Questi micro-robot possono pulire i denti trasformandosi in forme di spazzolino da denti o filo interdentale

 In pochi anni, potresti semplicemente buttare via il tuo kit per la cura dei denti, sostituendola con un robot mutaforma totalmente fantascientifico che funge da spazzolino da denti, risciacquo e filo interdentale in uno.

La tecnologia è pronta a offrire un modo nuovo e automatizzato per eseguire le attività quotidiane banali ma critiche di spazzolare e usare il filo interdentale per coloro che hanno difficoltà a farlo, come amputati o disabili, tetraplegici o anziani, riporta Penn Today.

Gli elementi costitutivi di questi microrobot sono nanoparticelle di ossido di ferro che hanno sia attività catalitica che magnetica. Usando un campo magnetico, i ricercatori potrebbero dirigere il loro movimento e la loro configurazione per formare strutture simili a setole che spazzano via la placca dentale dalle ampie superfici dei denti, o fili allungati che possono scivolare tra i denti come un filo interdentale.

In entrambi i casi, una reazione catalitica spinge le nanoparticelle a produrre antimicrobici che uccidono i batteri orali dannosi  in loco.

Gli esperimenti che utilizzano questo sistema su denti umani finti e reali hanno dimostrato che i gruppi robotici possono conformarsi a una varietà di forme per eliminare quasi la placca appiccicosa che porta a carie e malattie gengivali.

Sviluppati da un team multidisciplinare dell'Università della Pennsylvania, i loro risultati hanno stabilito una prova di concetto per il sistema robotico nella rivista ACS Nano.

"L'igiene orale di routine è ingombrante e può rappresentare una sfida per molte persone, in particolare per coloro che hanno difficoltà a lavarsi i denti", afferma l'autore Hyun (Michel) Koo, professore presso il Dipartimento di Ortodonzia della Penn's School of Dental Medicine.

“Devi lavarti i denti, poi usare il filo interdentale, poi sciacquarti la bocca; è un processo manuale in più fasi. La grande innovazione qui è che il sistema robotico può fare tutte e tre le operazioni in un unico modo automatizzato a mani libere”.

"Le nanoparticelle possono essere modellate e controllate con campi magnetici in modi sorprendenti", afferma Edward Steager, autore della Penn's School of Engineering and Applied Science.

“Formiamo setole che possono estendersi, spazzare e persino trasferirsi avanti e indietro attraverso uno spazio, proprio come il filo interdentale. Il modo in cui funziona è simile a come un braccio robotico potrebbe allungare la mano e pulire una superficie. Il sistema può essere programmato per eseguire automaticamente l'assemblaggio delle nanoparticelle e il controllo del movimento".

"Il design dello spazzolino è rimasto relativamente invariato per millenni", afferma Koo.

L'innovazione dei team è nata da un po' di fortuna. I gruppi di ricerca sia della Penn Dental Medicine che della Penn Engineering erano interessati alle nanoparticelle di ossido di ferro, ma per ragioni molto diverse. Il gruppo di Koo era incuriosito dall'attività catalitica delle nanoparticelle. Possono attivare il perossido di idrogeno per rilasciare i radicali liberi che possono uccidere i batteri che causano la carie dentale e degradare i biofilm della placca dentale.

Nel frattempo Steager e colleghi ingegneri stavano esplorando queste nanoparticelle come elementi costitutivi di microrobot a controllo magnetico.

Con il supporto dell'università, i collaboratori di Penn hanno sposato le due applicazioni nel lavoro in corso, costruendo una piattaforma per controllare elettromagneticamente i microrobot, consentendo loro di adottare diverse configurazioni e rilasciare antimicrobici in loco per trattare e pulire efficacemente i denti.

"Non importa se hai denti dritti o disallineati, si adatterà a diverse superfici", afferma Koo. "Il sistema può adattarsi a tutti gli angoli e le fessure della cavità orale."

I ricercatori hanno ottimizzato i movimenti dei microrobot su una topografia complessa della superficie del dente, delle superfici interdentali e del bordo gengivale, utilizzando modelli dentali stampati in 3D basati su scansioni di denti umani dalla clinica odontoiatrica. Successivamente, hanno testato i microrobot su veri denti umani che sono stati montati in modo tale da imitare la posizione dei denti nella cavità orale.

Su queste varie superfici, i ricercatori hanno scoperto che i microbot potrebbero eliminare efficacemente i biofilm, liberandoli da tutti i patogeni rilevabili. Le nanoparticelle di ossido di ferro sono state approvate dalla FDA per altri usi e i test delle formazioni di setole su un modello animale hanno dimostrato che non danneggiavano le gengive.

Il sistema, infatti, è completamente programmabile; i robotici e gli ingegneri del team hanno utilizzato le variazioni del campo magnetico per regolare con precisione i movimenti dei microrobot e per controllare la rigidità e la lunghezza delle setole. I ricercatori hanno scoperto che le punte delle setole potrebbero essere sufficientemente solide da rimuovere i biofilm ma sufficientemente morbide da evitare danni alle gengive.

Per far avanzare questa tecnologia alla clinica, il team di Penn sta continuando a ottimizzare i movimenti dei robot e considerando diversi mezzi per fornire i microrobot attraverso dispositivi che si adattano alla bocca.

"Abbiamo questa tecnologia che è altrettanto o più efficace come lavarsi i denti e usare il filo interdentale, ma non richiede destrezza manuale", afferma Koo. “Ci piacerebbe vedere questo aiutare la popolazione geriatrica e le persone con disabilità. Riteniamo che interromperà le modalità attuali e farà progredire notevolmente l'assistenza sanitaria orale".