Milijuni ljudi diljem svijeta ima ugrađene zubne implantate kojima su nadomjestili zube izgubljenih zbog truljenja, bolesti desni ili raznih ozljeda. Implantati su zamišljeni kao korak naprijed u odnosu na proteze i mostove i dizajnirani su da traju i više od 20 godina. No, implantati često ne ispunjavaju ta očekivanja i često ih zbog lokalne upale ili bolesti desni treba zamijeniti nakon pet do 10 godina, a to je skup i invazivan postupak. 

Pametni implantati

Geelsu Hwang, docent na Školi dentalne medicine pri Sveučilištu u Pennsylvaniji, uhvatio se u koštac s ovim problemom i osmislio novu vrstu implantata koji uključuje dvije ključne tehnologije. Za početak, upotrijebio je materijal natopljen nanočesticama koji sprečava kolonizaciju bakterija. Drugo, iskoristio je ugrađeni izvor svjetlosti za provođenje fototerapije, pogonjen prirodnim pokretima usta, poput žvakanja ili četkanja zubi. 

U radovima, objavljenima u časopisima ACS Applied Materials & Interfaces i Advanced Healthcare Materials, Hwang i kolege objasnili su platformu koja bi se mogla integrirati ne samo u zubne implantate, već i u druge tehnologije, poput umjetnih zglobova.

Piezoelektrični materijal

"Fototerapija može riješiti različite zdravstvene probleme, ali kad se biomaterijal implantira, zamjena ili punjenje baterije nisu baš praktični", kaže Hwang. Stoga su u njegovom laboratoriju odlučili koristiti piezoelektrični materijal koji može generirati električnu energiju iz prirodnih oralnih pokreta s kojom će provoditi fototerapiju. Otkrili su da se tako gingivalno tkivo može uspješno zaštititi od bakterija. 

Istraživači su ispitali svojstva barijevog titanata (BTO), kemijskog spoja s piezoelektričnim svojstvima. On se koristi u kondenzatorima i tranzistorima, ali još nije istražen kao temelj za protuzarazne implantabilne biomaterijale. Kako bi ispitali njegov potencijal kao temelja za zubni implantat, nanočestice BTO-a i je izložio zubnom plaku, Streptococcus mutansu. 

Pokazalo se da su materijali tretirani BTO-om otporni na stvaranje naslaga. Štoviše, što je koncentracija barijevog titanata bila veća, to je bolje štitila implantat od stvaranja naslaga plaka. Materijal stvara pojačani negativni površinski naboj koji odbija negativno nabijene stanične stijenke bakterija i taj je učinak dugotrajan.

Asimetrična svojstva

Barijevim titanatom tretirani materijal dugotrajno generira energiju, mehanički je čvrst poput drugih materijala koji se koriste u dentalnoj primjeni i ne šteti normalnom gingivalnom tkivu, kažu istraživači pa bi se mogao koristiti bez štetnih učinaka u ustima.

Istraživači sad žele poboljšati pametni sustav zubnih implantata, testirati nove vrste materijala i koristiti asimetrična svojstva sa svake strane komponenti implantata; onu koja potiče integraciju tkiva na strani okrenutu desni, a drugu koji se odupire stvaranju bakterija na strani okrenutoj prema ostatku usta.