萬博 發(fā)自 凹非寺量子位 | 公眾號 QbitAI
果然，人類科技進步的原動力，就是懶惰。
從洗碗機到掃地機器人，現(xiàn)在連刷牙微型機器人都來了！
而且這種微型機器人，還具備牙醫(yī)助手的功能：
不僅能夠根據(jù)微型機器人構成材料的化學特性，清理導致蛀牙的牙齒生物膜和細菌，還能采集口腔中的病菌，幫助診斷口腔問題。
研究成果一經發(fā)表就引起熱議，有網(wǎng)友甚至已經開始暢想，以后會不會連牙醫(yī)都不需要了？
看網(wǎng)名，這位老哥自己應該就是一位牙醫(yī)，職業(yè)危機意識很敏感呀 （手動狗頭）
機器人怎么幫你刷牙？
可變形，能除垢，還能為牙醫(yī)采集診斷資料，是這種刷牙微型機器人的3大功能。
實現(xiàn)這些功能的背后原理，是同時利用了氧化鐵納米顆粒（IONP）的磁場控制和化學特性。
具體來看：
IONP可以通過改變磁場進行形態(tài)的變化，相信大家都看過類似這樣的視頻：
而這一原理，目前已經被廣泛運用于醫(yī)學領域，刷牙微型機器人，也正是以IONP為載體實現(xiàn)的。
首先，為了能對IONP進行可控變形，研究團隊設計了一個具有機器人原理的磁場控制平臺，能夠通過改變磁場，來組裝、重新配置和驅動IONP的上層結構。
通過這個控制平臺，IONP就可以變成具備一定剛性，類似于鬃毛一樣的形態(tài)，這些鬃毛可以像牙刷一樣，刺穿牙齒表面的生物膜，直達牙垢覆蓋面進行清理。
而且，這些“鬃毛”還有一個能力，就是長度、覆蓋面積可控，研究團隊在對IONP懸浮液進行實驗時發(fā)現(xiàn)，“鬃毛”長度和覆蓋面積取決于3個因素：
- IONP懸浮液濃度，濃度越高長度越長；
- 流體拖拽力的速度，IONP會跟著磁場來回運動，當磁場拖拽速度更快的時候，IONP之間的內聚力被破壞，長度就會變短；
- 磁場強度也是因素之一，“鬃毛”長度與磁場強度之間，存在正相關關系。
在實驗的過程中，研究團隊通過改變IONP的內聚力和剛性，實現(xiàn)了IONP在復雜表面的運動和清理。
在之后的實驗中，研究團隊用3D打印復制了一個人類口腔結構，在上述實驗的基礎上，成功實現(xiàn)了IONP的“牙線”形態(tài)，在細菌集結的牙齒縫隙中起到清理作用。
牙刷微型機器人的除垢能力，依靠的是IONP的化學特性。
在此之前，已經有研究表明，IONP具有過氧化物酶樣活性，可以催化過氧化氫達到抗菌效果，而IONP也已經被應用于生物膜的處理。
研究團隊在一塊固定的幾何板上，精確引導IONP到需要清理的病菌區(qū)，IONP“鬃毛”與生物膜直接接觸，同時在靠近病菌區(qū)的地方通過催化過氧化氫產生的活性氧，實現(xiàn)了原位殺滅細菌。
為了驗證收集診斷資料的能力，研究團隊使用了一種白色念珠菌——一種細菌和真菌的病原體——通常存在于牙齒表面的生物膜中。
研究團隊在收集了上述階段的生物膜樣品后，發(fā)現(xiàn)活性細菌和真菌都存在于IONP的“鬃毛”內。
這也證明IONP在清理過程中，可以將活性的病菌帶出并作為牙醫(yī)診斷口腔問題的證據(jù)。
綜上所述，以IONP作為載體的刷牙機器人，在理論上可以實現(xiàn)口腔清潔、診斷的能力，但能否真正在人體中工作，還需要證明一件事：
IONP會不會對生物口腔產生損壞。
為此，研究團隊專門進行了生物相容性的分析，用IONP對一個體外豬頜模型進行處理。
實驗結果發(fā)現(xiàn)，“刷牙”10分鐘后，豬頜牙齦組織并沒有受到損傷，而且IONP也沒有顯示出細胞毒性。
也就是說，以IONP為載體的概念牙刷微型機器人，理論上可以投入應用。
研究團隊目前正在持續(xù)優(yōu)化刷牙微型機器人的運動控制，并考慮開發(fā)一種口腔貼合設備，降低刷牙微型機器人的使用門檻。
怎么樣，這么厲害的刷牙微型機器人，你就不想來一個？
作者介紹
研究來自賓夕法尼亞大學的口腔醫(yī)學學院和工程與應用科學學院，成果已經發(fā)表在《ACS納米》雜志上。
通訊作者Edward Steager博士，賓夕法尼亞大學高級研究調查員，博士后研究員。研究領域涉及自動化與機器人，微型機器人機電一體化等等。
共同通訊作者Hyun Koo博士，賓夕法尼亞大學牙科醫(yī)學院教授，主要研究領域包括生物外基質、生物膜內微環(huán)境、以及EPS的產生和嵌入基質病原體之間的關系。
參考鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c01950
https://penntoday.upenn.edu/news/penn-dental-engineering-shapeshifting-microrobots-can-brush-and-floss-teeth
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