果然，人類科技進步的原動力，就是懶惰。

從洗碗機到掃地機器人，現(xiàn)在連刷牙微型機器人都來了！

你沒聽錯，就是那種可以在你口腔中清理病菌的機器人。

而且這種微型機器人，還具備牙醫(yī)助手的功能：

不僅能夠根據(jù)微型機器人構(gòu)成材料的化學(xué)特性，清理導(dǎo)致蛀牙的牙齒生物膜和細(xì)菌，還能采集口腔中的病菌，幫助診斷口腔問題。

研究成果一經(jīng)發(fā)表就引起熱議，有網(wǎng)友甚至已經(jīng)開始暢想，以后會不會連牙醫(yī)都不需要了？

看網(wǎng)名，這位老哥自己應(yīng)該就是一位牙醫(yī)，職業(yè)危機意識很敏感呀～（手動狗頭）

可變形，能除垢，還能為牙醫(yī)采集診斷資料，是這種刷牙微型機器人的 3 大功能。

實現(xiàn)這些功能的背后原理，是同時利用了氧化鐵納米顆粒（IONP）的磁場控制和化學(xué)特性。

具體來看：

IONP 可以通過改變磁場進行形態(tài)的變化，相信大家都看過類似這樣的視頻：

而這一原理，目前已經(jīng)被廣泛運用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，刷牙微型機器人，也正是以 IONP 為載體實現(xiàn)的。

首先，為了能對 IONP 進行可控變形，研究團隊設(shè)計了一個具有機器人原理的磁場控制平臺，能夠通過改變磁場，來組裝、重新配置和驅(qū)動 IONP 的上層結(jié)構(gòu)。

通過這個控制平臺，IONP 就可以變成具備一定剛性，類似于鬃毛一樣的形態(tài)，這些鬃毛可以像牙刷一樣，刺穿牙齒表面的生物膜，直達牙垢覆蓋面進行清理。

而且，這些 " 鬃毛 " 還有一個能力，就是長度、覆蓋面積可控，研究團隊在對 IONP懸浮液進行實驗時發(fā)現(xiàn)，" 鬃毛 " 長度和覆蓋面積取決于 3 個因素：

IONP懸浮液濃度，濃度越高長度越長；

流體拖拽力的速度，IONP 會跟著磁場來回運動，當(dāng)磁場拖拽速度更快的時候，IONP 之間的內(nèi)聚力被破壞，長度就會變短；

磁場強度也是因素之一，" 鬃毛 " 長度與磁場強度之間，存在正相關(guān)關(guān)系。

在實驗的過程中，研究團隊通過改變 IONP 的內(nèi)聚力和剛性，實現(xiàn)了 IONP 在復(fù)雜表面的運動和清理。

在之后的實驗中，研究團隊用 3D 打印復(fù)制了一個人類口腔結(jié)構(gòu)，在上述實驗的基礎(chǔ)上，成功實現(xiàn)了 IONP 的 " 牙線 " 形態(tài)，在細(xì)菌集結(jié)的牙齒縫隙中起到清理作用。

牙刷微型機器人的除垢能力，依靠的是 IONP 的化學(xué)特性。

在此之前，已經(jīng)有研究表明，IONP 具有過氧化物酶樣活性，可以催化過氧化氫達到抗菌效果，而 IONP 也已經(jīng)被應(yīng)用于生物膜的處理。

研究團隊在一塊固定的幾何板上，精確引導(dǎo) IONP 到需要清理的病菌區(qū)，IONP" 鬃毛 " 與生物膜直接接觸，同時在靠近病菌區(qū)的地方通過催化過氧化氫產(chǎn)生的活性氧，實現(xiàn)了原位殺滅細(xì)菌。

為了驗證收集診斷資料的能力，研究團隊使用了一種白色念珠菌——一種細(xì)菌和真菌的病原體——通常存在于牙齒表面的生物膜中。

研究團隊在收集了上述階段的生物膜樣品后，發(fā)現(xiàn)活性細(xì)菌和真菌都存在于 IONP 的 " 鬃毛 " 內(nèi)。

這也證明 IONP 在清理過程中，可以將活性的病菌帶出并作為牙醫(yī)診斷口腔問題的證據(jù)。

綜上所述，以 IONP 作為載體的刷牙機器人，在理論上可以實現(xiàn)口腔清潔、診斷的能力，但能否真正在人體中工作，還需要證明一件事：

IONP 會不會對生物口腔產(chǎn)生損壞。

為此，研究團隊專門進行了生物相容性的分析，用 IONP 對一個體外豬頜模型進行處理。

實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，" 刷牙 "10 分鐘后，豬頜牙齦組織并沒有受到損傷，而且 IONP 也沒有顯示出細(xì)胞毒性。

也就是說，以 IONP 為載體的概念牙刷微型機器人，理論上可以投入應(yīng)用。

研究團隊目前正在持續(xù)優(yōu)化刷牙微型機器人的運動控制，并考慮開發(fā)一種口腔貼合設(shè)備，降低刷牙微型機器人的使用門檻。

怎么樣，這么厲害的刷牙微型機器人，你就不想來一個？

研究來自賓夕法尼亞大學(xué)的口腔醫(yī)學(xué)學(xué)院和工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，成果已經(jīng)發(fā)表在《ACS 納米》雜志上。

通訊作者 Edward Steager 博士，賓夕法尼亞大學(xué)高級研究調(diào)查員，博士后研究員。研究領(lǐng)域涉及自動化與機器人，微型機器人機電一體化等等。

共同通訊作者 Hyun Koo 博士，賓夕法尼亞大學(xué)牙科醫(yī)學(xué)院教授，主要研究領(lǐng)域包括生物外基質(zhì)、生物膜內(nèi)微環(huán)境、以及 EPS 的產(chǎn)生和嵌入基質(zhì)病原體之間的關(guān)系。