(Noticias de Nanowerk) Un microenjambre robótico en evolución podría algún día funcionar como cepillo de dientes, acondicionador e hilo dental, todo en uno.
La tecnología, desarrollada por un equipo multidisciplinario de la Universidad de Pensilvania, está lista para ofrecer una forma nueva y automatizada de realizar las tareas diarias mundanas pero críticas de cepillarse los dientes y usar hilo dental. Es un sistema que podría ser particularmente valioso para aquellos que carecen de la destreza manual para limpiarse los dientes de manera efectiva por sí mismos.
Los bloques de construcción de estos microrobots son nanopartículas de óxido de hierro que son catalítica y magnéticamente activas. Usando un campo magnético, los investigadores pudieron dirigir su movimiento y configuración para formar estructuras similares a cerdas que eliminan la placa de las amplias superficies de los dientes, o hilos alargados que pueden deslizarse entre los dientes como un trozo de hilo dental. En ambos casos, una reacción catalítica impulsa a las nanopartículas a producir agentes antimicrobianos que eliminan localmente las bacterias dañinas de la boca.
Los experimentos con este sistema en réplicas y dientes humanos reales mostraron que los ensamblajes robóticos pueden adaptarse a una variedad de formas para eliminar casi por completo las biopelículas pegajosas que provocan caries y enfermedades de las encías.
El equipo de Penn compartió sus hallazgos en la creación de una prueba de concepto para el sistema robótico en la revista. ACS nano («Configuraciones robóticas adaptativas de topografía de superficie para la eliminación de biopelículas y detección de patógenos en dientes humanos»).
«El cuidado bucal de rutina es engorroso y puede ser un desafío para muchas personas, especialmente para aquellas que tienen problemas para cepillarse los dientes», dice Hyun (Michel) Koo, profesor del Departamento de Ortodoncia y los Departamentos de Salud Bucal Comunitaria y Odontología Pediátrica de Penn’s. Facultad de Medicina Dental y coautor correspondiente del estudio. “Tienes que cepillarte los dientes, luego usar hilo dental y luego enjuagarte la boca; es un proceso manual de varios pasos. La gran innovación aquí es que el sistema robótico puede hacer las tres cosas de una manera automatizada, sin manos y única”.
«Las nanopartículas pueden moldearse y controlarse de maneras sorprendentes con campos magnéticos», dice Edward Steager, investigador principal de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn y coautor. “Formamos cerdas que pueden expandirse, barrer e incluso moverse hacia adelante y hacia atrás en un espacio, como el hilo dental. Funciona como un brazo robótico extendiéndose y limpiando una superficie. El sistema se puede programar para realizar el ensamblaje de nanopartículas y el control de movimiento automáticamente”.
Tecnología revolucionaria para el cuidado bucal
«El diseño del cepillo de dientes se ha mantenido relativamente sin cambios durante miles de años», dice Koo.
Si bien la adición de motores eléctricos aumentó el formato básico de «cerdas en un palo», el concepto básico sigue siendo el mismo. «Es una tecnología que no ha sido interrumpida en décadas».
Hace unos años, los investigadores de Penn en el Centro de Innovación y Odontología de Precisión (CiPD), del cual Koo es codirector, dieron pasos hacia una gran revolución con este sistema microrobótico.
Su innovación surgió de una pequeña coincidencia. Los grupos de investigación de Penn Dental Medicine y Penn Engineering estaban interesados en las nanopartículas de óxido de hierro, pero por razones muy diferentes. El grupo de Koo estaba fascinado por la actividad catalítica de las nanopartículas. Pueden activar el peróxido de hidrógeno para liberar radicales libres que pueden matar las bacterias que causan caries y descomponer las biopelículas de la placa. Mientras tanto, Steager y sus compañeros ingenieros, incluidos Dean Vijay Kumar y la profesora Kathleen Stebe, codirectora de CiPD, exploraron estas nanopartículas como bloques de construcción para microrobots controlados magnéticamente.
Con el apoyo de Penn Health Tech y los Institutos Nacionales de Investigación Dental y Craneofacial de los Institutos Nacionales de Salud, en el trabajo actual, los colaboradores de Penn vincularon las dos aplicaciones y construyeron una plataforma para controlar electromagnéticamente los microrobots, permitiéndoles realizar varias configuraciones de Asume. y liberar agentes antimicrobianos en el sitio para tratar y limpiar los dientes de manera efectiva.
«No importa si tienes dientes rectos o dientes desalineados, se adapta a diferentes superficies», dice Koo. “El sistema puede adaptarse a todos los rincones y grietas de la cavidad bucal”.
Los investigadores optimizaron los movimientos de los microrobots en una pequeña placa hecha de un material similar a un diente. A continuación, probaron el rendimiento de los microrobots para adaptarse a la compleja topografía de la superficie dental, las superficies interdentales y la línea de las encías, utilizando modelos de dientes impresos en 3D basados en escaneos de dientes humanos de la clínica dental. Finalmente, probaron los microrobots en dientes humanos reales montados para imitar la posición de los dientes en la cavidad oral.
En estas diferentes superficies, los investigadores descubrieron que el sistema microrrobótico podía eliminar eficazmente las biopelículas y eliminar cualquier patógeno detectable. Las nanopartículas de óxido de hierro han sido aprobadas por la FDA para otros usos, y las pruebas de las formaciones de cerdas en un modelo animal mostraron que no dañaron el tejido de las encías.
De hecho, el sistema es totalmente programable; Los robots e ingenieros del equipo utilizaron variaciones en el campo magnético para afinar los movimientos de los microrobots y controlar la rigidez y la longitud de las cerdas. Los investigadores descubrieron que las puntas de las cerdas podían hacerse lo suficientemente firmes para eliminar la biopelícula, pero lo suficientemente suaves para evitar dañar las encías.
La naturaleza personalizable del sistema, dicen los investigadores, podría hacerlo lo suficientemente suave para el uso clínico y al mismo tiempo ser personalizado y capaz de adaptarse a las topografías únicas de la cavidad oral de un paciente.
Para llevar esta innovación a la clínica, el equipo de Penn continúa optimizando los movimientos de los robots y considera varias formas de introducir los microrobots a través de dispositivos que se adaptan a la boca.
Están entusiasmados con su dispositivo para ayudar a las personas en la clínica.
«Tenemos esta tecnología que es al menos tan efectiva como cepillarse los dientes y usar hilo dental, pero no requiere destreza manual», dice Koo. “Nos gustaría ver que esto ayude a la población geriátrica y a las personas con discapacidad. Creemos que interrumpirá las modalidades actuales y hará avanzar significativamente la atención de la salud bucal”.
