ریزروبات‌ها با ساختار شبه مویی، بهداشت دهان و دندان را افزایش می‌دهند
تیم تحریریه- ۲۹ تیر ۱۴۰۱
دستاورد اخیر پژوهشگران دانشگاه پنسیوانیا شیوه‌ای جدید و خودکار را برای مسواک زدن و نخ دندان کشیدن، دو مسئله پیش پا افتاده اما ضروری، ارائه می‌دهد. این فناوری به ویژه برای کسانی حائز اهمیت است که توان و مهارت جسمی لازم برای تمیز کردن دندان‌هایشان را در اختیار ندارند.
واحد سازنده این ریزروبات‌ها، نانوذراتی از جنش اکسید آهن هستند که هم فعالیت کاتالیستی و هم فعالیت مغناطیسی دارند. پژوهشگران از طریق یک میدان مغناطیسی، حرکت و ساختار این نانوذرات را تحت تأثیر قرار دادند تا ساختار شبه مویی را شکل دهند که پلاک‌ها را از سطح دندان برمی‌دارند و همچنین رشته‌های درازی بسازند که مثل نخ دندان بین دندان‌ها حرکت می‌کنند. در هر دو صورت، واکنش کاتالیستی باعث می‌شود نانوذرات‌ها در این ساختار شبه مویی، نوعی ضد میکروب تولید کنند که باکتری‌های دهانی آسیب‌زننده را می‌کشد.
نتایج آزمایش این سیستم در بافت مصنوعی و واقعی نشان می‌دهد که این مجموعه روبات‌ها می‌توانند به اشکال گوناگون درآیند تا زیست‌لایه‌های چسبنده‌ای را که به پوسیدگی دندان و بیماری لثه می‌انجامند؛ به طور کامل از بین ببرند. پژوهشگران این یافته‌های خود را در ژورنال ACS Nano منتشر کرده‌اند.
هیان میشل کوو، استاد دندانپزشکی و نویسنده مقاله، توضیح می‌دهد: «مراقبت مرتب و حفظ بهداشت دهان و دندان کار سختی است و برای بسیاری از مردم، به ویژه کسانی که از مشکلات خاصی رنج می‌برند، چالش‌آفرین است. مراقبت از دندان‌ها به طور کامل دستی است و چندین مرحله دارد؛ ابتدا باید دندان‌ها را مسواک زد، بعد نخ دندان کشید و بعد دهان را شست‌وشو داد. نوآوری بزرگ پژوهش ما این است که این سیستم روباتیکی با ساختار شبه مویی خود می‌تواند همه این سه گام را طی فرایندی واحد، به صورت خودکار و بدون استفاده از دست به انجام برساند.»
ادوارد استیگر، پژوهش‌گر دپارتمان مهندسی و علوم کاربردی پنسیلوانیا و نویسنده مقاله، می‌گوید: «نانوذرات را می‌توان از طریق میدان‌های مغناطیسی، به طرق جدید شکل داد و کنترل کرد. برای مثال، می‌توان ساختار شبه مویی ساخت که گسترش می‌یابد، حرکت می‌کند و مانند نخ دندان، عقب و جلو می‌رود. شیوه کارکرد این سیستم شبیه به یک بازوی روباتیک است که می‌تواند به سوی سطحی حرکت کرده و آن را تمیز کند. این سیستم را می‌توان به نحوی برنامه‌نویسی کرد که گردآوری نانوذرات و کنترل حرکت آن‌ها را به صورت خودکار انجام دهد.»
از مطالعه نانوذرات اکسید آهن در دانشگاه پنسیلوانیا تا تحول بهداشت دهان و دندان
کوو معتقد است: «هزاران سال است که طراحی مسواک‌ها ثابت و یک‌شکل باقی مانده است. حتی علی‌رغم اختراع مسواک‌های برقی، اصل کار تغییری نکرده است.»
چندین سال قبل، پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا در مرکز CiPD به ریاست کوو، با معرفی این سیستم ریزروباتی با ساختار شبه مویی، گامی بزرگ در مسیر تحول‌آفرینی برداشته‌اند.
