Um microenxame robótico que muda de forma pode um dia agir como uma escova de dentes, enxágue e fio dental em um. A tecnologia, desenvolvida por uma equipe multidisciplinar da Universidade da Pensilvânia, está pronta para oferecer uma maneira nova e automatizada de realizar as tarefas diárias mundanas, mas críticas, de escovação e uso do fio dental. É um sistema que pode ser particularmente valioso para aqueles que não têm a destreza manual para limpar os dentes de forma eficaz.
Os blocos de construção desses microrrobôs são nanopartículas de óxido de ferro que possuem atividade catalítica e magnética. Usando um campo magnético, os pesquisadores podem direcionar seu movimento e configuração para formar estruturas semelhantes a cerdas que varrem a placa dentária das amplas superfícies dos dentes ou cordas alongadas que podem deslizar entre os dentes como um pedaço de fio dental. Em ambos os casos, uma reação catalítica leva as nanopartículas a produzir antimicrobianos que matam bactérias orais nocivas no local.

Experimentos usando esse sistema em dentes humanos simulados e reais mostraram que os conjuntos robóticos podem se adaptar a uma variedade de formas para quase eliminar os biofilmes pegajosos que levam a cáries e doenças gengivais. A equipe da Penn compartilhou suas descobertas estabelecendo uma prova de conceito para o sistema robótico na revista ACS Nano .

"Os cuidados bucais de rotina são complicados e podem representar desafios para muitas pessoas, especialmente aquelas que têm dificuldade em limpar os dentes", diz Hyun (Michel) Koo, professor do Departamento de Ortodontia e das divisões de Saúde Bucal Comunitária e Odontopediatria da Penn's School de Medicina Dentária e co-autor correspondente no estudo. "Você tem que escovar os dentes, passar fio dental e enxaguar a boca; é um processo manual de várias etapas. A grande inovação aqui é que o sistema robótico pode fazer os três de uma maneira única, sem as mãos e automatizada. ."

"As nanopartículas podem ser moldadas e controladas com campos magnéticos de maneiras surpreendentes", diz Edward Steager, pesquisador sênior da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Penn e autor co-correspondente. "Formamos cerdas que podem se estender, varrer e até mesmo se transferir para frente e para trás em um espaço, muito parecido com o uso do fio dental. A maneira como ele funciona é semelhante a como um braço robótico pode estender a mão e limpar uma superfície. O sistema pode ser programado para fazer o conjunto de nanopartículas e controle de movimento automaticamente."

Inovando a tecnologia de higiene bucal

"O design da escova de dentes permaneceu relativamente inalterado por milênios", diz Koo.

Enquanto a adição de motores elétricos elevou o 'formato de cerdas em um bastão' básico, o conceito fundamental permaneceu o mesmo. "É uma tecnologia que não foi interrompida em décadas."

Vários anos atrás, pesquisadores da Penn do Centro de Inovação e Odontologia de Precisão (CiPD), do qual Koo é codiretor, deram passos em direção a uma grande disrupção, usando esse sistema de microrrobótica.

Sua inovação surgiu de um pouco de serendipidade. Grupos de pesquisa na Penn Dental Medicine e na Penn Engineering estavam interessados ​​em nanopartículas de óxido de ferro, mas por razões muito diferentes. O grupo de Koo ficou intrigado com a atividade catalítica das nanopartículas. Eles podem ativar o peróxido de hidrogênio para liberar radicais livres que podem matar as bactérias causadoras da cárie dentária e degradar os biofilmes da placa dentária. Enquanto isso, Steager e colegas de engenharia, incluindo Dean Vijay Kumar e a professora Kathleen Stebe, co-diretora do CiPD, estavam explorando essas nanopartículas como blocos de construção de microrrobôs controlados magneticamente.

Com o apoio da Penn Health Tech e do National Institutes of Health's National Institute of Dental and Craniofacial Research, os colaboradores da Penn casaram as duas aplicações no trabalho atual, construindo uma plataforma para controlar eletromagneticamente os microrrobôs, permitindo que adotem diferentes configurações e liberem antimicrobianos no local para tratar e limpar eficazmente os dentes.

“Não importa se você tem dentes retos ou desalinhados, ele se adapta a diferentes superfícies”, diz Koo. "O sistema pode se ajustar a todos os cantos e recantos da cavidade oral."

Os pesquisadores otimizaram os movimentos dos microrrobôs em uma pequena placa de material semelhante a um dente. Em seguida, eles testaram o desempenho dos microrrobôs ajustando-se à topografia complexa da superfície do dente, superfícies interdentais e linha da gengiva, usando modelos de dentes impressos em 3D baseados em escaneamentos de dentes humanos da clínica odontológica. Finalmente, eles testaram os microrrobôs em dentes humanos reais que foram montados de forma a imitar a posição dos dentes na cavidade oral.

Nessas várias superfícies, os pesquisadores descobriram que o sistema de microrrobótica poderia efetivamente eliminar biofilmes, limpando-os de todos os patógenos detectáveis. As nanopartículas de óxido de ferro foram aprovadas pela FDA para outros usos, e testes das formações de cerdas em um modelo animal mostraram que elas não danificam o tecido gengival.

De fato, o sistema é totalmente programável; os roboticistas e engenheiros da equipe usaram variações no campo magnético para ajustar com precisão os movimentos dos microrrobôs, bem como controlar a rigidez e o comprimento das cerdas. Os pesquisadores descobriram que as pontas das cerdas podem ser firmes o suficiente para remover biofilmes, mas macias o suficiente para evitar danos às gengivas.

A natureza personalizável do sistema, dizem os pesquisadores, pode torná-lo suave o suficiente para uso clínico, mas também personalizado, capaz de se adaptar às topografias únicas da cavidade oral de um paciente.

Para avançar essa tecnologia para a clínica, a equipe da Penn continua otimizando os movimentos dos robôs e considerando diferentes meios de entregar os microrrobôs por meio de dispositivos de encaixe na boca.

Eles estão ansiosos para ver seu dispositivo ajudar os pacientes.

"Temos essa tecnologia que é tão ou mais eficaz quanto escovar os dentes e passar fio dental, mas não requer destreza manual", diz Koo. "Adoraríamos ver isso ajudando a população geriátrica e as pessoas com deficiências. Acreditamos que vai atrapalhar as modalidades atuais e avançar muito na saúde bucal." + Explorar mais

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