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，還具備牙醫助手的功能：
不僅能夠根據微型機器人構成材料的化學特性，清理導致蛀牙的牙齒生物膜和細菌，還能採集口腔中的病菌，幫助診斷口腔問題。
研究成果一經發表就引起熱議，有網友甚至已經開始暢想，以後會不會連牙醫都不需要了？
看網名，這位老哥自己應該就是一位牙醫，職業危機意識很敏感呀～（手動狗頭）
機器人怎麼幫你刷牙？
可變形，能除垢，還能為牙醫採集診斷資料，是這種刷牙微型機器人的 3 大功能。實現這些功能的背後原理，是同時利用了氧化鐵納米顆粒（IONP）的磁場控制和化學特性。
具體來看：
IONP 可以通過改變磁場進行形態的變化，相信大家都看過類似這樣的視頻：
而這一原理，目前已經被廣泛運用於醫學領域，刷牙微型機器人，也正是以 IONP 為載體實現的。
首先，為了能對 IONP 進行可控變形，研究團隊設計了一個具有機器人原理的磁場控制平台，能夠通過改變磁場，來組裝、重新配置和驅動 IONP 的上層結構。
通過這個控制平台，IONP 就可以變成具備一定剛性，類似於鬃毛一樣的形態，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現，“鬃毛”長度和覆蓋面積取決於 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 會跟着磁場來回運動，當磁場拖拽速度更快的時候，IONP 之間的內聚力被破壞，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，存在正相關關係。
在實驗的過程中，研究團隊通過改變 IONP 的內聚力和剛性，實現了 IONP 在複雜表面的運動和清理。
在之後的實驗中，研究團隊用 3D 打印複製了一個人類口腔結構，在上述實驗的基礎上，成功實現了 IONP 的“牙線”形態，在細菌集結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 的化學特性。
在此之前，已經有研究表明，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 也已經被應用於生物膜的處理。
研究團隊在一塊固定的幾何板上，精確引導 IONP 到需要清理的病菌區，IONP“鬃毛”與生物膜直接接觸，同時在靠近病菌區的地方通過催化過氧化氫產生的活性氧，實現了原位殺滅細菌。
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 —— 一種細菌和真菌的病原體 —— 通常存在於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，發現活性細菌和真菌都存在於 IONP 的“鬃毛”內。
這也證明 IONP 在清理過程中，可以將活性的病菌帶出並作為牙醫診斷口腔問題的證據。
綜上所述，以 IONP 作為載體的刷牙機器人，在理論上可以實現口腔清潔、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。實驗結果發現，“刷牙”10 分鐘后，豬頜牙齦組織並沒有受到損傷，而且 IONP 也沒有顯示出細胞毒性。
也就是說，以 IONP 為載體的概念牙刷微型機器人，理論上可以投入應用。
研究團隊目前正在持續優化刷牙微型機器人的運動控制，並考慮開發一種口腔貼合設備，降低刷牙微型機器人的使用門檻。怎麼樣，這麼厲害的刷牙微型機器人，你就不想來一個？
作者介紹
研究來自賓夕法尼亞大學的口腔醫學學院和工程與應用科學學院，成果已經發表在《ACS 納米》雜誌上。
通訊作者 Edward Steager 博士，賓夕法尼亞大學高級研究調查員，博士后研究員。研究領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，賓夕法尼亞大學牙科醫學院教授，主要研究領域包括生物外基質、生物膜內微環境、以及 EPS 的產生和嵌入基質病原體之間的關係。
參考鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c01950
https://penntoday.upenn.edu/news/penn-dental-engineering-shapeshifting-microrobots-can-brush-and-floss-teeth