Tim peneliti multidisiplin di Universitas Pennsylvania (UPenn) telah mengembangkan robot mikro yang dapat berubah bentuk yang dapat menyikat, membilas dan membersihkan gigi, serta membunuh bakteri.
Teknologi baru ini menggunakan medan magnet untuk mengontrol robot mikro berbasis nanopartikel oksida besi untuk membentuk bulu sikat dan benang antimikroba.
Alat ini menawarkan cara baru yang otomatis untuk melakukan tugas rutin sehari-hari seperti menyikat gigi dan membersihkan gigi. Penelitian menunjukkan bahwa robot ini dapat secara efektif mengotomatiskan perawatan dan menghilangkan bakteri penyebab kerusakan gigi dan plak gigi. Di masa depan, robot mikro dapat berfungsi sebagai sikat gigi, bilas, dan benang gigi secara bersamaan.
Sistem bebas genggam yang baru ini dapat bermanfaat bagi mereka yang tidak memiliki ketangkasan manual untuk membersihkan gigi dengan benar secara mandiri dan kesulitan untuk mendapatkan perawatan gigi.
Robot mikro juga dapat diterapkan pada perawatan kesehatan dengan cara lain. Teknologi ini ditargetkan untuk orang-orang yang memiliki masalah kecacatan atau ketangkasan yang menghalangi mereka untuk membersihkan gigi secara efektif.
Aksi perubahan bentuk tiga kali lipat
Para peneliti dari tim UPenn mengkonfigurasi gerakan mikroba untuk membentuk struktur seperti bulu yang menyapu plak gigi dari permukaan gigi yang luas dengan menggunakan medan magnet.
Mikroba ini terbentuk dari nanopartikel oksida besi yang memiliki aktivitas katalitik dan magnetik. Mikroba ini juga dapat membentuk benang memanjang yang dapat menyapu sela-sela gigi seperti layaknya benang gigi. Dalam reaksi katalitik, nanopartikel menghasilkan antimikroba yang membunuh bakteri mulut yang berbahaya di dalam mulut.
Para peneliti melakukan tes pada gigi tiruan dan gigi asli manusia. Mereka menemukan bahwa robot mikro dapat menyesuaikan diri dengan berbagai bentuk untuk menghilangkan biofilm lengket yang menyebabkan gigi berlubang dan penyakit gusi. Mereka membagikan temuan ini dalam jurnal ACS Nano.
Hyun (Michael) Koo, seorang profesor di Departemen Ortodonsia dan divisi Kesehatan Mulut Masyarakat dan Kedokteran Gigi Anak di Fakultas Kedokteran Gigi Pennsylvania dan salah satu penulis dalam penelitian ini, mengatakan bahwa perawatan mulut secara rutin dapat menjadi hal yang tidak praktis dan sulit dilakukan oleh banyak orang.
Merawat gigi adalah proses bertahap dan manual yang melibatkan menyikat gigi, membersihkan gigi dengan benang gigi, dan kemudian berkumur. Mereka yang mengalami kesulitan dalam membersihkan gigi memiliki kondisi yang lebih buruk, jadi ini adalah berita yang menyegarkan bagi mereka.
HYUN (MICHAEL) KOO, DEPARTEMEN ORTODONTIK, FAKULTAS KEDOKTERAN GIGI UNIVERSITAS PENNSYLVANIA
Dengan sistem robotik yang dapat melakukan ketiganya dalam satu cara otomatis yang bebas genggam, siapa pun yang merasa tidak percaya diri dengan gigi mereka dapat beristirahat sejenak. Mereka yang mengunjungi dokter gigi secara teratur dan menjaga kesehatan gigi mereka juga dapat mengalami noda gigi dan mencari cara memutihkan gigi sensitif secara alami.
Rekan penulis, Edward Steager, seorang peneliti senior di Sekolah Teknik dan Sains Terapan Penn, percaya bahwa mesin-mesin kecil ini dapat diprogram.
Perakitan nanopartikel dan kontrol geraknya dapat diprogram secara otomatis, seperti lengan robot yang dapat menjangkau untuk membersihkan permukaan. "Kami membentuk bulu-bulu yang dapat memanjang, menyapu, dan bergerak maju mundur melintasi suatu area, seperti halnya membersihkan gigi dengan benang," kata Steager.
