2022年8月，来自宾夕法尼亚牙科医学及其创新与精确牙科中心（CiPD）的研究人员表明，微型机器人可以被高精度遥控进入难以到达的根管表面，治疗和破坏生物膜，甚至检索样本进行诊断，从而实现更个性化的治疗计划。宾夕法尼亚大学的研究小组在八月份的《Journal of Dental Research》上分享了他们关于使用两种不同的微机器人平台进行牙髓治疗的发现。

“该技术可以使多模态功能在难以到达的空间中实现生物膜的受控，精确靶向，获得微生物样品并执行靶向药物递送，”该研究的主要作者，宾夕法尼亚牙科牙科医学牙科博士（DScD）和牙髓病学联合主任Alaa Babeer博士说。

▲红色箭头所指示的磁制动3D微型机器人被精确控制，

以达到根管的顶端区域

（图源：宾夕法尼亚大学）

在这两个平台中，微型机器人的构建块是氧化铁纳米颗粒（NPs），它们具有催化和磁性活性，并已被FDA批准用于其他用途。在第一个平台中，磁场用于将NPs集中在聚集的微锤中，并将它们磁性地控制到牙齿的顶端区域，以通过催化反应破坏和回收生物膜。第二个平台使用3D打印来创建嵌入氧化铁NP的小型螺旋形机器人。这些螺旋体被磁场引导到根管内移动，运输可以在现场释放的生物活性物质或药物。

“一个重要的方面是该技术具有诊断和治疗应用的能力。在microswarm平台中，我们不仅可以去除生物膜，还可以检索它，使我们能够识别导致感染的微生物。此外，与目前使用的锉件和仪器技术相比，能够适应根管内狭窄且难以到达的空间，从而实现更有效的消毒。

微型机器人系统

这种微机器人系统是宾夕法尼亚牙科医学和宾夕法尼亚工程公司之间已经持续了几年的协作工作的产物。在ACS Nano最近进行的一项单独研究中，Koo博士及其同事构建了电磁控制微型机器人的平台，在这种情况下，使氧化铁NP的微切片采用不同的配置并在现场释放抗菌剂，以有效治疗和去除牙齿上的牙菌斑。

“我们看到微机器人系统在家庭口腔护理和牙科诊所的潜在应用，为临床医生提供更精确和有效的工具”Koo博士说。

为了确定牙髓微机器人系统破坏和检索根管生物膜的有效性，研究人员与宾夕法尼亚牙科医学内膜学系主任Bekir Karabucak博士合作，在垂直放置的3D打印牙齿复制品中进行了实验。在牙齿复制品内制备了含有牙髓细菌（戈登链球菌，粪肠球菌，梭杆菌核杆菌和以色列放线菌）的混合生物膜，并将NP悬浮液引入根管。使用电磁铁，创建并精确控制NP的微体以破坏生物膜。在对收集的生物膜进行分析后，他们发现所有四个物种都被检测到，并且使用显微镜，所有纳米颗粒似乎都从根管中移除。

打破常规

测试的第二个系统利用氧化铁NP作为构建块的灵活性，并涉及创建模制机器人系统。螺旋体（两个缠绕在中心轴上的螺旋）形式的软开瓶器状模具被3D打印并填充NP嵌入的凝胶。使用磁场，螺旋体被证明可以高效率地穿过运河，以实现生物膜的化学和机械破坏。特别值得注意的是，在根管的顶端区域为螺旋体加载治疗药物的额外能力，其中感染与周围组织非常接近。

此外，研究小组展示了使用现有的成像技术（如口内扫描仪，牙科X射线和锥形束计算机断层扫描）实时跟踪微型机器人的独特能力，这些技术能够在完整的牙管中定位螺旋体。

“重要的是，我们在离体模型中证明，机器人可以被磁场控制，而不会被牙齿周围的软组织和硬组织打断。此外，它们从管道的顶部到底部都显示出巨大的可操作性”Karabucak博士指出，测试的两种牙髓系统的磁场将由口腔中的小型装置产生。

应用广泛

除了增强牙髓治疗和组织再生的潜力外，研究人员还认为这项技术可以在医学和工业中得到广泛应用。

“从对导管等医疗设备进行消毒到确保清洁的水管线，这项技术有可能改变远远超出牙科医学的领域，”Koo博士补充道。“它可能会改变目前跨学科的模式。