一种“智能”牙科植入物可以通过使用抗生物膜纳米颗粒和电池供电的灯来促进周围牙龈组织的健康，从而改进现有的装置
信用:格尔苏黄 在美国，超过300万人有牙科植入物，用于替换因蛀牙、牙龈疾病或受伤而脱落的牙齿
种植体代表着超越假牙或桥梁的进步，安装更加安全，设计寿命可达20年或更长
但通常植入物达不到这一期望，而是由于局部炎症或牙龈疾病需要在5到10年内更换，这就需要对患者重复昂贵且侵入性的手术
“我们想解决这个问题，所以我们想出了一种创新的新植入物，”宾夕法尼亚大学牙科医学院助理教授格尔苏·黄说，他有工程背景，并将其带到口腔健康问题的研究中
黄说，这种新型植入物将实现两项关键技术
一种是注入纳米颗粒的材料，可以抵抗细菌的定居
第二种是嵌入式光源，通过口腔的自然运动，如咀嚼或刷牙，来进行光疗
在《ACS应用材料与界面》杂志的一篇论文和《高级医疗材料》杂志2020年的一篇论文中，黄禹锡和他的同事们展示了他们的平台，有一天，该平台不仅可以集成到牙科植入物中，还可以集成到其他技术中，例如关节置换
黄禹锡说:“光疗可以解决多种多样的健康问题。”
“但是一旦植入生物材料，更换电池或给电池充电就不切实际了
我们正在使用一种压电材料，它可以从自然口腔运动中产生电能，提供一种可以进行光疗的光，我们发现它可以成功地保护牙龈组织免受细菌的攻击
" 在论文中，研究人员探索的材料是钛酸钡(BTO)，它具有压电特性，可用于电容器和晶体管等应用，但尚未被探索作为抗感染可植入生物材料的基础
为了测试其作为牙科植入物基础的潜力，研究小组首先使用嵌入BTO纳米颗粒的圆盘，并将其暴露于变异链球菌，变异链球菌是导致蛀牙的细菌生物膜的主要成分，通常被称为牙斑
他们发现圆盘以剂量依赖的方式抵抗生物膜的形成
BTO浓度越高的圆盘越能防止生物膜结合
虽然早期的研究表明，BTO可能会利用光催化或电极化反应产生的活性氧彻底杀死细菌，但黄禹锡和他的同事们并不认为这是事实，因为这些方法的功效短暂，而且会产生非目标效应
相反，该材料产生增强的负表面电荷，排斥带负电荷的细菌细胞壁
研究人员说，这种排斥效应可能会持续很长时间
黄说:“我们想要一种可以长时间抵抗细菌生长的植入材料，因为细菌挑战不是一次性的威胁。”
该材料的发电性能得以保持，并且在测试中，随着时间的推移，该材料不会浸出
它还显示出与牙科应用中使用的其他材料相当的机械强度水平
最后，在研究人员的实验中，这种材料没有伤害正常的牙龈组织，支持了这种材料可以在口腔中使用而没有不良影响的想法
这项技术是科学中心的研究加速器项目，即QED概念验证项目的决赛选手
作为12名决赛选手之一，黄禹锡和他的同事将接受商业化专家的指导
如果该项目进入三个决赛之一，该集团有可能获得高达20万美元的资金
在未来的工作中，该团队希望继续完善“智能”牙科植入系统，测试新的材料类型，甚至可能在植入组件的每一侧使用不对称特性，一个鼓励面向牙龈一侧的组织整合，另一个阻止面向口腔其余部分一侧的细菌形成
黄说:“我们希望进一步开发植入系统，并最终看到它商业化，这样它就可以用于牙科领域。”
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