Mga Maliliit na Robot na Nagkukuskos ng Ngipin, Ginawa ng mga Siyentipiko

September 13, 2022

US National Institute of Dental and Craniofacial Research

Salamat: Edward Steager, Unibersidad ng Pennsylvania

Mula sa orihinal na artikulo sa Wikang Ingles ni Tiffany Chen 

sa website ng US NIH National Institute of Dental and Craniofacial Research

Ang konsepto ng isang toothbrush—na masasabing konseptong "bristles-on-a-stick"—ay hindi gaanong nagbago bilang isang teknolohiya mula pa noong ang mga Babylonians at sinaunang Egyptians ay lumakad sa ibabaw ng mundo mahigit ng 5,000 taon na ang nakalilipas. Ngayon, ang mga siyentipiko sa Unibersidad ng Pennsylvania ay naglalayon na baguhin ang pamamaraan ng paglilinis ng ngipin gamit ang isang pulutong ng mga microscopic na "robot" na maaaring gawin kung ano ang trabaho ng pinag-isang toothbrush, dental floss, at pang banlaw (oral rinse) ng bibig, tulad ng ipinapakita ng video sa itaas. Ang pag-aaral na suportado ng NIDCR, na inilathala sa journal ACS Nano , ay nagpapakita na posible balang araw na maaaring iakma na magamit sa mga totoong tao ang robotic system na ito.

"Nais naming mapabuti ang kalusugan ng bibig para sa mga taong may mga kapansanan at mga populasyon ng matatanda na hirap sa pagsasagawa ng regular na pangangalaga sa bibig," sabi ng dentista-scientist at senior author na si Hyun (Michel) Koo, DDS, PhD. "Ito ay isa sa mga hindi natutugunang pangangailangan ukol sa pangangalaga sa kalusugan ng bibig, at oras na upang baguhin ang teknolohiya."

Ang mga robot ay talagang nano-sized na mga particle ng iron-oxide, bawat isa ay humigit-kumulang na mas maliit ng 100 beses kaysa sa isang butil ng pollen. Sa pagkakaroon ng magnet, ang mga nanoparticle ay nagkukumpol sa isang serye ng mga hibla—parang bristles—na nakahanay sa direksyon ng magnetic field. Sa pamamagitan ng  pagmamanipula sa field na ito, ang mga mananaliksik ay maaaring baguhin at kontrolin ang direksyon ng paggalaw ng mga bristles. Maari din nilang baguhin ang lambot at tigas ng hibla, at paikliin o pahabain ang mga bristles nito.

"Isa sa mga magagandang epekto ng paggamit sa mga magnetic field ay maaari itong tumagos sa mga tisyu pero hindi nakakapinsala dahil sa katamtamang antas o lakas lamang na ginagamit natin dito, ibig sabihin ay maaaring maabot ng system ang mga lugar sa kasuluk-sulukan na mahirap abutin ," sabi ng microrobotics engineer at co-senior author na si Edward Steager, PhD.

Sinubukan ng mga mananaliksik ang lakas ng pagkayod ng mga robot sa ibabaw ng ilang mga bagay, kabilang ang isang 3D-printed na modelo ng mga ngipinng pang-harap (front teeth) ng tao, mga tunay na ngiping pang-harap (front teeth) ng tao na naka-mount sa mga artipisyal na gilagid, at isang seksyon ng panga ng baboy na naglalaman ng mga gilagid at ngipin.

Tulad ng ipinapakita ng video sa itaas, ang mga robotic na istrukturang ito ay maaaring i-automate upang magbago ng hugis mula sa mala-bristles na extension patungo sa pagiging mala-floss o tali na umaakma sa hugis ng ibabaw ng ngipin. Ito ay upang makusos din ang mga sulok at siwang sa mga pagitan ng mga ngipin. 

Ang isa pang hiwalay na eksperimento ay nagpakita na rin na sapat naman ang lambot ng mga hibla at hindi nakakasira ng mga gilagid ng baboy, ngunit sapat din naman ang lakas upang sirain ang mga tinatawag na "biofilm" o "plaque".  Ito ay malagkit na kumpol-kumpol na bakterya at organismo na kumakapit sa mga ibabaw ng ngipin na isa sa mga sanhi sa pagkabulok ng ating mga ngipin at dahilan ng pagkakaroon ng sakit sa gilagid.

