2022年8月，來自賓夕法尼亞牙科醫學及其創新與精確牙科中心（CiPD）的研究人員表明，微型機器人可以被高精度遙控進入難以到達的根管表面，治療和破壞生物膜，甚至檢索樣本進行診斷，從而實現更個性化的治療計劃。賓夕法尼亞大學的研究小組在八月份的《Journal of Dental Research》上分享了他們關于使用兩種不同的微機器人平臺進行牙髓治療的發現。

“該技術可以使多模態功能在難以到達的空間中實現生物膜的受控，精確靶向，獲得微生物樣品并執行靶向藥物遞送，”該研究的主要作者，賓夕法尼亞牙科牙科醫學牙科博士（DScD）和牙髓病學聯合主任Alaa Babeer博士說。

▲紅色箭頭所指示的磁制動3D微型機器人被精確控制，

以達到根管的頂端區域

（圖源：賓夕法尼亞大學）

在這兩個平臺中，微型機器人的構建塊是氧化鐵納米顆粒（NPs），它們具有催化和磁性活性，并已被FDA批準用于其他用途。在第一個平臺中，磁場用于將NPs集中在聚集的微錘中，并將它們磁性地控制到牙齒的頂端區域，以通過催化反應破壞和回收生物膜。第二個平臺使用3D打印來創建嵌入氧化鐵NP的小型螺旋形機器人。這些螺旋體被磁場引導到根管內移動，運輸可以在現場釋放的生物活性物質或藥物。

“一個重要的方面是該技術具有診斷和治療應用的能力。在microswarm平臺中，我們不僅可以去除生物膜，還可以檢索它，使我們能夠識別導致感染的微生物。此外，與目前使用的銼件和儀器技術相比，能夠適應根管內狹窄且難以到達的空間，從而實現更有效的消毒。

微型機器人系統

這種微機器人系統是賓夕法尼亞牙科醫學和賓夕法尼亞工程公司之間已經持續了幾年的協作工作的產物。在ACS Nano最近進行的一項單獨研究中，Koo博士及其同事構建了電磁控制微型機器人的平臺，在這種情況下，使氧化鐵NP的微切片采用不同的配置并在現場釋放抗菌劑，以有效治療和去除牙齒上的牙菌斑。

“我們看到微機器人系統在家庭口腔護理和牙科診所的潛在應用，為臨床醫生提供更精確和有效的工具”Koo博士說。

為了確定牙髓微機器人系統破壞和檢索根管生物膜的有效性，研究人員與賓夕法尼亞牙科醫學內膜學系主任Bekir Karabucak博士合作，在垂直放置的3D打印牙齒復制品中進行了實驗。在牙齒復制品內制備了含有牙髓細菌（戈登鏈球菌，糞腸球菌，梭桿菌核桿菌和以色列放線菌）的混合生物膜，并將NP懸浮液引入根管。使用電磁鐵，創建并精確控制NP的微體以破壞生物膜。在對收集的生物膜進行分析后，他們發現所有四個物種都被檢測到，并且使用顯微鏡，所有納米顆粒似乎都從根管中移除。

打破常規

測試的第二個系統利用氧化鐵NP作為構建塊的靈活性，并涉及創建模制機器人系統。螺旋體（兩個纏繞在中心軸上的螺旋）形式的軟開瓶器狀模具被3D打印并填充NP嵌入的凝膠。使用磁場，螺旋體被證明可以高效率地穿過運河，以實現生物膜的化學和機械破壞。特別值得注意的是，在根管的頂端區域為螺旋體加載治療藥物的額外能力，其中感染與周圍組織非常接近。

此外，研究小組展示了使用現有的成像技術（如口內掃描儀，牙科X射線和錐形束計算機斷層掃描）實時跟蹤微型機器人的獨特能力，這些技術能夠在完整的牙管中定位螺旋體。

“重要的是，我們在離體模型中證明，機器人可以被磁場控制，而不會被牙齒周圍的軟組織和硬組織打斷。此外，它們從管道的頂部到底部都顯示出巨大的可操作性”Karabucak博士指出，測試的兩種牙髓系統的磁場將由口腔中的小型裝置產生。

應用廣泛

除了增強牙髓治療和組織再生的潛力外，研究人員還認為這項技術可以在醫學和工業中得到廣泛應用。

“從對導管等醫療設備進行消毒到確保清潔的水管線，這項技術有可能改變遠遠超出牙科醫學的領域，”Koo博士補充道。“它可能會改變目前跨學科的模式。