ابتكر العلماء روبوتات صغيرة يمكنها تنظيف أسنانك وتنظيفها تلقائيًا
أظهر باحثون من جامعة بنسلفانيا في دراسة لإثبات صحة الفكرة أن الجهاز الذي يعمل بدون استخدام اليدين يمكن أن ينجح في أتمتة معالجة وإزالة البلاك والبكتيريا التي تسبب تسوس الأسنان.
في المستقبل، قد يعمل الدفء الميكروي الآلي المتغير الشكل كفرشاة أسنان، وشطف، وخيط تنظيف الأسنان في جهاز واحد.
التكنولوجيا، التي أنشأها فريق متعدد التخصصات في جامعة بنسلفانيا، لديها القدرة على توفير طريقة آلية جديدة تمامًا لتنفيذ المهام اليومية المتكررة والمهمة المتمثلة في تنظيف الأسنان بالفرشاة والخيط.
بالنسبة للأشخاص الذين يفتقرون إلى البراعة اليدوية لتنظيف أسنانهم بكفاءة بمفردهم، قد يكون هذا النظام مفيدًا للغاية.
تتكون هذه الروبوتات الدقيقة من جزيئات أكسيد الحديد النانوية بخصائص تحفيزية ومغناطيسية.
تمكن الباحثون من التحكم في حركتهم وتكوينهم باستخدام مجال مغناطيسي إما لإنتاج هياكل تشبه الشعيرات التي تزيل البلاك من الأسطح العريضة للأسنان أو الخيوط الطويلة التي يمكن أن تنزلق بين الأسنان مثل قطعة من الخيط.
في كلتا الحالتين، تكون الجسيمات النانوية مدفوعة برد فعل تحفيزي لإطلاق مضادات الميكروبات التي تقضي على البكتيريا الفموية الضارة في الموقع.
يشرح مخطط المعلومات الخواص المغناطيسية والحفازة لجسيمات أكسيد الحديد النانوية وتجميعها في أشكال شبيهة بالخيط والخيط. الائتمان: ميليسا باباس / بن الهندسة
أظهرت التجارب باستخدام هذا النظام على أسنان بشرية وهمية وحقيقية أن التجمعات الآلية يمكن أن تتوافق مع مجموعة متنوعة من الأشكال للتخلص تقريبًا من الأغشية الحيوية اللاصقة التي تؤدي إلى تسوس الأسنان وأمراض اللثة. شارك فريق Penn النتائج التي توصلوا إليها في إنشاء إثبات لمفهوم النظام الآلي في مجلة ACS Nano .
يقول هيون (ميشيل) كو ، الأستاذ في قسم تقويم الأسنان وأقسام صحة الفم المجتمعية وطب أسنان الأطفال في كلية طب الأسنان بجامعة بنسلفانيا ومؤلف مشارك مشارك في الدراسة.
“عليك أن تغسل أسنانك بالفرشاة، ثم تنظف أسنانك بالخيط، ثم تشطف فمك؛ إنها عملية يدوية متعددة الخطوات. يتمثل الابتكار الكبير هنا في أن نظام الروبوتات يمكنه عمل الثلاثة بطريقة آلية واحدة بدون استخدام اليدين “.
يقول إدوارد ستيغر ، كبير الباحثين في كلية بنسلفانيا للهندسة والعلوم التطبيقية والمؤلف المشارك: “يمكن تشكيل الجسيمات النانوية والتحكم فيها باستخدام الحقول المغناطيسية بطرق مدهشة”.
“نحن نشكل شعيرات يمكن أن تمتد وتكتسح وحتى تنتقل ذهابًا وإيابًا عبر مساحة، مثل الخيط إلى حد كبير.
تشبه طريقة عملها الطريقة التي قد تصل بها ذراع آلية إلى سطح وتنظفه. يمكن برمجة النظام للقيام بتجميع الجسيمات النانوية والتحكم في الحركة تلقائيًا. “
تعطيل تقنية العناية بالفم
يقول كو: “ظل تصميم فرشاة الأسنان دون تغيير نسبيًا لآلاف السنين”.
بينما أدت إضافة المحركات الكهربائية إلى رفع المستوى الأساسي “للشكل الخشن على عصا”، ظل المفهوم الأساسي كما هو. “إنها تقنية لم تتعطل منذ عقود.”
قبل عدة سنوات، اتخذ باحثو جامعة بنسلفانيا في مركز الابتكار وطب الأسنان الدقيق (CiPD)، والذي يعد كو مديرًا مشاركًا فيه، خطوات نحو حدوث اضطراب كبير باستخدام نظام الروبوتات الدقيقة هذا.
