מיקרורובוטים משנים צורה יכולים לצחצח ולהשתמש בחוט דנטלי: מערכת דיבורית יכולה להפוך ביעילות את הטיפול והסרה של חיידקים ורובד שיניים הגורמים לעששת, כך עולה ממחקר.

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
X-ray_Promo1


מיקרו-נחיל רובוטי משנה צורה עשוי יום אחד לפעול כמברשת שיניים, שטיפה וחוט דנטלי באחד. הטכנולוגיה, שפותחה על ידי צוות רב תחומי באוניברסיטת פנסילבניה, מוכנה להציע דרך חדשה ואוטומטית לבצע את המשימות היומיומיות השגרתיות אך הקריטיות של צחצוח צחצוח וחוט דנטלי. זוהי מערכת שיכולה להיות בעלת ערך במיוחד עבור אלה שחסרים את המיומנות הידנית לנקות את השיניים ביעילות בעצמם.

אבני הבניין של מיקרורובוטים אלה הם חלקיקי תחמוצת ברזל שיש להם פעילות קטליטית ומגנטית כאחד. באמצעות שדה מגנטי, חוקרים יכולים לכוון את התנועה והתצורה שלהם ליצירת מבנים דמויי זיפים שגורפים רובד שיניים מהמשטחים הרחבים של השיניים, או מיתרים מוארכים שיכולים להחליק בין השיניים כמו חוט דנטלי. בשני המקרים, תגובה קטליטית מניעה את הננו-חלקיקים לייצר חומרים אנטי-מיקרוביאליים שהורגים חיידקי פה מזיקים באתר.

ניסויים בשימוש במערכת זו על שיניים מדומה ואמיתיות של בני אדם הראו שהמכלולים הרובוטים יכולים להתאים למגוון צורות כדי כמעט לחסל את הביולוגים הדביקים המובילים לחורים ולמחלות חניכיים. צוות פן שיתף בכתב העת את ממצאיו על ביסוס הוכחת קונספט למערכת הרובוטית ACS Nano.

"טיפול פה שגרתי הוא מסורבל ויכול להוות אתגרים עבור אנשים רבים, במיוחד אלה שמתקשים לנקות את השיניים שלהם" אומר היון (מישל) קו, פרופסור במחלקה לאורתודונטיה ובחטיבות לבריאות הפה הקהילתית ורפואת שיניים לילדים בבית הספר של פן לרפואת שיניים ומחבר שותף במחקר. "אתה צריך לצחצח שיניים, ואז להשתמש בחוט דנטלי, ואז לשטוף את הפה; זה תהליך ידני, רב-שלבי. החידוש הגדול כאן הוא שמערכת הרובוטיקה יכולה לעשות את כל השלושה בצורה אחת, ללא ידיים, ואוטומטית. ."

"ניתן לעצב ולשלוט בננו-חלקיקים באמצעות שדות מגנטיים בדרכים מפתיעות", אומר אדוארד סטייגר, חוקר מחקר בכיר בבית הספר להנדסה ומדע יישומי של פן ומחבר שותף. "אנחנו יוצרים זיפים שיכולים להאריך, לטאטא, ואפילו להעביר קדימה ואחורה על פני חלל, בדומה לחוט דנטלי. הדרך שבה זה עובד דומה לאופן שבו זרוע רובוטית עשויה להושיט יד ולנקות משטח. ניתן לתכנת את המערכת לעשות זאת. מכלול הננו-חלקיקים ובקרת התנועה באופן אוטומטי."

משבש את הטכנולוגיה לטיפול בפה

"העיצוב של מברשת השיניים נותר ללא שינוי יחסית במשך אלפי שנים", אומר קו.

בעוד שהוספת מנועים חשמליים העלתה את הפורמט הבסיסי של 'זיפים על מקל', הרעיון הבסיסי נשאר זהה. "זו טכנולוגיה שלא נפגעה כבר עשרות שנים".

לפני מספר שנים, חוקרי פן מהמרכז לחדשנות ודיוק שיניים (CiPD), שקו הוא מנהל שותף שלו, נקטו צעדים לקראת שיבוש גדול, תוך שימוש במערכת מיקרורובוטיקה זו.

החדשנות שלהם נבעה מקצת של שלווה. קבוצות מחקר הן ברפואת שיניים של פן והן בפן הנדסה התעניינו בננו-חלקיקים של תחמוצת ברזל אך מסיבות שונות מאוד. הקבוצה של קו הסתקרנה מהפעילות הקטליטית של הננו-חלקיקים. הם יכולים להפעיל מי חמצן כדי לשחרר רדיקלים חופשיים שיכולים להרוג חיידקים הגורמים לעששת ולפגוע ביופילמים של רובד שיניים. בינתיים Steager ועמיתים להנדסה, כולל דין ויג'אי קומאר ופרופסור Kathleen Stebe, מנהלת שותפה של CiPD, חקרו את הננו-חלקיקים האלה כאבני בניין של מיקרורובוטים הנשלטים מגנטית.

