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刷牙时产生的电,也能用来抗菌

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刷牙,是人们日常维护口腔健康最普遍的方式。这种日常行为能通过对牙齿表面施加局部机械清洁作用,定期清除和控制牙菌斑,从而维持口腔卫生。

牙刷已有上千年历史。从古代使用骨质刷柄和动物鬃毛,到现代采用标准化的尼龙单丝刷毛,尽管材料和结构不断改进,但牙刷的核心清洁方式始终没有发生根本性改变:依靠刷毛与牙齿表面的机械摩擦,清除牙菌斑。

如今,在一项新发表于《科学进展》的研究中,一个研究团队开发出了一种无需电池的新型牙刷。与传统牙刷主要依靠机械摩擦清洁牙齿不同,这种牙刷能够自行产生电荷,从而抑制甚至杀灭细菌。实验结果显示,这种新型牙刷不会损伤牙齿表面,也不会对人体细胞产生毒性。

超越机械清洁

牙菌斑是一种形成于牙齿表面、结构复杂的生物膜,其中的细菌被细胞外聚合物构成的基质包围,并受到这层基质的保护。由于这层保护性结构的存在,传统刷牙方式很难仅凭机械作用和摩擦,就彻底清除藏匿在牙菌斑深层及牙齿邻接区域的口腔致病菌。

此外,传统刷牙往往无法在牙齿表面形成持久的抗菌环境。因此,即使刷牙清除了部分细菌,残留的细菌仍可能继续生长,其他细菌也会重新附着在牙齿表面,并不断繁殖、聚集,逐渐形成新的牙菌斑。这个过程在刷牙后的短短几个小时内就可能开始。

这也意味着,仅仅清除已有的牙菌斑还不够,如何持续抑制细菌生长,防止它们重新聚集形成牙菌斑,同样重要。

研究人员已经开发出一些新型口腔清洁工具,例如抗菌牙刷和离子牙刷。前者通常通过在刷毛材料中添加金属离子等抗菌成分来抑制细菌,但抗菌效果能否长期保持稳定,仍然难以保证;后者则利用带电离子的作用辅助清洁,不再仅仅依靠机械摩擦,但需要电池供电。

而在这项新的研究中,研究人员针对当前口腔健康护理技术面临的瓶颈,提出了一种基于压电材料催化作用的自充电牙刷刷毛设计策略。

他们使用一种名为聚偏二氟乙烯(PVDF)的聚合物制作刷毛,并通过拉伸和加热处理,使其具有压电特性。这意味着,当材料发生形变时,就能够产生电荷。

与现有传统牙刷相比,这种自充电牙刷在使用过程中,随着刷毛上下刷动,刷毛会发生弯曲形变,并释放电荷。这一过程不仅能够通过机械作用清除牙菌斑,还能利用压电催化效应,促使周围唾液中产生具有高度化学活性的活性氧,从而在局部破坏细菌的细胞膜。当刷毛恢复原状时,材料又会重新吸收电荷。

效果与安全性

好的牙刷应当具有一定的耐用性,并能在日常使用过程中保持其功能。因此,研究人员通过模拟三个月的使用过程,对牙刷的耐用性进行了评估。

在这项约有100名志愿者参与的试验中,研究团队在扫描电子显微镜下观察到,与表明出现了明显毛刺的普通尼龙刷毛牙刷相比,压电牙刷的刷毛在三个月测试后仍保持完整,表面仅出现极少量的毛刺。

与此同时,压电牙刷使用者的牙齿表面的粗糙度没有显著增加,而他们的牙菌斑、牙龈炎症和牙龈出血情况均有明显改善,与龋齿和严重牙龈疾病相关的细菌丰度也有所降低。

一种新的可能

这是一项极具创新性的研究。利用刷牙动作产生电能,是对一个古老概念的全新演绎。研究人员基于压电材料开发出的新型牙刷,将物理清洁与持续抗菌作用相结合,展示了自充电材料在改善口腔健康护理方面的应用潜力。

不过,也有研究人员认为,虽然这种方法或许能更有效地减少牙菌斑,但仍需要更多试验来验证其有效性和安全性。

#参考来源:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg5744

https://www.nature.com/articles/d41586-026-03586-y

#图片来源:

封面及首图由《原理》使用 AI 辅助设计

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