一款微型化、无电池、可穿戴的牙齿贴片系统

据麦姆斯咨询报道，为了解决口腔内原位传感和局部给药的挑战，浙江大学的科研人员开发了一款微型化、无电池、可穿戴的牙齿贴片系统，可用于口腔微环境监测及可控的氟化物给药。作为贴合在牙齿上的柔性电子器件，这款用于口腔内诊断治疗的可穿戴系统，为龋齿和口腔疾病的即时监测和治疗提供了一个鼓舞人心的平台。

用于口腔内诊断治疗的可穿戴牙齿贴片系统

据估计，恒牙龋齿影响着全球23亿人，所有年龄段人群中，龋齿患病率为35%。尽管龋齿是全球公认的公共卫生挑战，但在个人口腔健康管理中仍然被忽视。只有当龋齿扩散到牙髓，出现严重牙痛时，才会引起人们的关注，而这会引起感染、败血症，甚至导致牙齿脱落。

其实，通过局部氟化物给药可以很容易地阻止和逆转牙齿的早期病变。因此，早期预防和及时的氟化物治疗对于龋齿的管理至关重要。不幸的是，形成龋齿后，手术治疗仍然是其管理的主要临床策略，因为传统的临床目视检查和牙科X光片无法检测到牙釉质的早期变化。因此，开发一种与治疗相结合的高灵敏度即时传感系统是早期预防和及时治疗龋齿的迫切需求。

这款完全集成的可穿戴、无电池牙齿贴片，可以无线原位监测口腔微环境并按需给药。它由控制电路和功能电极阵列组成，微型柔韧的特点使其可与牙齿完美贴合。科研人员还开发了一款电位型电化学传感器，用于监测口腔微生物代谢引起的牙齿表面局部酸性环境的波动，从而预警潜在的龋齿病变。通过电刺激，及时输送氟化物进行反馈治疗。科研人员开发的近场通信（NFC）模块，目的是通过移动终端实现能量和数据的无线传输，同时实现无需机载电池的口腔感应和主动控制给药。这款可贴合在牙齿上的柔性电子器件为预防龋齿提供了一种解决方案，这在口腔疾病的监测和治疗方面有广阔的前景。

综合考虑佩戴的安全性和舒适性，该牙齿贴片由控制电路和电极阵列（电化学传感器）组成的双层结构集成，以减小其尺寸。当致龋菌在牙齿上产生酸性物质时，牙齿贴片的电位型电化学传感器会记录局部微环境中pH值的变化，并传输给智能手机，有关龋齿的潜在病变警告会随之发出。根据需要，通过定制的手机应用程序向给药模块发送指令，从而按需释放氟化物，通过抑制细菌活动和促进再矿化，有效地阻止和逆转龋齿病变。

为实现实时检测和可控给药，科研人员开发的基于电化学测定的电极阵列，用于微环境监测和承载氟化物。如下图a所示，柔性电极阵列微型、超薄且轻巧，只有15mg重。电极被逐层修饰以用于传感和载药（下图c）。最重要的是，科研人员开发的具有高灵敏度和选择性的pH传感器，可以监测牙菌斑形成过程中致龋菌的酸性代谢，有望用于指示牙釉质的微环境波动。

柔性电极阵列的制备和表征

这款智能牙齿贴片可以通过实时检测牙齿表面的pH值波动，来评估口腔微环境的酸化状况，实现龋齿病变过程的监测和预警（下图a）。与传统耗时的培养检测相比，该智能牙齿贴片为口腔内龋齿状况的评估提供了一个高效、可靠的解决方案。

使用牙齿贴片进行口腔微环境原位监测

因此，这项研究中开发的智能牙齿贴片能够原位监测牙齿表面的局部pH值，直观地实时反映牙釉质状态，有利于预防龋齿。当口腔经常出现酸性微环境时，智能手机会发出警报，提示需要进行口腔清洁以及氟化物治疗。

由于氟化物给药是治疗早期龋齿的最有效策略之一，因此将电控给药模块集成到牙齿贴片中，用于按需龋齿治疗。一旦智能手机发出治疗指令，施加在电极上的负电位就会使氟化物局部释放在牙齿表面（下图a）。

电控氟化物给药评估

综上所述，浙江大学的科研人员开发了一种带有电化学传感器和电控氟化物给药模块的口腔内诊断治疗的可穿戴牙齿贴片系统，用于原位监测和按需治疗龋齿。体外致龋菌实验和人体试验表明，该传感器对局部口腔微环境波动的实时检测具有较高的灵敏度和可靠性。在电压刺激下释放的氟化物表现出良好的抑菌活性。监测和治疗模块均由支持NFC功能的智能手机无线控制和供电，可根据传感器检测到的信号及时进行氟化物治疗。这种即时护理系统为口腔内可穿戴电子器件提供了实现生物标志物实时监测和个性化医疗保健应用按需给药的机会。

论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41528-022-00185-5

审核编辑 ：李倩