בתמיכת Penn Health Tech והמכון הלאומי למחקר שיניים וגולגולתי של המכון הלאומי לבריאות, נישאו משתפי הפעולה של פן עם שני היישומים בעבודה הנוכחית, תוך בניית פלטפורמה לשליטה אלקטרומגנטית במיקרורובוטים, המאפשרת להם לאמץ תצורות שונות ולשחרר חומרים אנטי-מיקרוביאליים באתר כדי לטפל ביעילות ולנקות שיניים.

"זה לא משנה אם יש לך שיניים ישרות או שיניים לא מיושרות, זה יתאים למשטחים שונים", אומר קו. "המערכת יכולה להתאים את עצמה לכל פינות הפה בחלל הפה".

החוקרים ייעלו את תנועות המיקרורובוטים על לוח קטן של חומר דמוי שן. לאחר מכן, הם בדקו את הביצועים של המיקרורובוטים תוך התאמת הטופוגרפיה המורכבת של משטח השן, המשטחים הבין-דנטליים וקו החניכיים, תוך שימוש במודלים של שיניים מודפסים בתלת מימד המבוססים על סריקות של שיניים אנושיות ממרפאת השיניים. לבסוף, הם ניסו את המיקרו-רובוטים על שיניים אנושיות אמיתיות שהותקנו בצורה כזו שיחקה את מיקום השיניים בחלל הפה.

על משטחים שונים אלה, החוקרים מצאו שמערכת המיקרורובוטיקה יכולה לחסל ביעילות סרטי ביופילם, ולנקות אותם מכל הפתוגנים הניתנים לזיהוי. ננו-חלקיקי תחמוצת הברזל אושרו על ידי ה-FDA לשימושים אחרים, ובדיקות של תצורות הזיפים במודל של בעלי חיים הראו שהם לא פגעו ברקמת החניכיים.

אכן, המערכת ניתנת לתכנות מלאה; הרובוטים והמהנדסים של הצוות השתמשו בווריאציות בשדה המגנטי כדי לכוון במדויק את תנועות המיקרורובוטים וכן לשלוט בקשיחות ובאורך הזיפים. החוקרים מצאו כי ניתן להפוך את קצות הזיפים למוצקים מספיק כדי להסיר ביופילם אך רכים מספיק כדי למנוע נזק לחניכיים.

האופי הניתן להתאמה אישית של המערכת, אומרים החוקרים, יכול להפוך אותה עדינה מספיק לשימוש קליני, אך גם מותאמת אישית, מסוגלת להסתגל לטופוגרפיות הייחודיות של חלל הפה של המטופל.

כדי לקדם את הטכנולוגיה הזו למרפאה, צוות פן ממשיך לייעל את תנועות הרובוטים ולבחון אמצעים שונים להעברת המיקרו-רובוטים באמצעות התקנים מתאימים לפה.

הם להוטים לראות את המכשיר שלהם עוזר לחולים.

"יש לנו את הטכנולוגיה הזו יעילה או יותר כמו צחצוח שיניים וחוט דנטלי, אבל לא דורשת מיומנות ידנית", אומר קו. "נשמח לראות את זה עוזר לאוכלוסייה הגריאטרית ולאנשים עם מוגבלויות. אנחנו מאמינים שזה ישבש את השיטות הנוכחיות ויקדם באופן משמעותי את טיפולי בריאות הפה".

היון (מישל) קו הוא פרופסור במחלקה לאורתודונטיה ובחטיבות לבריאות הפה הקהילתית ורפואת שיניים לילדים בבית הספר לרפואת שיניים ומנהל שותף של המרכז לחדשנות ורפואת שיניים מדויקת באוניברסיטת פנסילבניה.

אדוארד סטייגר הוא חוקר מחקר בכיר בבית הספר להנדסה ומדע יישומי של פן.

המחברים השותפים של קו וסטייגר על המאמר הם Min Jun Oh של Penn Dental Medicine, Alaa Babeer, Yuan Liu, ו-Jingyu Wu של Zhi Ren ו-Penn Engineering, דיוויד א. Issadore, Kathleen J. Stebe ודייאון לי.

עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי המכון הלאומי לחקר שיניים וגולגולת פנים (מענקים DE025848 ו-DE029985), פרוקטר אנד גמבל ותוכנית המחקר לפוסט-דוקטורט של אוניברסיטת סונגקיונקוואן.



קישור לכתבת המקור – 2022-07-06 02:41:42

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר