Advanced Materials:透明、柔性、可穿戴牙套用于可视化及精确定位不明显牙齿病变——这种最新黑科技,让你在家就能自己检查牙齿疾病

龋齿及牙周病是最常见的两种牙科疾病,困扰了约35%的世界人口。龋齿和牙周病若发展到一定程度会造成牙齿及牙龈的永久性损害。因此,对这些病变进行早期诊断与治疗是必要的。然而,大多数国家面临着专业牙医数量不足以及卫生设施资源分布不均等问题,这使得牙医在工作时往往只能关注患者严重的牙齿病变,而容易忽略了对早期隐蔽病变的筛查。昂贵的费用也限制了低收入人群的例行牙科检查。因此,开发出简单、方便且低成本的方法以实现对早期牙齿病变的诊断及精确定位是目前生物医学领域亟需解决的问题。

龋齿和牙周炎往往伴随着食物嵌塞和残留,导致细菌在口腔内滋生。当一些含硫蛋白质被厌氧细菌分解时,可产生挥发性硫化物(Volatile sulfur compounds,VSCs)如硫化氢(H2S)、甲硫醇(CH3SH)、二甲基硫醚(CH3SCH3)等代谢副产物。因此,可通过检测VSCs实现对龋齿和牙周炎的早期诊断。然而,目前的检测方法主要关注呼出气体中的VSCs,并不能提供具体病变位置及病变程度等详细信息。因此,开发出一种检测方法以精确反映牙齿病变(尤其是隐蔽病变)的位置非常具有应用价值。

中山大学生物医学工程学院周建华课题组及其合作者哈佛大学医学院Yu Shrike Zhang教授针对这一问题,利用氧化锌-聚二甲基硅氧烷(ZnO-PDMS)复合纳米材料制备了可穿戴的荧光牙套,通过检测局部VSCs的释放,实现了对患者牙齿病变部位的精确定位。ZnO-PDMS牙套可对VSCs(尤其是H2S)产生高度敏感和选择性的响应,表现为相应位置的荧光淬灭。与此同时,ZnO-PDMS牙套在生理环境中表现出较高的荧光稳定性、良好的生物相容性和较低的生物毒性。进一步地,通过对受试者佩戴后的ZnO-PDMS牙套图像进行分析,可精确定位受试者的牙齿病变位置(包括龋齿和隐蔽病变)。相关结果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202000060)上。

总的来说,这种可穿戴的荧光ZnO-PDMS牙套具有下述特点:(1)成本低、制备简单、且长时间稳定;(2)可对每颗牙齿上的隐蔽病变进行精确定位;(3)外观透明、材质柔软、患者依从性高。这使得该牙套具有大规模应用于初步筛选及精确定位牙齿病变位置的潜力。此外,由于ZnO-PDMS是一种具有载药的潜力的多孔惰性材料,基于该牙套有望发展出兼具诊断和治疗功能的诊疗平台。在未来,该技术的应用范围可从牙科保健扩展到其他领域,如口腔生化检测、呼吸和胃肠道疾病诊断等以及开发其他涉及公众健康的可穿戴检测装置。