为了自动练习漱口，刷牙和使用牙线，宾夕法尼亚大学的一个多学科团队发明了一种变形机器人微沃设备。

它提供了一种新的自动化方法来执行至关重要的刷牙和使用牙线的平凡任务。该研究还表明，该系统对于那些缺乏有效清洁牙齿能力的人来说特别有价值。

这些微型机器人的构建块是具有催化和磁性活性的氧化铁纳米颗粒。

使用磁场，研究人员可以指导他们的运动和配置，形成刚毛状结构，从牙齿的宽表面上扫除牙菌斑，或者细长的线，可以在牙齿之间滑动，就像牙线的长度一样。在这两种情况下，催化反应驱动纳米颗粒产生抗菌剂，在现场杀死有害的口腔细菌。

在模拟和真实人类牙齿上使用该系统的实验表明，机器人组件可以符合各种形状，几乎消除导致蛀牙和牙龈疾病的粘性生物膜。Penn团队在ACS Nano杂志上分享了他们的发现，为机器人系统建立了一个概念验证。

“常规口腔护理很麻烦，可能会给许多人带来挑战，特别是那些难以清洁牙齿的人，”宾大牙科医学院口腔正畸学系和社区口腔健康和儿科牙科部门的教授Hyun (Michel) Koo说。

“你必须刷牙，然后用牙线洁牙，然后漱口。这是一个手动的多步骤过程。这里最大的创新是，机器人系统可以以单一的、免提的、自动化的方式完成这三件事。

“纳米颗粒可以用磁场以令人惊讶的方式塑造和控制，”宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院高级研究研究员兼共同通讯作者Edward Steager说。

“我们形成的刷毛可以伸展，扫掠，甚至在空间上来回移动，就像牙线一样。它的工作方式类似于机械臂伸出手来清洁表面的方式。该系统可以被编程为自动进行纳米颗粒组装和运动控制。

颠覆口腔护理技术

“几千年来，牙刷的设计一直保持相对不变，”Koo说。

虽然添加电动机提升了基本的“棍棒上的鬃毛格式”，但基本概念保持不变。“这是一项几十年来从未被颠覆过的技术。

几年前，昆锣(Koo)担任联合主任的创新和精密牙科中心(CiPD)的宾夕法尼亚大学研究人员使用这种微机器人系统，朝着重大颠覆迈出了一步。

他们的创新源于一些偶然性。Penn Dental Medicine和Penn Engineering的研究小组都对氧化铁纳米颗粒感兴趣，但原因非常不同。

Koo的团队对纳米颗粒的催化活性很感兴趣。它们可以激活过氧化氢释放自由基，自由基可以杀死引起蛀牙的细菌并降解牙菌斑生物膜。

与此同时，Steager和工程同事，包括Dean Vijay Kumar和CiPD联合主任Kathleen Stebe教授，正在探索这些纳米颗粒作为磁控微型机器人的构建块。

在Penn Health Tech和国立卫生研究院的国家牙科和颅面研究所的支持下，Penn合作者将当前工作中的两个应用程序结合起来，构建了一个电磁控制microbots的平台，使他们能够采用不同的配置并在现场释放抗菌剂，以有效地治疗和清洁牙齿。

“无论你的牙齿是直的还是错位的，它都会适应不同的表面，”Koo说。“该系统可以适应口腔中的所有角落和缝隙。

研究人员优化了微型机器人在一小块齿状材料上的运动。

接下来，他们测试了微型机器人的性能，使用基于牙科诊所人类牙齿扫描的3D打印牙齿模型，调整牙齿表面，齿间表面和牙龈线的复杂形貌。

最后，他们在真实的人类牙齿上试验了微型机器人，这些牙齿的安装方式模仿了牙齿在口腔中的位置。

在这些不同的表面上，研究人员发现微机器人系统可以有效地消除生物膜，清除所有可检测的病原体。氧化铁纳米颗粒已被美国食品和药物管理局(FDA)批准用于其他用途，并且在动物模型上对刷毛形成的测试表明它们不会损害牙龈组织。

事实上，该系统是完全可编程的。该团队的机器人专家和工程师利用磁场的变化来精确调整微型机器人的运动，并控制鬃毛刚度和长度。研究人员发现，刷毛的尖端可以变得足够坚固以去除生物膜，但足够柔软以避免对牙龈的损害。

研究人员说，该系统的可定制性可以使其足够温和，可用于临床使用，但也具有个性化，能够适应患者口腔的独特地形。

为了将这项技术推向临床，Penn团队正在继续优化机器人的运动，并考虑通过口腔安装设备交付微型机器人的不同方式。

他们渴望看到他们的设备帮助患者。

“我们拥有这种技术，与刷牙和使用牙线一样有效，但不需要手动灵巧，”Koo说。“我们希望看到这有助于老年人口和残疾人。我们相信它将破坏目前的模式，并大大推进口腔医疗保健。