综述：柔性电子技术在牙科、口腔和颅面医学中的应用
2024-06-02 09:24:34   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

牙齿、口腔和颅面健康与人体及社会生活质量密切相关。常见的牙齿、口腔和颅面疾病包括龋齿、牙周病、口腔粘膜疾病、咬合不正，以及口腔/颅面区域的良性/恶性肿瘤等。这些疾病的治疗不仅费时费力，为患者的日常生活带来不便及尴尬，还会带来巨大的经济负担。鉴于大多数口腔和颅面疾病发展缓慢，在早期病理阶段实施诊断和治疗可有效防止病情恶化，显著改善患者的预后和生活质量，还可以避免与治疗有关的潜在时间和经济成本。然而，口腔科现有的诊断方法主要依赖于人工检查和成像技术，因此受限于时间和地点要求，无法实现实时健康监测和疾病诊断。在充分治疗之后，由于医院复查的不便和过高的费用，监测疗效和预后也对患者的依从性提出了挑战。因此，即时诊断的缺乏，阻碍了维持牙齿、口腔和颅面健康的初步预防手段。

医疗柔性电子器件是在柔性、可拉伸衬底上制造的电子器件，可贴合人体皮肤，实现非侵入性的连续健康监测，甚至参与疾病的治疗和康复。这些微型器件具有便携性和可穿戴性等优点，能够实现对生理或生化信号的长期连续监测，而不受时间和地点的限制。这些优势有助于避免对患者的日常生活造成干扰，减轻经济负担，因而在即时诊断（POCT）领域具有巨大的应用潜力。目前，柔性电子器件已广泛应用于日常生活和医疗实践。在口腔医学领域，柔性电子器件也逐渐被用于预防牙齿、口腔和颅面疾病的发展以及相应的预后评估。根据牙齿、口腔和颅面区域的特殊生理/生化特性及环境，调整设计、结构和材料成分后，柔性电子器件可以检测与口腔卫生、正畸力甚至癌症生物标志物有关的各种因素，从而帮助及时预测口腔健康状况。

据麦姆斯咨询介绍，武汉大学和江汉大学的研究人员在npj Flexible Electronics期刊上发表了一篇题为“The applications of flexible electronics in dental, oral, and craniofacial medicine”的综述性文章。在文章中，研究人员总结了应用于牙齿、口腔和颅面区域的柔性电子器件的机制和应用，分析了这些前景广阔的器件在当前医疗实践中所面临的挑战。最后，还讨论了提高器件性能的潜在策略，展望了柔性电子技术在口腔医学领域的未来发展趋势。

柔性电子器件通常由衬底、可拉伸互连器件以及传感元件组成。衬底需要具有柔性和可拉伸性，以确保与人体皮肤的完美贴合。用于制造衬底的材料还必须经久耐用，以确保足够的使用寿命。除了采用内在特异性材料或化学改性材料制造衬底和互连器件外，还需要应用特定的几何结构（如蛇形结构、旋转方格网、纳米曲线电路和波浪形结构等），以提高器件的灵活性和可扩展性。在衬底上制作导电互连器件可实现信息的传输或电化学检测等电子功能，主要采用微/纳米制造方法沉积或印刷金属/非金属导电材料（如碳纳米管、石墨烯、导电水凝胶等）。

用于柔性电子器件的传感器可以是生物传感器，也可以是电子传感器。生物传感器通过将生物活性分子固定在所构建的电极上，以生物分子为目标来获取生物活动信息。电子传感器则通常采用具有特定电特性的材料来检测或测量目标。例如，一些器件利用压电弹性材料来捕捉人体组织的机械运动信号，还有一些器件利用光电纳米混合物来实现光子吸收、激子解离、电荷载流子转移和传输，从而捕获相应的光学信号。

牙齿、口腔和颅面区域具有运动频繁、结构特殊、成分复杂等特点，对柔性电子技术的应用提出了特殊挑战。目前，柔性电子技术在口腔医学中的应用主要集中在唾液生物标记检测、正畸信号监测、面部活动监测以及龋齿气/呼吸检测等。

柔性电子器件具有灵敏度高、响应时间短、非侵入性等优点，因此可以应用于牙齿、口腔和颅面部位，实现对健康状态的实时监测，在预防疾病发生/发展、及时反馈治疗效果以及口腔健康长期维护方面发挥重要作用。

柔性电子器件在口腔科的临床实践中已经崭露头角，对预防牙齿、口腔和颅面疾病的发展及预后评估大有裨益。目前，柔性电子器件可以检测唾液和龋齿气中各种物质的水平，确定系统性疾病的状况，以及监测口腔细菌状况和pH值变化，以预防龋齿并保护牙周健康。通过测量机械信号，柔性电子器件还可以用于协助制定并调整正畸策略、重建味觉和嗅觉，以及呼吸动态分析。此外，柔性电子器件还有助于监测术后恢复水平，促进吞咽和咬合功能的训练。

柔性电子器件用于检测唾液生物标记物

柔性电子器件用于检测呼吸或口内气体

柔性电子器件用于检测口腔和颅面肌肉活动

柔性电子器件用于检测牙齿矫正力产生的机械信号

作为多项技术成果的结晶，柔性电子技术结合了材料科学、物理学、算法、软件开发以及临床医学等多个学科，促进了以患者为中心的创新诊断、监测和治疗方法。它们可以在不影响患者生活质量的前提下，实现全天候、无创、便携式检测。这些优势有助于口腔疾病患者和口腔科医生制定初级预防和治疗方案，帮助康复并改善预后跟踪。

值得注意的是，特殊的生理/生化特性以及牙齿、口腔和颅面部位的环境带来了独特的挑战，柔性电子器件需要巧妙地应对这些挑战，以确保其稳定性、选择性和灵敏度。然而，除了稳定性、选择性和灵敏度挑战之外，柔性电子器件在生物安全性、价格、舒适性、智能性等方面还有待改进。

5I原则指出柔性电子器件需要进一步无感化、智能化、个性化、集成化和廉价化

柔性电子技术在牙齿、口腔和颅面领域的应用潜力巨大。5I原则有望引导该领域的发展，促进该技术宏伟目标的实现。未来，柔性电子器件应具备适应牙齿、口腔和颅面区域复杂环境的能力，如动态温度和压力、潮湿环境以及各种食物残渣的干扰等。我们相信，通过促进柔性电子技术的应用，可以大大推进口腔疾病的预防工作，使医疗资源得到更公平的分配。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41528-024-00318-y

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