Un essaim de microrobots qui changent de forme peuvent se brosser, se rincer les dents et passer la soie dentaire

Tout comme de nombreuses personnes ont remplacé leur brosse à dents manuelle par une brosse électrique, les robots pourraient également inaugurer une nouvelle ère de nettoyage dentaire.

Les scientifiques ont créé un essaim de microrobots qui changent de forme et qui, selon eux, peuvent brosser, rincer et passer la soie dentaire en même temps.

Dans une étude de preuve de concept, des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie ont montré que le système mains libres peut automatiser efficacement le traitement et l’élimination des bactéries et de la plaque responsables de la carie.

Le système pourrait être particulièrement utile pour les personnes qui manquent de dextérité manuelle pour se nettoyer efficacement les dents elles-mêmes, ont déclaré les experts.

Les éléments constitutifs de ces microrobots sont des nanoparticules d’oxyde de fer qui ont une activité à la fois catalytique et magnétique.

À l’aide d’un champ magnétique, les chercheurs ont pu diriger leur mouvement et leur configuration pour former soit des structures en forme de brosse qui éloignent la plaque des larges surfaces des dents, soit des cordes allongées qui peuvent glisser entre les dents comme un fil dentaire.

Dans les deux cas, une réaction catalytique amène les nanoparticules à produire des antimicrobiens qui tuent les bactéries buccales nocives.

L’équipe a mené des expériences sur de fausses et de vraies dents humaines et a découvert que les microbots pouvaient se transformer en différentes formes pour presque éliminer les biofilms collants qui conduisent aux caries et aux maladies des gencives.

« Les soins bucco-dentaires de routine sont fastidieux et peuvent être difficiles pour de nombreuses personnes, en particulier celles qui ont du mal à se brosser les dents », a déclaré l’auteur de l’étude Hyun Koo, professeur au Département d’orthodontie de la Penn’s School of Dental Medicine.

« Vous devez vous brosser les dents, puis passer du fil dentaire, puis vous rincer la bouche ; il s’agit d’un processus manuel en plusieurs étapes.

« La grande innovation ici est que le système robotique peut faire les trois d’une seule manière, mains libres et automatisée. »

L’auteur de l’étude, Edward Steager, chercheur principal à la Penn’s School of Engineering and Applied Science, a déclaré : « Les nanoparticules peuvent être façonnées et contrôlées de manière surprenante à l’aide de champs magnétiques.

«Nous formons des poils qui peuvent s’étirer, balayer et même se déplacer d’avant en arrière dans un espace, tout comme la soie dentaire.

« La façon dont cela fonctionne est similaire à la façon dont un bras robotique peut atteindre et nettoyer une surface. Le système peut être programmé pour effectuer automatiquement l’assemblage des nanoparticules et le contrôle du mouvement.

Koo a ajouté : « La conception de la brosse à dents est restée relativement inchangée pendant des millénaires. »

Alors que l’ajout de moteurs électriques a augmenté le format de base « pinceau sur bâton », le concept fondamental est resté le même.

« C’est une technologie qui n’a pas été perturbée depuis des décennies », a-t-il déclaré.

Les chercheurs ont optimisé les mouvements des microrobots sur une tranche de matériau semblable à une dent.

Ils ont ensuite testé les performances des robots, en s’adaptant à la topographie complexe de la surface dentaire, des surfaces interdentaires et des gencives, à l’aide de modèles de dents imprimés en 3D basés sur des scans de dents humaines de la clinique dentaire.

Enfin, ils ont testé les microrobots sur de vraies dents humaines montées pour imiter la position des dents dans la cavité buccale.

Sur ces différentes surfaces, les chercheurs ont découvert que le système de microrobotique pouvait efficacement éliminer les biofilms et éliminer tout agent pathogène détectable.

Les nanoparticules d’oxyde de fer sont approuvées par la FDA pour d’autres utilisations, et les tests des poils sur un modèle animal ont montré qu’ils n’endommagent pas les gencives.

« Peu importe que vous ayez des dents droites ou des dents mal alignées, cela s’adapte à différentes surfaces », explique Koo. « Le système peut s’adapter à tous les coins et recoins de la cavité buccale. »

Le système est également entièrement programmable.

Les roboticiens et ingénieurs de l’équipe ont utilisé les variations du champ magnétique pour affiner les mouvements des microrobots et contrôler la rigidité et la longueur des poils.

Ils ont découvert que les pointes des poils pouvaient être suffisamment fermes pour éliminer les biofilms, mais suffisamment souples pour éviter d’endommager les gencives.

La nature adaptable du système pourrait le rendre suffisamment souple pour une utilisation clinique, selon les chercheurs, ainsi que personnalisé, capable de s’adapter aux topographies uniques de la cavité buccale d’un patient.

Pour amener cette innovation au stade de la mise à disposition du public, l’équipe de Penn continue d’optimiser les mouvements des robots et envisage différentes manières de délivrer les microrobots via des dispositifs qui tiennent dans la bouche.

« Nous avons cette technologie qui est aussi efficace ou plus efficace que le brossage et la soie dentaire, mais elle ne nécessite pas de dextérité manuelle », explique Koo.

«Nous aimerions que cela aide la population gériatrique et les personnes handicapées. Nous pensons que cela perturbera les modalités actuelles et fera progresser considérablement les soins bucco-dentaires.

L’étude est publiée dans la revue ACS Nano.