Ang mga biofilm na lumaki sa mga ngipin ng tao (kaliwa, may mantsa ng pink para sa visibility) ay halos natanggal ng microrobots (kanan). | Minjun Oh

Pagdating sa pagkayod ng biofilms, ang mga robotic nanoparticle na ito ay may isa pang napakagandang trabaho. Mayroon silang natural na kakayahang mag-umpisa ng mga reaksiyong kemikal na naglalabas ng mga molecule na pumapatay ng mikrobyo at lumilikha ng banlawan laban sa mikrobyo sa lugar. Sa mga eksperimento, pinahintulutan nito ang maliliit na pulutong ng mga sundalong robot na hatiin ang mga biofilm at patayin din ang bakterya sa loob. Hindi ito nag-iiwan ng  mga buhay na masasamang mikrobyo o pathogen. Ang mga robot ay maaari ring magwalis at mangolekta ng mga tira-tirang duming naipon ng mga patay na mikrobyo. Ayon sa mga siyentipiko, ang mga nakolektang tira-tirang duming materyal na ito ay maaari pa ring masuri upang makita ang mga klase ng mikrobyo (pathogen) at iba pang mga pwedeng tagapagpahiwatig ng kung ano-anong sakit. Balang araw ay maaaring mapatunayan na kapaki-pakinabang ang mga ito para sa paghula at pag-diagnose o pag-alam ng iba't ibang sakit sa oral cavity at pati na rin sa iba pang parte ng katawan.

Ngunit bago talagang makapagpadala ng isang pulutong ng maliliit na robot sa ating mga bibig, sinabi ng mga mananaliksik na kailangan pa rin muna ng ilan pang mga eksperimentong pang klinikal. Upang mapaayos pa lalo ang robotic system at gawin itong abot-kaya para sa pang-araw-araw na paggamit, plano ng team na magdisenyo ng mga prototype na tunay na akma sa loob ng bibig. Naiisip nila ang isang programmable o ganap na automated system na maaaring tunay na umangkop sa oral cavity ng bawat indibidwal na tao at magiging mas "personalized" sa pangangalaga sa pansariling bibig.

Sinusuri din ng grupo ang iba pang mga application o gamit. Sa isang proof-of-concept na pag-aaral na inilathala kamakailan sa Journal of Dental Research , ipinakita ng mga mananaliksik na ang mga microrobots ay maaaring magnetically guided sa loob ng root canal - ito ay ang mga makikitid na daanan ng nerve sa loob ng ugat ng ngipin - upang alisin din sa loob ng canal ang mga biofilm at potensyal na maghatid ng mga gamot papasok din sa loob.

Higit pa sa dentistry, nakikita ng mga siyentipiko ang iba pang posibleng pwedeng gawin ng teknolohiya katulad ng paglilinis sa loob ng mga catheter na kontaminado rin ng biofilm, mga surgical implants, at maging sa mga tubo ng tubig. "Kapag nakita mo ang ganitong uri ng resulta na nagbubukas ng  posibilidad ng paggamit ng teknolohiyang ito sa isang ganap na ibang lugar at iba pang mga aplikasyon, ito ay tunay na kapana-panabik," sabi ni Steager.

References

Surface Topography-Adaptive Robotic Superstructure para sa Biofilm Removal at Pathogen Detection sa Human Teeth . Oh MJ, Babeer A, Liu Y, Ren Z, Wu J, Issadore DA, Stebe KJ, Lee D, Steager E, Koo H. ACS Nano . 2022 Hun 28. doi: 10.1021/acsnano.2c01950. Epub bago ang pag-print. PMID: 35764312.

Microrobotics para sa Precision Biofilm Diagnostics at Paggamot . Babeer A, Oh MJ, Ren Z, Liu Y, Marques F, Poly A, Karabucak B, Steager E, Koo H. J Dent Res . 2022 Ago;101(9):1009-1014. doi: 10.1177/00220345221087149. Epub 2022 Abr 21. PMID: 35450484.

Article Source

US National Institute of Health - National Institute of Dental and Craniofacial Research