdego dnia. Jednak niekiedy w pośpiechu - a wieczorem, w zmęczeniu - po prostu zapominamy umyć zębów.

Automatyzacja mycia zębów do pewnego stoopnia oczywiście już istnieje, bowiem na rynku powszechne są szczoteczki elektryczne z różnymi trybami: zwykłe mycie, dokładne, wybielanie. Jednakże jeszcze żadna szczoteczka nie działa w pełni automatycznie, bez kontroli ze strony człowieka. Naukowcy z Uniwersytetu w Pensylwanii podnoszą poprzeczkę, udowadniając, że roboty oprócz mieszkania można wpuścić również do... jamy ustnej. Mikrorobot opracowany przez interdyscyplinarny zespół uczonych zastępuje zarówno szczoteczkę, płyn i nić. Mikrorobot, jak i sterujący nim system, zostały opisane w czasopiśmie ACS Nano.

Amerykańscy uczeni swe mikroroboty stworzyli z nanocząsteczek tlenku żelaza, które wykazują zarówno aktywność katalityczną jak i magnetyczną. Owe właściwości pozwalają naukowcom kontrolować ruch i kształt, tak aby w zależności od potrzeb zmieniły kształt przypominający szczecinę szczotki lub nić dentystyczną. W obu przypadkach reakcja katalityczna napędza nanocząstki do produkcji środków przeciwbakteryjnych, które zabijają szkodliwe bakterie w jamie ustnej - bez wykorzystania dodatkowych środków higienicznych.

Eksperymenty z wykorzystaniem mikrotobotów na sztucznych i prawdziwych ludzkich zębach wykazały, że mikroskopijne "roje" robotów mogą dopasować się do różnych kształtów. Dzięki temu są w stanie eliminować wielokomórkowe struktury bakterii, które prowadzą do ubytków i chorób dziąseł.

Autorski system mikrorobotów czyszczących zęby jest dziełem przypadku. Jak mówią naukowcy, jest on efektem zainteresowania uczonych nanocząsteczkami tlenku żelaza - jednakże z zupełnie innych powodów. Grupę pod przewodnictwem profesora Hyuna Koo zaintrygowała aktywność katalityczna nanocząstek. Bowiem mogą one aktywować nadtlenek wodoru, uwalniając tzw. wolne rodniki - atomy, które nie mają pary, a które mogą zabijać bakterie powodujące próchnicę zębów i degradować biofilmy płytki nazębnej.

W tym samym czasie zespół pod przewodnictwem doktora Edwarda Steagera badali nanocząsteczki tlenku żelaza, chcąc wykorzystać je jako elementy konstrukcyjne mikrorobotów sterowanych magnetycznie.

Oba zespoły naukowców połączyły siły, konstruując platformę do elektromagnetycznego sterowania mikrorobotami, umożliwiając im przyjmowanie różnych konfiguracji i uwalnianie środków przeciwbakteryjnych na miejscu, aby skutecznie leczyć i czyścić zęby.

Naukowcy zoptymalizowali ruchy mikrorobotów na małej płytce materiału przypominającego zęby. Następnie przetestowali wydajność mikrorobotów dostosowujących się do powierzchni zębów, powierzchni międzyzębowych i linii dziąseł. Do pierwszych testów uczeni wykorzystali wydrukowane w 3D modele zębów oparte na skanach ludzkich zębów wykonanych w klinice stomatologicznej. Po udanych próbach badacze podjęli się testowania mikrorobotów na prawdziwych ludzkich zębach.

Oba testy pokazały, że opracowany przez badaczy system mikrorobotów może skutecznie eliminować wielokomórkowe struktury bakterii, oczyszczając powierzchnię zębów ze wszystkich wykrywalnych patogenów. Jak mówią uczeni, nanocząstki tlenku żelaza zostały zatwierdzone przez amerykańską Federalną Agencję ds. Leków i Żywności do innych zastosowań, a testy formacji szczecinowych na modelu zwierzęcym wykazały, że nie szkodziły one tkance dziąseł.

Jak mówią uczeni, opracowany przez nich system mikrorobotów jest w pełni programowalny. Robotycy i inżynierowie zespołu wykorzystali zmiany w polu magnetycznym, aby precyzyjnie dostroić ruchy mikrorobotów, jak również kontrolować sztywność i długość "włosów" szczoteczki. Badacze odkryli, że końcówki szczeciny szczoteczki mogą być wystarczająco twarde, aby usuwać biofilmy, ale jednocześnie wystarczająco miękkie, aby uniknąć uszkodzenia dziąseł.

Jak twierdzą, dzięki możliwości dostosowania systemu do indywidualnych potrzeb, może on być wystarczająco delikatny do użytku klinicznego, ale również spersonalizowany, zdolny do dostosowania się do unikalnych kształtów tak zębów jak i jamy ustnej pacjenta.