Cerdas eléctricamente activas
Dennis Lenz
(Imagen simbólica) Un cepillo de dientes con cerdas de plástico eléctricamente activas combina la limpieza mecánica con un efecto adicional sobre las bacterias bucales. El desarrollo de Beijing utiliza un material cuya superficie reacciona a la deformación. Las pruebas de laboratorio y una comparación clínica inicial examinan cómo esta propiedad afecta la placa y las encías. Todavía faltan estudios amplios y a largo plazo para el uso a largo plazo.
(Foto: © Investigación y conocimiento, imagen de IA)
Un cepillo de dientes fabricado en Beijing mata más de la mitad de las bacterias de las caries examinadas en el laboratorio gracias a sus cerdas que generan una carga eléctrica durante el cepillado. El material plástico especial combina la limpieza normal con el ataque químico de los gérmenes. Un estudio con adultos proporciona evidencia inicial de un beneficio para la salud dental; Todavía se están llevando a cabo estudios a gran escala y a largo plazo. La eficacia de la invención está determinada por el pequeño punto de contacto entre una cerda curva y el diente húmedo.
Un equipo de Beijing probó un cepillo de dientes con 115 adultos cuyas cerdas combinan la actividad eléctrica con el cepillado normal. Yanhui Lu, Jia Song, Xiaopei Chi y sus colegas de la Facultad de Odontología y del Hospital Universitario de la Universidad de Pekín están estudiando cerdas hechas de fluoruro de polivinilideno, o PVDF para abreviar. Su trabajo en Science Advances combina el desarrollo de materiales, experimentos con bacterias orales y mediciones en voluntarios. La energía para el efecto antibacteriano la proporciona el movimiento de la mano; Para este principio no es necesaria una batería.
El cepillo de dientes de Beijing produce especies reactivas de oxígeno
Cuando se dobla el plástico piezoeléctrico, se crean cargas eléctricas en su superficie que provocan reacciones en el ambiente húmedo de los dientes. Esto crea especies reactivas de oxígeno, especialmente compuestos reactivos de oxígeno, que dañan las membranas de las bacterias y, por lo tanto, les dificultan la supervivencia. La fuerza mecánica pone en marcha un proceso químico directamente sobre la cabeza mientras la mano realiza el movimiento habitual de limpieza. De esta forma el material combina la eliminación de la placa con un efecto sobre los microorganismos que contiene.
Además, los autores describen un potencial superficial que también está presente en las cerdas en reposo y que inhibe la adhesión bacteriana. Este efecto estático afecta particularmente a la colonización del material del cepillo entre aplicaciones y complementa el efecto dinámico durante la carga.
Una patente de Beijing describe cómo se fabrican las cerdas
Una solicitud de patente anterior de la Facultad de Estomatología de la Universidad de Pekín, en la que participan Lu, Xuehui Zhang y Xuliang Deng, muestra cuán desafiante es la producción de tales fibras. Primero se funde el plástico, se transforma en finos filamentos y luego se trata con calor y un campo eléctrico. El artículo describe un tratamiento térmico entre 120 y 150 grados centígrados, con el que los desarrolladores ajustan las propiedades de las fibras. Una vez calentado, la estructura cristalina del polímero cambia, al tiempo que se reducen las tensiones mecánicas resultantes de la producción. El campo eléctrico cambia la polarización y, por tanto, mejora la actividad piezoeléctrica de las cerdas.
Según este documento, con pasos de tratamiento demasiado débiles o demasiado cortos no se consiguen adecuadamente las propiedades deseadas del material; demasiado fuerte también puede dañar las fibras. También es fundamental la capacidad con la que un solo alambre vuelve a su forma original después de haber sido doblado. La información se refiere al proceso de fabricación patentado y debe distinguirse de los valores medidos del estudio clínico posterior.
Pruebas de laboratorio en Beijing identificaron dos tipos de bacterias orales
En el laboratorio, las cerdas activas mataron más del 50 por ciento de las bacterias Streptococcus mutans analizadas, mientras que las cerdas de nailon mataron alrededor del 9 por ciento. Con Porphyromonas gingivalis el efecto alcanzó el 78%, mientras que las cerdas de comparación se mantuvieron por debajo del 8%. El primer germen pertenece a las bacterias implicadas en las caries; el segundo está vinculado a las enfermedades periodontales.
La producción de ácido juega un papel particularmente importante en la unión de los dientes: algunas bacterias bucales utilizan azúcar y almidón y liberan ácidos en el proceso. Estos atacan el mineral del esmalte dental, como describe el Instituto Nacional Americano de Investigación Dental y Craneofacial. La exposición repetida al ácido hace que los minerales desaparezcan de la superficie y, finalmente, provoca un agujero en el diente. Por tanto, en la primera parte de esta cadena comienza un cepillo con propiedades antibacterianas.
