Умный зубной имплантат устойчив к бактериям и вырабатывает электричество

blank

Исследователи из Пенсильванского университета разрабатывают умный зубной имплант, который противостоит росту бактерий и генерирует собственное электричество за счет чистки и жевания.

Имплантаты устанавливаются гораздо надежнее, чем зубные протезы или мосты, что означает технологический скачок в стоматологической медицине. Хотя они рассчитаны на срок службы 20 или более лет, однако многие из них не работают и нуждаются в замене всего за пять лет. Это связано с местными проблемами с воспалением или заболеванием, требующими другой инвазивной и дорогостоящей процедуры.

«Мы хотели решить эту проблему, и поэтому мы придумали новый инновационный имплант», — сказал профессор Гилсу Хван, бывший инженер, который сейчас работает в школе стоматологической медицины в Пенсильвании.

Хван объяснил, что имплант объединяет две важные технологии. Один из них — это наполненный наночастицами материал, который препятствует росту бактерий. Другой — встроенный источник света, питаемый естественными движениями рта, такими как жевание и чистка зубов, для фототерапии. Хван и его коллеги надеются, что их новая платформа может найти применение не только в зубных имплантатах, но и в других технологиях, таких как будущие замены суставов.

«Фототерапия может помочь в решении самых разных проблем со здоровьем», — говорит Хван. «Но после того, как биоматериал имплантирован, заменить или перезарядить батарею будет непрактично. Мы используем пьезоэлектрический материал, который может генерировать электрическую энергию от естественных движений полости рта для подачи света, который может проводить фототерапию, и мы обнаружили, что он может успешно защитить ткань десны от бактериального заражения ».

Исследователи использовали титанат бария (BTO). Он обладает пьезоэлектрическими свойствами, которые используются в таких приложениях, как конденсаторы и транзисторы, но он не исследовался в контексте имплантируемых противоинфекционных биоматериалов.Чтобы проверить его потенциал в качестве основы для зубного имплантата, команда сначала использовала диски с наночастицами BTO и подвергла их воздействию Streptococcus mutans : основного компонента бактериальной биопленки, ответственной за зубной налет. Они обнаружили, что диски сопротивляются образованию биопленок дозозависимым образом; те, у кого были более высокие концентрации BTO, лучше предотвращали связывание биопленок.

В то время как более ранние исследования предполагали, что BTO может убивать бактерии напрямую, используя реактивные формы кислорода, генерируемые катализированными светом или реакциями электрической поляризации, Хван и его коллеги пришли к другим выводам из-за кратковременной эффективности и нецелевых эффектов этих подходов. Вместо этого материал генерирует повышенный отрицательный поверхностный заряд, который отталкивает отрицательно заряженные клеточные стенки бактерий. По словам исследователей, вполне вероятно, что это отталкивание будет продолжительным.

«Нам был нужен материал для имплантата, который мог бы противостоять росту бактерий в течение длительного времени, потому что бактериальные инфекции не являются разовой угрозой», — говорит Хван.

Электрогенерирующие свойства материала были поддержаны, и при длительных испытаниях материал не выщелачивался. Он также продемонстрировал уровень механической прочности, сопоставимый с другими материалами, используемыми в стоматологии. Важно отметить, что в экспериментах исследователей материал не повредил нормальную ткань десны, что подтверждает идею о том, что имплантат может быть безопасным для использования во рту.

Команда надеется продолжить совершенствование своего зубного имплантата. Это может включать эксперименты с различными типами материалов и, возможно, даже использование асимметричных свойств на каждой стороне компонентов имплантата: один, который способствует интеграции тканей на стороне, обращенной к деснам, и другой, который препятствует образованию бактерий на стороне, обращенной ко всей остальной части рта.

Поделиться

Источник