據(jù)麥姆斯咨詢報道，為了解決口腔內(nèi)原位傳感和局部給藥的挑戰(zhàn)，浙江大學的科研人員開發(fā)了一款微型化、無電池、可穿戴的牙齒貼片系統(tǒng)，可用于口腔微環(huán)境監(jiān)測及可控的氟化物給藥。作為貼合在牙齒上的柔性電子器件，這款用于口腔內(nèi)診斷治療的可穿戴系統(tǒng)，為齲齒和口腔疾病的即時監(jiān)測和治療提供了一個鼓舞人心的平臺。

用于口腔內(nèi)診斷治療的可穿戴牙齒貼片系統(tǒng)

據(jù)估計，恒牙齲齒影響著全球23億人，所有年齡段人群中，齲齒患病率為35%。盡管齲齒是全球公認的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)，但在個人口腔健康管理中仍然被忽視。只有當齲齒擴散到牙髓，出現(xiàn)嚴重牙痛時，才會引起人們的關(guān)注，而這會引起感染、敗血癥，甚至導致牙齒脫落。

其實，通過局部氟化物給藥可以很容易地阻止和逆轉(zhuǎn)牙齒的早期病變。因此，早期預防和及時的氟化物治療對于齲齒的管理至關(guān)重要。不幸的是，形成齲齒后，手術(shù)治療仍然是其管理的主要臨床策略，因為傳統(tǒng)的臨床目視檢查和牙科X光片無法檢測到牙釉質(zhì)的早期變化。因此，開發(fā)一種與治療相結(jié)合的高靈敏度即時傳感系統(tǒng)是早期預防和及時治療齲齒的迫切需求。

這款完全集成的可穿戴、無電池牙齒貼片，可以無線原位監(jiān)測口腔微環(huán)境并按需給藥。它由控制電路和功能電極陣列組成，微型柔韌的特點使其可與牙齒完美貼合?？蒲腥藛T還開發(fā)了一款電位型電化學傳感器，用于監(jiān)測口腔微生物代謝引起的牙齒表面局部酸性環(huán)境的波動，從而預警潛在的齲齒病變。通過電刺激，及時輸送氟化物進行反饋治療?？蒲腥藛T開發(fā)的近場通信（NFC）模塊，目的是通過移動終端實現(xiàn)能量和數(shù)據(jù)的無線傳輸，同時實現(xiàn)無需機載電池的口腔感應和主動控制給藥。這款可貼合在牙齒上的柔性電子器件為預防齲齒提供了一種解決方案，這在口腔疾病的監(jiān)測和治療方面有廣闊的前景。

綜合考慮佩戴的安全性和舒適性，該牙齒貼片由控制電路和電極陣列（電化學傳感器）組成的雙層結(jié)構(gòu)集成，以減小其尺寸。當致齲菌在牙齒上產(chǎn)生酸性物質(zhì)時，牙齒貼片的電位型電化學傳感器會記錄局部微環(huán)境中pH值的變化，并傳輸給智能手機，有關(guān)齲齒的潛在病變警告會隨之發(fā)出。根據(jù)需要，通過定制的手機應用程序向給藥模塊發(fā)送指令，從而按需釋放氟化物，通過抑制細菌活動和促進再礦化，有效地阻止和逆轉(zhuǎn)齲齒病變。

為實現(xiàn)實時檢測和可控給藥，科研人員開發(fā)的基于電化學測定的電極陣列，用于微環(huán)境監(jiān)測和承載氟化物。如下圖a所示，柔性電極陣列微型、超薄且輕巧，只有15mg重。電極被逐層修飾以用于傳感和載藥（下圖c）。最重要的是，科研人員開發(fā)的具有高靈敏度和選擇性的pH傳感器，可以監(jiān)測牙菌斑形成過程中致齲菌的酸性代謝，有望用于指示牙釉質(zhì)的微環(huán)境波動。

柔性電極陣列的制備和表征

這款智能牙齒貼片可以通過實時檢測牙齒表面的pH值波動，來評估口腔微環(huán)境的酸化狀況，實現(xiàn)齲齒病變過程的監(jiān)測和預警（下圖a）。與傳統(tǒng)耗時的培養(yǎng)檢測相比，該智能牙齒貼片為口腔內(nèi)齲齒狀況的評估提供了一個高效、可靠的解決方案。

使用牙齒貼片進行口腔微環(huán)境原位監(jiān)測

因此，這項研究中開發(fā)的智能牙齒貼片能夠原位監(jiān)測牙齒表面的局部pH值，直觀地實時反映牙釉質(zhì)狀態(tài)，有利于預防齲齒。當口腔經(jīng)常出現(xiàn)酸性微環(huán)境時，智能手機會發(fā)出警報，提示需要進行口腔清潔以及氟化物治療。

由于氟化物給藥是治療早期齲齒的最有效策略之一，因此將電控給藥模塊集成到牙齒貼片中，用于按需齲齒治療。一旦智能手機發(fā)出治療指令，施加在電極上的負電位就會使氟化物局部釋放在牙齒表面（下圖a）。

電控氟化物給藥評估

綜上所述，浙江大學的科研人員開發(fā)了一種帶有電化學傳感器和電控氟化物給藥模塊的口腔內(nèi)診斷治療的可穿戴牙齒貼片系統(tǒng)，用于原位監(jiān)測和按需治療齲齒。體外致齲菌實驗和人體試驗表明，該傳感器對局部口腔微環(huán)境波動的實時檢測具有較高的靈敏度和可靠性。在電壓刺激下釋放的氟化物表現(xiàn)出良好的抑菌活性。監(jiān)測和治療模塊均由支持NFC功能的智能手機無線控制和供電，可根據(jù)傳感器檢測到的信號及時進行氟化物治療。這種即時護理系統(tǒng)為口腔內(nèi)可穿戴電子器件提供了實現(xiàn)生物標志物實時監(jiān)測和個性化醫(yī)療保健應用按需給藥的機會。

論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41528-022-00185-5

審核編輯 ：李倩