NATURALEZA

Un limpiador de dientes robótico que cambia de forma podría algún día cepillarse por ti

Algún día, es posible que ya no necesite cepillarse los dientes ni usar hilo dental a mano. En cambio, un enjambre de miles de millones de nanopartículas podría hacer automáticamente todo ese trabajo por usted. Las nanopartículas son bolas metálicas muy pequeñas. Los imanes hacen que se muevan. Si configura un imán de la manera correcta, dice Ed Steager, «puede colocarlos en la forma que desee».

¿Por qué no un robot limpiador de dientes que cambia de forma?

Steager es ingeniero de la Universidad de Pensilvania (Penn) en Filadelfia. Su colega Hyun (Michel) Koo es inventor e investigador dental allí. Juntos, encontraron una manera de convertir las nanopartículas en cerdas largas y delgadas, muy parecidas a las de un cepillo de dientes. Pero estas cerdas cambian de forma para adaptarse a cualquier superficie que encuentren. Incluso pueden apretarse entre los dientes, como el hilo dental.

Una nueva forma de limpiar los dientes podría ayudar a cualquiera que encuentre esta tarea tediosa, dice Koo. Pero cambiaría especialmente la vida de las personas con discapacidades o enfermedades que dificultan o imposibilitan sostener y mover un cepillo de dientes.

Los científicos probaron las cerdas robóticas en el laboratorio. Quitaron la suciedad de los dientes de plástico y de los dientes humanos que habían sido extraídos. Koo, Steager y sus colegas informaron sobre su invento en ACS Nano el 28 de junio.

El dispositivo aún no está listo para que la gente lo use. Los imanes y las nanopartículas deberán encajar de manera cómoda y segura dentro de la boca de una persona. Los investigadores están trabajando con una empresa para lograr esto de manera segura y efectiva. Pero si estos inventores pueden perfeccionar el dispositivo, mucha gente se beneficiará.

Mary Anne Melo es investigadora dental en la Universidad de Maryland en Baltimore. Ella dice sobre el cepillo robótico de Penn: «Es extremadamente innovador».

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Un dentista y un ingeniero entran en una cafetería…

Eso puede sonar como el comienzo de una broma. En realidad, así es como surgió el nuevo sistema de limpieza dental. Koo y Steager se enfocan en áreas de investigación completamente diferentes. Steager construye pequeños robots. Koo intenta encontrar nuevas formas de tratar los problemas dentales, como la placa, una acumulación pegajosa de alimentos y bacterias que recubre los dientes. Si no se elimina, la placa puede provocar caries y perforaciones dolorosas en los dientes. Los dentistas llaman a esto caries dental. La mayoría del resto de nosotros los conocemos como caries.

Aunque los objetivos de investigación de los científicos eran muy diferentes, ambos usaban las mismas nanopartículas. Steager los estaba usando para formar estructuras robóticas en movimiento. Koo los estaba usando para hacer el trabajo de un enjuague bucal para matar bacterias.

Steager y Koo trabajaban en unos pocos edificios de distancia en el mismo campus. Un día, un colega que conocía los proyectos de ambos les dijo que deberían reunirse para tomar un café. En esa reunión, se dieron cuenta de que las estructuras robóticas de Steager podrían tomar la forma de un cepillo de dientes o hilo dental. Aunque Steager había estado trabajando con estas nanopartículas durante mucho tiempo, nunca antes se le había ocurrido que podrían ser útiles de esta manera. Fue «un momento a-ha», recuerda.

una infografía que muestra cómo un enjambre de nanopartículas de hierro es controlado por un campo magnético para formar cerdas y fregar los dientes
Melissa Pappas/Ingeniería Penn

Poder del imán

El robot de limpieza dental funciona gracias a dos imanes. Uno va a cada lado de los dientes. Las nanopartículas se asientan en una solución a base de agua entre los imanes. Todo esto puede caber en algo del tamaño y la forma de un protector bucal, aunque los investigadores aún no se han decidido por un diseño para el dispositivo.

una imagen microscópica de muchas bolas diminutas agrupadas para formar una cerda
Estas nanopartículas son demasiado pequeñas para verlas a simple vista. Bajo un microscopio, aparecen como bolas ligeramente deformes, dice Steager. Los imanes gemelos hacen que las bolas formen cerdas largas y delgadas, como esta.Medicina dental Penn

Los imanes forman un campo magnético en el espacio que los rodea. Puedes imaginar este campo como líneas que se extienden hacia afuera desde cada imán. Un imán de nevera crea un campo magnético permanente. Pero los imanes que usaron Steager y Koo son electroimanes. Solo forman campos cuando la electricidad fluye a través de ellos.

Cuando se apagan los imanes, las nanopartículas flotan aleatoriamente en la solución. Tan pronto como se enciende un imán, las nanopartículas se agrupan cerca de su centro. “A todos les gusta reunirse en el mismo lugar”, dice Steager. Cuando los investigadores encienden el otro imán y apagan el primero, las nanopartículas se extienden hacia afuera en cerdas largas y delgadas.

Cuando hay un diente en medio, estas cerdas no pueden estirarse tanto como quisieran. Entonces empujan contra la superficie del diente. Si hay un espacio entre los dientes, empujan en el espacio. Mover los imanes hace que las cerdas se muevan contra y entre los dientes. Todo ese movimiento rompe la placa.

Muerte a las bacterias

Como beneficio adicional, las nanopartículas también matan las bacterias que viven en la placa y en la boca. El líquido a base de agua que los contiene contiene peróxido. Esta es una sustancia que comúnmente se agrega a la pasta de dientes y al enjuague bucal. Mata algunas bacterias por sí solo. Pero cuando estas nanopartículas reaccionan con él, se crean poderosas moléculas que matan gérmenes. Son 500 veces mejores para combatir las bacterias que el peróxido simple, dice Koo.

dos pares de dientes, uno con placa teñida de rojo antes de cepillarse con el limpiador de dientes robótico y otro sin placa después de la limpieza
Los dientes humanos reales de la izquierda están cubiertos de placa. Se ha coloreado para que sea más fácil de ver. Después de que el limpiador de dientes robótico que cambia de forma trabajó en los dientes, casi toda la placa desapareció.Minjun Oh/Penn Medicina Dental

Koo ya había probado este aspecto de las nanopartículas en un estudio de 2021. Allí, los voluntarios humanos usaron dentaduras postizas que contenían piezas de dientes reales. Dejaron que se acumulara placa en estos fragmentos de dientes reales (para no tener que dejar de cepillarse los dientes y correr el riesgo de tener caries). Luego usaron las nanopartículas como un enjuague bucal para eliminar las bacterias. Pero esto no eliminó la placa pegajosa.

Las nuevas formas erizadas creadas por los imanes ahora llevan estas partículas trabajadoras al siguiente nivel.

Los dientes son “un área difícil de limpiar”, señala Melo. Los cepillos de dientes, el hilo dental y el enjuague bucal no siempre limpian los dientes lo suficiente como para evitar problemas, dice.

El nuevo invento es solo una prueba de concepto. Los investigadores todavía necesitan convertirlo en un producto que la gente quiera usar. Debe caber cómodamente y con seguridad en la boca de las personas. No puede consumir demasiada energía o costar demasiado. “Hay mucha ingeniería para llegar de aquí para allá”, dice Steager. Pero, como dice Melo, “toda buena idea necesita un comienzo”.

Esta es una de una serie que presenta noticias sobre tecnología e innovación, posible gracias al generoso apoyo de la Fundación Lemelson.

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