De sus estudios mecanicistas los autores también deducen daños en el sistema de transporte ABC, cuyas proteínas transportan diversas sustancias a través de las membranas celulares. Además de la capa exterior, también se destaca el suministro de microorganismos, ya que su intercambio de materiales depende del funcionamiento de las rutas de transporte. Es necesario realizar experimentos más específicos para aclarar cuál de estos procesos tiene una influencia particularmente fuerte en el efecto observado.
En Beijing, el esmalte dental bovino porta placa dental humana
Para otra prueba, los científicos permitieron que muestras de placa dental humana crecieran en trozos de esmalte dental bovino y trataron la placa resultante con cepillos de dientes. El cepillo de prueba eliminó más del 99% de la biopelícula en estas condiciones y, por lo tanto, tuvo un mejor rendimiento que el modelo de nailon. La tecnología se probó en una superficie sólida poblada en la que los gérmenes forman una capa coherente. Un modelo de este tipo tiene requisitos diferentes a los del examen de especies bacterianas individuales sin una estructura de pelaje desarrollada.
En la biopelícula, una matriz común protege a las bacterias y mantiene unida a la comunidad en la superficie. Al probar una tecnología de limpieza, lo que interesa no sólo es si se eliminan los gérmenes individuales, sino también si este compuesto realmente se puede eliminar. El porcentaje de placa eliminada y el porcentaje de bacterias eliminadas son medidas diferentes y cada una describe un efecto diferente. Por lo tanto, la prueba de fusión proporciona una declaración sobre la situación de limpieza comprobada; El desarrollo a largo plazo de caries en humanos requiere nuestras observaciones.
Después de 3 meses los valores gingivales mejoran.
Para la parte clínica, el equipo comparó los cepillos experimentales con modelos de nailon convencionales, brindando a los participantes instrucciones de cepillado consistentes. Según la asociación científica AAAS, los usuarios de cerdas eléctricamente activas acabaron presentando menos placa, menos inflamación de las encías y menos sangrado que el grupo de comparación. Estas mediciones registran el estado de las superficies de los dientes y las encías durante el uso diario, donde los movimientos del cepillado y los tiempos de contacto cambian continuamente.
Además, los científicos analizaron las muestras mediante secuenciación de genes y metagenomas para rastrear los cambios en las comunidades bacterianas. Disminuyó la frecuencia relativa de diversos gérmenes orales asociados a enfermedades, es decir, su porcentaje en la comunidad estudiada. El número absoluto de bacterias presentes no se puede calcular únicamente a partir de estas proporciones, por lo que la composición y la cantidad total siguen siendo cuestiones separadas. Lo que también es interesante para un mayor desarrollo es la estabilidad del microbioma oral, que cambia con el uso a largo plazo.
Como prueba de concepto, el estudio sigue limitado a los adultos evaluados y documentado el período de uso; Todavía faltan datos importantes sobre la seguridad a largo plazo. En el uso regular es especialmente importante examinar cómo reaccionan las encías y la mucosa oral a las sustancias reactivas generadas localmente durante un período de tiempo más largo. También queda por aclarar qué ventajas adicionales ofrece la tecnología de materiales en comparación con otros sistemas de cepillos conocidos en condiciones de limpieza comparables. Tales comparaciones ayudarían a separar la contribución del material de las cerdas del diseño, manejo y contacto real de las cerdas.
Yanhui Lu involucró a empresas especializadas en el proyecto de Beijing
Yanhui Lu ha estado trabajando en el cepillo de dientes desde que comenzó el programa de doctorado de la clínica dental universitaria en 2021. Según un informe de desarrollo publicado en el periódico universitario, Deng y Zhang supervisaron la búsqueda inicial de un material que también cumpliera los requisitos de los cepillos de dientes. Lu también tuvo que colaborar con empresas especializadas e instalaciones de producción adecuadas porque la producción no podía realizarse únicamente en su laboratorio. El proyecto también utilizó la clínica especial de la clínica dental para realizar pruebas con voluntarios.
El desarrollo recibió el primer premio en la categoría de incubación de ideas en el concurso de innovación médica de la universidad en 2025. Luego, Lu informó que los participantes del ensayo habían preguntado sobre la posibilidad de comprar el cepillo de dientes; En esta etapa del proyecto ya se había registrado una marca. Antes de venderlo, el equipo planeó nuevas mejoras en las propiedades del cepillo.
Avances científicos: el cepillo de dientes autocargable facilita el mantenimiento de dientes sanos; doi:10.1126/sciadv.aeg5744
Escuela de Estomatología de la Universidad de Pekín, filamento de cepillo de dientes y su método de preparación, y cepillo de dientes; Solicitud de patente WO2023216387A1
Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Pekín, University Journal 北医, 高校首个医学大学生创新转化大赛, página 3
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