Исследователи из Пенсильванского университета создали зубной имплантат, который сопротивляется росту бактерий и генерирует электричество благодаря своим пьезоэлектрическим свойствам. Вырабатываемое электричество может питать устройство для фототерапии – метода, который может помочь защитить ткань десен от болезней и воспалений.
Дентальные имплантаты используются для замены зубов, утраченных из-за осложнений кариеса или заболеваний десен. В отличие от зубных протезов, они не требуют использования соседних зубов в качестве опоры и при надлежащем уходе служат дольше. Хотя средний срок службы имплантатов составляет пару десятилетий, из-за проблем с деснами или другими окружающими имплантат тканями, их замена может потребоваться в течение 5-10 лет.
Разработанная технология направлена на борьбу с основной причиной воспаления тканей вокруг имплантата – бактериями. Бактериальные биопленки, которые образуются на имплантатах, негативно влияют на здоровье десен, что в конечном итоге приводит утрате имплантата. Разработанная конструкция содержит диски с наночастицами титаната бария, которые создают отрицательный поверхностный заряд, не позволяющий бактериям прикрепляться к поверхности.
Исследователи изучили эффективность новых имплантатов для борьбы с бактериями Streptococcus mutans, являющимися основным компонентом зубного налета. В зависимости от дозы, вероятность образования биопленки могла быть снижена в несколько раз.
Исследователи надеются, что этот эффект может продолжаться в течение длительного времени, увеличивая срок службы таких имплантатов. «Мы хотели решить эту проблему, и поэтому мы придумали новый инновационный имплантат. Мы хотели создать материал для имплантата, который мог бы противостоять росту бактерий в течение длительного времени, потому что бактериальные инфекции не являются единовременной угрозой», – сказал Гилсу Хванг, доцент Школы стоматологической медицины Пенсильванского университета.
Интересно, что имплантаты также включают в себя другой механизм улучшения здоровья десен – фототерапию. Они могут накапливать электричество и использовать эту энергию для питания небольших источников света.
«Фототерапия может помочь в решении самых разных проблем со здоровьем», – сказал Хван. «Но после того, как биоматериал имплантирован, заменить или перезарядить батарею будет непрактично. Мы используем пьезоэлектрический материал, который может генерировать электрическую энергию от естественных движений полости рта, чтобы обеспечить свет, который может проводить фототерапию, и мы обнаружили, что он может успешно защитить ткань десен от бактериального заражения».
В то время как более ранние исследования предполагали, что титанат бария может убивать бактерии напрямую, используя реактивные формы кислорода, генерируемые световыми катализаторами или реакциями электрической поляризации, Хван и его коллеги не обнаружили, что такие эффекты имеют краткосрочную эффективность. Вместо этого ученые разработали на его основе структуру, которая в течение длительного периода эксплуатации имплантата генерирует повышенный отрицательный поверхностный заряд, отталкивающий отрицательно заряженные клеточные стенки бактерий.
В будущей работе команда надеется продолжить совершенствование «умной» системы дентальных имплантатов, тестируя новые типы материалов и, возможно, даже используя их сочетания. Так одна сторона имплантата будет способствовать интеграции в кость, а другая – препятствовать образованию бактерий.
«Мы надеемся продолжить разработку системы имплантатов и, в конечном итоге, увидеть ее коммерческое применения, чтобы ее можно было использовать в стоматологической сфере», – говорит Хван.