Mendobrak teknologi perawatan mulut
Desain sikat gigi relatif tidak berubah dan tidak mengalami perkembangan selama ribuan tahun. Motor listrik meningkatkan desain ini dan banyak masyarakat adat masih menggunakan teknik tradisional untuk membersihkan gigi mereka, namun konsep dasarnya tetap sama.
Namun, para peneliti - yang bertempat di Pusat Inovasi dan Kedokteran Gigi Presisi (CiPD) UPenn - ingin menciptakan perubahan besar dalam industri perawatan mulut dengan menggunakan sistem mikrorobotika ini.
Inovasi mereka muncul dari sebuah kebetulan. Kelompok penelitian di Kedokteran Gigi Penn dan Teknik Penn telah mengembangkan minat pada nanopartikel oksida besi, yang telah disetujui oleh Badan Pengawas Obat dan Makanan Amerika Serikat, untuk alasan yang berbeda.
Di satu sisi, kelompok kedokteran gigi yang dipimpin oleh Direktur CiPD Koo tertarik dengan aktivitas katalitik dari nanopartikel tersebut. Mereka dapat mengaktifkan hidrogen peroksida untuk melepaskan radikal bebas yang dapat membunuh bakteri penyebab kerusakan gigi dan menurunkan biofilm gigi.
Di sisi lain, Steager dan rekan-rekannya, termasuk Dean Vijay Kumar dan rekan direktur CiPD Profesor Kathleen Stebe, meneliti nanopartikel sebagai blok pembangun robot mikro yang dikontrol secara magnetis.
Para kolaborator UPenn menggabungkan kedua aplikasi tersebut untuk melahirkan karya mereka saat ini. Mereka mendapat dukungan dari Teknologi Kesehatan UPenn dan Institut Kesehatan Nasional (NIH) dan Institut Penelitian Gigi dan Kraniofasial Nasional.
Dengan dukungan ini, mereka membangun sebuah platform untuk mengontrol robot mikro secara elektromagnetik. Hal ini memungkinkan mereka untuk mengadopsi konfigurasi yang berbeda dan melepaskan antimikroba secara langsung untuk merawat dan membersihkan gigi secara efektif.
Keindahan dari hasil teknologi ini adalah sebuah sistem yang dapat menyesuaikan diri dengan semua sudut dan celah dalam rongga mulut. Dengan begitu, tidak masalah jika seseorang memiliki gigi yang lurus atau tidak sejajar; alat ini akan beradaptasi dengan berbagai bentuk dan permukaan.
Cara kerja sistem
Agar robot mikro dapat bekerja secara efektif, para peneliti mengoptimalkan gerakan mereka pada sebuah lempengan kecil dengan bahan yang menyerupai gigi. Mereka kemudian menguji kinerjanya menggunakan model gigi yang dicetak secara 3D berdasarkan pemindaian gigi manusia dari klinik gigi.
Mereka juga menyesuaikan kinerjanya dengan topografi permukaan gigi yang kompleks, permukaan interdental, dan garis gusi. Akhirnya, mereka menguji robot mikro pada gigi manusia asli yang telah dipasang untuk meniru posisi gigi dalam rongga mulut.
Pada permukaan tersebut, para peneliti menemukan bahwa sistem mikroba dapat menghilangkan biofilm dan membersihkan gigi dari semua patogen yang dapat terdeteksi. Pengujian formasi bulu sikat pada sebuah model gigi menunjukkan bahwa tidak ada kerusakan yang terjadi pada jaringan gusi.
Sistem ini sepenuhnya dapat diprogram dan disesuaikan, membuatnya cukup mudah untuk penggunaan klinis dan personal. Sistem ini juga dapat beradaptasi dengan topografi rongga mulut pasien yang unik. Namun, agar teknologi ini dapat berkembang, tim UPenn perlu mengoptimalkan gerakan robot untuk menemukan cara mengirimkan robot mikro melalui perangkat yang pas di mulut.
Para peneliti percaya bahwa teknologi ini akan mendisrupsi modalitas yang ada saat ini dan membantu memajukan perawatan kesehatan. "Kami ingin sekali melihat teknologi ini dapat membantu populasi lansia dan penyandang disabilitas," kata Koo.