نشأ ابتكارهم من القليل من الصدفة. كانت المجموعات البحثية في كل من Penn Dental Medicine و Penn Engineering مهتمة بجسيمات أكسيد الحديد النانوية ولكن لأسباب مختلفة جدًا.
كانت مجموعة كو مفتونة بالنشاط التحفيزي للجسيمات النانوية. يمكنهم تنشيط بيروكسيد الهيدروجين لإطلاق الجذور الحرة التي يمكن أن تقتل البكتيريا المسببة لتسوس الأسنان وتحلل الأغشية الحيوية للوحة الأسنان.
في هذه الأثناء، كان ستيغر وزملاؤه في الهندسة، بمن فيهم دين فيجاي كومار والبروفيسور كاثلين ستيبي ، المدير المشارك لـ CiPD ، يستكشفون هذه الجسيمات النانوية باعتبارها لبنات بناء للروبوتات الدقيقة التي يتم التحكم فيها مغناطيسيًا.
بدعم من Penn Health Tech والمعهد الوطني لأبحاث طب الأسنان والوجه القحفي التابع للمعاهد الوطنية للصحة، قام متعاونو Penn بتزوج التطبيقين في العمل الحالي، حيث قاموا ببناء منصة للتحكم الكهرومغناطيسي في الروبوتات الدقيقة، مما يمكنهم من تبني تكوينات مختلفة وإطلاق مضادات الميكروبات في الموقع لعلاج الأسنان وتنظيفها بشكل فعال.
يقول كو: “لا يهم إذا كان لديك أسنان مستقيمة أو أسنان منحرفة، فسوف تتكيف مع الأسطح المختلفة”. “يمكن للنظام التكيف مع جميع الزوايا والشقوق في تجويف الفم.”
قام الباحثون بتحسين حركات الروبوتات الصغيرة على لوح صغير من مادة تشبه الأسنان.
بعد ذلك، اختبروا أداء الروبوتات الدقيقة في التكيف مع التضاريس المعقدة لسطح الأسنان والأسطح بين الأسنان وخط اللثة، باستخدام نماذج الأسنان المطبوعة ثلاثية الأبعاد بناءً على عمليات مسح الأسنان البشرية من عيادة الأسنان.
أخيرًا، قاموا بتجربة الروبوتات الدقيقة على أسنان بشرية حقيقية تم تركيبها بطريقة تحاكي وضع الأسنان في تجويف الفم.
على هذه الأسطح المختلفة، وجد الباحثون أن نظام الميكروبيوتيك يمكن أن يقضي بشكل فعال على الأغشية الحيوية، ويزيلها من جميع مسببات الأمراض التي يمكن اكتشافها.
تمت الموافقة على جزيئات أكسيد الحديد النانوية لاستخدامات أخرى، وأظهرت اختبارات تشكيلات الشعر الخشن على نموذج حيواني أنها لا تضر بأنسجة اللثة.
في الواقع، النظام قابل للبرمجة بالكامل؛ استخدم علماء الروبوتات والمهندسون في الفريق اختلافات في المجال المغناطيسي لضبط حركات الروبوتات الدقيقة بدقة وكذلك التحكم في صلابة الشعيرات وطولها.
وجد الباحثون أن أطراف الشعيرات يمكن أن تكون صلبة بدرجة كافية لإزالة الأغشية الحيوية ولكنها ناعمة بدرجة كافية لتجنب تلف اللثة.
يقول الباحثون إن الطبيعة القابلة للتخصيص للنظام يمكن أن تجعله لطيفًا بدرجة كافية للاستخدام السريري، ولكنه أيضًا مخصصًا وقادرًا على التكيف مع التصميمات الطوبوغرافية الفريدة لتجويف فم المريض.
لتطوير هذه التكنولوجيا في العيادة، يواصل فريق Penn تحسين حركات الروبوتات والنظر في الوسائل المختلفة لتوصيل الروبوتات الدقيقة من خلال أجهزة ملائمة للفم.
إنهم حريصون على رؤية أجهزتهم تساعد المرضى.
يقول كو: “لدينا هذه التقنية التي تعادل أو أكثر فاعلية مثل تنظيف الأسنان بالفرشاة والخيط ولكنها لا تتطلب مهارة يدوية”.
“نود أن نرى هذا يساعد المسنين والأشخاص ذوي الإعاقة. نعتقد أنه سيعطل الأساليب الحالية وسيقدم رعاية صحة الفم بشكل كبير. “
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
