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2022年8月，來自賓夕法尼亞牙科醫(yī)學(xué)及其創(chuàng)新與精確牙科中心（CiPD）的研究人員表明，微型機(jī)器人可以被高精度遙控進(jìn)入難以到達(dá)的根管表面，治療和破壞生物膜，甚至檢索樣本進(jìn)行診斷，從而實(shí)現(xiàn)更個性化的治療計(jì)劃。賓夕法尼亞大學(xué)的研究小組在八月份的《Journal of Dental Research》上分享了他們關(guān)于使用兩種不同的微機(jī)器人平臺進(jìn)行牙髓治療的發(fā)現(xiàn)。

“該技術(shù)可以使多模態(tài)功能在難以到達(dá)的空間中實(shí)現(xiàn)生物膜的受控，精確靶向，獲得微生物樣品并執(zhí)行靶向藥物遞送，”該研究的主要作者，賓夕法尼亞牙科牙科醫(yī)學(xué)牙科博士（DScD）和牙髓病學(xué)聯(lián)合主任Alaa Babeer博士說。

▲紅色箭頭所指示的磁制動3D微型機(jī)器人被精確控制，

以達(dá)到根管的頂端區(qū)域

（圖源：賓夕法尼亞大學(xué)）

在這兩個平臺中，微型機(jī)器人的構(gòu)建塊是氧化鐵納米顆粒（NPs），它們具有催化和磁性活性，并已被FDA批準(zhǔn)用于其他用途。在第一個平臺中，磁場用于將NPs集中在聚集的微錘中，并將它們磁性地控制到牙齒的頂端區(qū)域，以通過催化反應(yīng)破壞和回收生物膜。第二個平臺使用3D打印來創(chuàng)建嵌入氧化鐵NP的小型螺旋形機(jī)器人。這些螺旋體被磁場引導(dǎo)到根管內(nèi)移動，運(yùn)輸可以在現(xiàn)場釋放的生物活性物質(zhì)或藥物。

“一個重要的方面是該技術(shù)具有診斷和治療應(yīng)用的能力。在microswarm平臺中，我們不僅可以去除生物膜，還可以檢索它，使我們能夠識別導(dǎo)致感染的微生物。此外，與目前使用的銼件和儀器技術(shù)相比，能夠適應(yīng)根管內(nèi)狹窄且難以到達(dá)的空間，從而實(shí)現(xiàn)更有效的消毒。

微型機(jī)器人系統(tǒng)

這種微機(jī)器人系統(tǒng)是賓夕法尼亞牙科醫(yī)學(xué)和賓夕法尼亞工程公司之間已經(jīng)持續(xù)了幾年的協(xié)作工作的產(chǎn)物。在ACS Nano最近進(jìn)行的一項(xiàng)單獨(dú)研究中，Koo博士及其同事構(gòu)建了電磁控制微型機(jī)器人的平臺，在這種情況下，使氧化鐵NP的微切片采用不同的配置并在現(xiàn)場釋放抗菌劑，以有效治療和去除牙齒上的牙菌斑。

“我們看到微機(jī)器人系統(tǒng)在家庭口腔護(hù)理和牙科診所的潛在應(yīng)用，為臨床醫(yī)生提供更精確和有效的工具”Koo博士說。

為了確定牙髓微機(jī)器人系統(tǒng)破壞和檢索根管生物膜的有效性，研究人員與賓夕法尼亞牙科醫(yī)學(xué)內(nèi)膜學(xué)系主任Bekir Karabucak博士合作，在垂直放置的3D打印牙齒復(fù)制品中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在牙齒復(fù)制品內(nèi)制備了含有牙髓細(xì)菌（戈登鏈球菌，糞腸球菌，梭桿菌核桿菌和以色列放線菌）的混合生物膜，并將NP懸浮液引入根管。使用電磁鐵，創(chuàng)建并精確控制NP的微體以破壞生物膜。在對收集的生物膜進(jìn)行分析后，他們發(fā)現(xiàn)所有四個物種都被檢測到，并且使用顯微鏡，所有納米顆粒似乎都從根管中移除。

打破常規(guī)

測試的第二個系統(tǒng)利用氧化鐵NP作為構(gòu)建塊的靈活性，并涉及創(chuàng)建模制機(jī)器人系統(tǒng)。螺旋體（兩個纏繞在中心軸上的螺旋）形式的軟開瓶器狀模具被3D打印并填充NP嵌入的凝膠。使用磁場，螺旋體被證明可以高效率地穿過運(yùn)河，以實(shí)現(xiàn)生物膜的化學(xué)和機(jī)械破壞。特別值得注意的是，在根管的頂端區(qū)域?yàn)槁菪w加載治療藥物的額外能力，其中感染與周圍組織非常接近。

此外，研究小組展示了使用現(xiàn)有的成像技術(shù)（如口內(nèi)掃描儀，牙科X射線和錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描）實(shí)時跟蹤微型機(jī)器人的獨(dú)特能力，這些技術(shù)能夠在完整的牙管中定位螺旋體。

“重要的是，我們在離體模型中證明，機(jī)器人可以被磁場控制，而不會被牙齒周圍的軟組織和硬組織打斷。此外，它們從管道的頂部到底部都顯示出巨大的可操作性”Karabucak博士指出，測試的兩種牙髓系統(tǒng)的磁場將由口腔中的小型裝置產(chǎn)生。

應(yīng)用廣泛

除了增強(qiáng)牙髓治療和組織再生的潛力外，研究人員還認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)可以在醫(yī)學(xué)和工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

“從對導(dǎo)管等醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行消毒到確保清潔的水管線，這項(xiàng)技術(shù)有可能改變遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出牙科醫(yī)學(xué)的領(lǐng)域，”Koo博士補(bǔ)充道。“它可能會改變目前跨學(xué)科的模式。