Аннотация:
Традиционные электрические зубные щетки в основном используют механическую вибрацию и трение щетинок для удаления налета с поверхности зубов, но недавно китайские исследователи разработали новую экспериментальную зубную щетку, в которой пьезоэлектрические материалы вплетены непосредственно в щетинки. Когда пользователи чистят зубы, щетинки в результате механического воздействия генерируют электрические заряды, что запускает антибактериальную химическую реакцию и генерирует активные формы кислорода, которые могут уничтожать бактерии. Весь процесс не требует дополнительного питания от батареи и, как ожидается, позволит обычным зубным щеткам выполнять как механическую очистку, так и активную стерилизацию.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances. Исследователи надеются решить проблему, с которой сталкиваются традиционные методы чистки зубов: зубной налет — это не просто бактерии, свободно прикрепленные к поверхности зубов, а липкая биопленка, состоящая из бактерий и их выделений.
Такая биопленка может прочно прилипать к поверхности зубов и обеспечивать защиту от бактерий, что затрудняет их смывание слюной и полное удаление с помощью простого полоскания рта. Некоторые бактерии зубного налета используют содержащийся в пище сахар для производства кислоты, которая постепенно разрушает зубную эмаль, что в конечном итоге приводит к разрушению зубов. Кроме того, некоторые бактерии полости рта тесно связаны с гингивитом и заболеваниями пародонта.
Обычные зубные щетки в основном используют механическое движение щетинок для разрушения структуры биопленки и удаления в ней остатков пищи. Но бактерии часто могут вновь заселиться после чистки зубов и постепенно восстановить первоначальную биопленку. Поэтому ученые искали способы дальнейшего повышения эффективности чистки зубов.
Некоторые прошлые исследования пытались разработать ионные зубные щетки, которые изменяют состояние заряда поверхности зубов, высвобождая заряженные частицы, облегчая отделение зубного налета. Есть также некоторые продукты, в которых антибактериальные вещества пытаются добавлять непосредственно в щетину, но такие конструкции могут быть ограничены такими факторами, как источник питания, стабильность антибактериальных ингредиентов и эффекты длительного использования.
На этот раз исследовательская группа пошла другим техническим путем: превратила пьезоэлектрические материалы из поливинилиденфторида (ПВДФ) в нити и вплела их непосредственно в щетину зубной щетки.
ПВДФ — полимерный материал с пьезоэлектрическими свойствами. Когда его сгибают, сжимают или подвергают иному механическому воздействию, внутреннее распределение заряда меняется, создавая разность электрических потенциалов на поверхности материала. Исследователи воспользовались этим свойством, чтобы преобразовать механическую энергию, вырабатываемую во время чистки зубов, непосредственно в электрическую энергию.
Эти заряды могут запускать химические реакции возле щетинок с образованием активных форм кислорода (АФК). Активные формы кислорода обладают сильной окислительной способностью и могут атаковать мембраны бактериальных клеток, белки и другие важные биологические молекулы, тем самым ослабляя или даже уничтожая бактерии.
В отличие от традиционных антибактериальных устройств, которым требуется питание от аккумулятора, эта зубная щетка может генерировать собственный заряд, используя механическую энергию, генерируемую пользователем во время чистки, поэтому дополнительный источник питания не требуется.
В лабораторных испытаниях исследователи использовали пьезоэлектрические нити из ПВДФ двух разных диаметров и проверили их ингибирующее действие на две важные патогенные бактерии полости рта.
Среди них Streptococcus mutans — бактерия, тесно связанная с образованием кариеса зубов, а Porphyromonas gingivalis — важный патогенный микроорганизм для хронического пародонтита.
Результаты экспериментов показывают, что эти пьезоэлектрические щетинки могут уменьшить количество двух типов бактерий на 45–78%. Для сравнения, чистка обычной нейлоновой щетиной снижает количество бактерий менее чем на 10%.
Исследователи также использовали коровьи зубы в качестве подопытных, чтобы проверить способность новой щетины разрушать биопленку зубного налета. Результаты показали, что эффективность удаления биопленки превысила 99%, что указывает на то, что данная технология способна не только подавлять бактерии, но и эффективно разрушать образовавшуюся адгезивную структуру.
Более того, исследования не останавливаются на лабораторном этапе. Исследовательская группа также провела трехмесячное испытание на людях, в оценке приняли участие в общей сложности 115 добровольцев. Участники следовали единым инструкциям по ежедневному уходу за полостью рта, а исследователи анализировали изменения в микробном сообществе полости рта посредством генетического секвенирования.
Результаты показали, что по сравнению с традиционными методами чистки зубов относительное количество некоторых потенциальных патогенных бактерий во рту участников, использующих новую пьезоэлектрическую зубную щетку, снизилось, а также улучшились показатели налета и показатели здоровья десен.
Это означает, что эта технология изначально была подтверждена данными об использовании ее человеком и больше не является просто антибактериальным экспериментом в чашке Петри.
Однако исследователи также предупреждают, что уменьшение доли некоторых вредных бактерий не означает, что общее количество бактерий в полости рта обязательно уменьшится. Микробиологическое сообщество полости рта само по себе имеет сложный экологический баланс, и все бактерии нельзя просто рассматривать как вредные организмы.
Кроме того, уменьшение зубного налета и улучшение кровоточивости десен не доказывают напрямую, что использование этой зубной щетки может снизить частоту возникновения кариеса или пародонтита в долгосрочной перспективе. Чтобы ответить на эти вопросы, необходимы более длительные клинические исследования с большим размером выборки.
Эта технология не лишена предварительной исследовательской основы. В 2024 году была предпринята попытка использовать электрополированный материал из политетрафторэтилена (ПТФЭ) для генерации активного кислорода под действием ультразвука, в лаборатории наблюдался антибактериальный эффект и эффект отбеливания зубов. В ходе этого исследования пьезоэлектрические материалы дополнительно интегрируются непосредственно в щетинки, чтобы антибактериальный эффект можно было вызвать при ежедневной чистке зубов.
С технической точки зрения наиболее ценным аспектом этой конструкции является то, что она сочетает в себе механическую очистку и локальную химическую стерилизацию. Традиционные зубные щетки в основном полагаются на внешнюю силу для разрушения биопленок, в то время как новые щетинки могут производить активный кислород с антибактериальным действием при контакте с зубами. Теоретически они могут бороться с зубным налетом как на физическом, так и на химическом уровне.
Если в будущем удастся решить такие проблемы, как долговечность материала, долгосрочная безопасность полости рта и крупномасштабное производство, эта антибактериальная зубная щетка без батареек может стать направлением модернизации традиционных инструментов для ухода за полостью рта. Однако до тех пор, пока не будет получено больше клинических данных, она остается экспериментальной технологией и не может заменить регулярную чистку зубов, фторсодержащую зубную пасту и необходимую профессиональную стоматологическую помощь.
Комментарии