Учёные создали зубную щётку, которая вырабатывает электричество и убивает бактерии
Исследователи разработали зубную щётку, которая генерирует электричество при каждой чистке и помогает бороться с бактериями, вызывающими кариес и болезни дёсен. Устройство превращает трение щетины в электрический заряд, который уничтожает микробы, способствующие образованию зубного налёта.
Щетина изготовлена из поливинилиденфторида (PVDF) — пластика, который вырабатывает электричество при изгибе. Такие материалы называют пьезоэлектрическими. Когда щетинки сгибаются во время чистки, они создают заряд, запускающий химические реакции в слюне и воде. В результате выделяются активные формы кислорода (АФК) — молекулы, повреждающие бактериальные клетки. Даже в нерабочем состоянии щётка несёт слабый поверхностный заряд, который мешает бактериям прилипать к головке, сообщили авторы в журнале Science Advances.
В лабораторных тестах на изолированных микробах электризованная щетина убила более половины бактерий Streptococcus mutans, способствующих кариесу. Для сравнения, нейлоновая щетина уничтожила лишь 9% таких бактерий. Уровень Porphyromonas gingivalis, связанной с болезнями дёсен, снизился на 78%, тогда как нейлоновые щётки — менее чем на 8%. Когда исследователи добавили антиоксидант, нейтрализующий АФК, антибактериальный эффект почти исчез, что подтверждает ключевую роль активных форм кислорода.
Учёные также заметили, что после воздействия электризованной щетины снизилась активность генов, отвечающих за выработку ABC-транспортёров — молекулярных насосов, которые переносят питательные вещества через мембраны бактерий. Однако микробиолог Николас Якубович из Ньюкаслского университета, не участвовавший в исследовании, усомнился в этом объяснении: «ABC-транспортёры переносят множество разных веществ», и данные не показывают, как изменения в генах повлияли на бактерии.
В эксперименте с биоплёнками зубного налёта, выращенными на эмали коровьих зубов, новая щётка удалила более 99% биоплёнки, превзойдя обычную нейлоновую. Затем устройство протестировали на 115 взрослых с воспалением дёсен или кариесом. Участники чистили зубы дважды в день в течение трёх месяцев. У тех, кто использовал электризованные щётки, оказалось меньше налёта, воспаления и кровоточивости дёсен, а также ниже уровень бактерий, связанных с болезнями полости рта, и выше уровень полезных микробов.
Исследователи предполагают, что болезнетворные бактерии имеют более хрупкие мембраны и сильнее страдают от АФК, чем полезные. Но это лишь теория, требующая проверки. Тесты на долговечность показали, что PVDF-щетина сохраняет структуру и электрические свойства после трёх месяцев имитации использования. Лабораторные мышиные клетки не повреждались при контакте с материалом, а чистка эмали коровьих зубов не увеличивала шероховатость поверхности. Однако эти тесты не доказывают безопасность для человека при длительном применении.
Якубович отметил, что в лаборатории бактерии растут прямо на щетине и подвергаются воздействию электричества часами, тогда как в реальности щетина контактирует с тканями рта лишь короткое время. Клиническое испытание было небольшим, и для подтверждения преимущества новой щётки перед обычными нужны более масштабные исследования. Пока учёный считает работу лишь доказательством концепции, требующей дополнительных данных.
