Исследователи Пекинского университета разработали зубную щетку с пьезоэлектрическими щетинками из PVDF. Во время чистки они вырабатывают электрические заряды, способствующие уничтожению бактерий, связанных с кариесом и заболеваниями десен.

Китайские ученые предложили новый подход к гигиене полости рта. Их щетка не оснащена двигателем или батареей: электричество вырабатывается самой щетиной из поливинилиденфторида (PVDF), когда она сгибается во время чистки зубов.

Материал предварительно растянули и подвергли термической обработке, чтобы придать ему пьезоэлектрические свойства. При деформации волокна выделяют микроскопические электрические заряды в окружающую слюну. Это запускает образование активных форм кислорода, которые повреждают клеточные мембраны бактерий, вызывающих кариес и воспалительные заболевания десен.

Когда щетинки возвращаются в исходное положение, материал снова накапливает заряд. Благодаря этому щетка работает без внешнего источника питания. По словам авторов исследования, это одна из наиболее существенных изменений в принципе работы зубной щетки более чем за тысячу лет.

Современные нейлоновые волокна хорошо удаляют налет с поверхности зубов, однако не всегда эффективно воздействуют на микроорганизмы в труднодоступных межзубных промежутках. PVDF, как утверждают исследователи, может не только дополнять механическую очистку, но и препятствовать закреплению бактерий на самой щетине благодаря постоянному поверхностному потенциалу.

В клиническом исследовании участвовали почти 100 добровольцев. На протяжении трех месяцев они пользовались специальными щетками и зубной пастой без фтора. Стоматологические обследования проводили через один и три месяца, каждый раз беря биологические образцы из одних и тех же участков полости рта. Перед визитом участники не должны были чистить зубы, есть или пить ничего, кроме воды, как минимум 12 часов.

По итогам исследования у пользователей пьезоэлектрической щетины зафиксировали заметное уменьшение зубного налета, воспаления десен и кровоточивости по сравнению с участниками, использовавшими обычные нейлоновые щетки. Кроме того, снизилось количество бактерий, связанных с развитием кариеса и тяжелых заболеваний пародонта.

Во время чистки электрические заряды разрушают налет и, согласно результатам работы, препятствуют быстрой повторной колонизации зубов бактериями. При традиционной чистке такое заселение может начинаться уже через несколько часов.

Исследование опубликовали 4 ноября в журнале Science Advances. При этом специалисты обратили внимание на особенности представления результатов. Хотя ученые собрали исходные данные, в публикации они в основном показали улучшения показателей каждого участника относительно его начального состояния, а затем сравнили средние изменения между исследуемой и контрольной группами.

«Пьезоэлектрическая щетина является инновационной, однако способ представления данных затрудняет сравнение результатов этого исследования с другими работами о зубных щетках», — отметил доктор Томас Флеммиг, пародонтолог и клинический исследователь из Гонконгского университета.

Испытания показали, что покрытие из PVDF обладает высоким уровнем биологической безопасности и не повреждает зубную эмаль. В лабораторных условиях токсичного воздействия на человеческие клетки не обнаружили. Материал также сохраняет пьезоэлектрическую активность и обладает механической прочностью, необходимой для повседневного использования.

При этом долгосрочную безопасность технологии пока не оценивали. В публикации также не указали предполагаемую стоимость массового производства таких щеток, что может повлиять на перспективы их выхода на потребительский рынок. Для подтверждения эффективности необходимы дополнительные исследования с участием более крупных групп пациентов.

Авторы рассматривают пьезоэлектрическую щетину как дополнение к традиционной механической очистке, а не как полноценную замену зубной пасте. В исследовании использовали пасту без фтора, чтобы отдельно оценить антибактериальный эффект электрических зарядов. Полученные активные формы кислорода могут стать дополнительным физико-химическим механизмом защиты от бактерий, но результаты работы сами по себе не означают отказа от фторсодержащих паст или других привычных средств ухода за зубами.