این نوآوری، حاصل تصادفی خوشایند بود؛ پژوهشگران هر دو دانشکده دندانپزشکی و مهندسی دانشگاه پنسیلوانیا در حال مطالعه نانوذرات اکسید آهن بودند، اما هرکدام اهداف خود را دنبال می‌کردند. کوو و همکارانش فعالیت کاتالیستی نانوذرات اکسید آهن را مطالعه می‌کردند. این ذرات با فعال‌سازی هیدروژن پراکسید، رادیکال‌های آزادی منتشر می‌کنند که زیست‌لایه‌های پلاک دندان را تجزیه کرده و باکتری‌های آسیب‌زننده را می‌کشند. از سوی دیگر، استیگر و همکارانش در دانشکده مهندسی، از جمله ویجای کومار و کتلین استیب، نقش نانوذرات اکسید آهن را به عنوان واحد سازنده ریزروبات‌های مغناطیسی بررسی می‌کردند.
پژوهشگران این دو دانشکده دانشگاه پنسیلوانیا با پشتیبانی Penn Health Tech و National Institute of Dental and Craniofacial Research، پژوهش‌های خود را با هم تلفیق کردند و به فناوری مذکور دست یافتند؛ ایجاد پلتفرمی که در آن، می‌توان ریزروبات‌ها با ساختار شبه مویی را به صورت الکترومغناطیسی کنترل کرد؛ ساختار و شکل‌شان را تغییر داد و ضدمیکروب‌هایی برای تمیز کردن دندان‌ها آزاد کرد.
نحوه عملکرد سیستم ریزروباتی
کوو توضیح می‌دهد: «این ریزروبات‌ها خود را با سطوح مختلف سازگار می‌کنند؛ فارغ از این‌که دندان‌ها مرتب باشند یا غیرمرتب، این سیستم ریزروباتی می‌تواند به همه گوشه و کناره‌های حفره دهانی سرک بکشد.»
پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا در ابتدا حرکات ریزروبات‌ها را در قطعه کوچکی از مواد شبه‌دندان بهینه‌سازی کردند. سپس، توانایی ریزروبات‌ها در انطباق با توپوگرافی پیچیده سطح دندان‌ها و خطوط لثه را با استفاده از مدل‌های دندانی (حاصل چاپ سه‌بعدی دندان‌های واقعی) مورد مطالعه قرار دادند. در آخر، ریزروبات‌ها با ساختار شبه مویی را روی دندان‌های واقعی به آزمایش گذاشتند. این دندان‌ها به نحوی روی هم قرار داده بودند که چینش دندان‌ها در حفره دهانی را شبیه‌سازی کنند.
پژوهشگران دریافتند که در سطوح گوناگون، سیستم ریزروباتی می‌تواند زیست‌لایه‌ها را با موفقیت از بین ببرد و پاتوژن‌های قابل شناسایی را از دندان‌ها پاک کند. این فناوری از سوی FDA (سازمان غذا و دارو) نیز تأیید شده‌اند. آزمایش ساختار شبه مویی این سیستم روی یک مدل حیوانی نیز نشان داده است که به بافت لثه آسیبی وارد نمی‌کند.
این سیستم ریزروباتی کاملاً قابل برنامه‌نویسی است. متخصصان روباتیک و مهندسان حاضر در این گروه پژوهشی از میدان‌های مغناطیسی گوناگون استفاده کردند تا حرکات ریزروبات‌ها را به دقت تنظیم کرده و میزان سختی و طول ساختار شبه مویی سیستم ریزروباتی را کنترل کنند. پژوهشگران دریافتند سر ساختارهای شبه‌مو باید آنقدر سخت باشد که بتواند زیست‌لایه‌ها را پاک کند، اما باید به اندازه کافی هم نرم باشد تا به لثه‌ها آسیبی نرساند.
به عقیده پژوهشگران، ماهیت قابل تغییر این سیستم ریزروباتی باعث می‌شود برای کاربرد بالینی نیز مناسب باشد. قابلیت شخصی‌سازی این سیستم باعث می‌شود با توپوگرافی خاص و منحصر به فرد حفره‌های دهانی بیماران مختلف سازگار باشد.
پژوهشگران برای ارتقای این نوآوری و کاربردش در بافت بالینی، به بهینه‌سازی حرکات روبات‌ها ادامه می‌دهند و به دنبال روش‌های مختلف برای انتقال ریزروبات‌ها به دهان هستند.
کوو در مورد اشتیاق پژوهشگران به کاربرد این فناوری در بافت بالینی، می‌گوید: «این فناوری حداقل کارآمدی مسواک زدن و نخ دادن کشیدن را دارد، اما به مهارت دستی نیاز ندارد و به همین دلیل، به سالمندان و افراد دچار ناتوانی کمک می‌کند. ما باور داریم که سیستم ریزروباتی با ساختار شبه مویی می‌توانند مراقبت و بهداشت دهان و دندان را ارتقا دهند.»
جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید
