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Nov 30, 2023

ウェアラブルバッテリー

npj Flexible Electronics volume 6、記事番号: 49 (2022) この記事を引用する 6215 アクセス数 16 引用数 8 Altmetric Metrics の詳細

npj フレキシブル エレクトロニクス 第 6 巻、記事番号: 49 (2022) この記事を引用

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酸性細菌の増加を伴う口腔マイクロバイオームの異常によって引き起こされる虫歯は、世界中で最も蔓延している非伝染性疾患です。 虫歯病変の管理には、早期の予防とタイムリーなフッ化物治療が非常に重要です。 ここでは、口腔内でのその場センシングと局所薬物送達の課題に対処するために、微小環境モニタリングと制御されたフッ化物治療を目的とした、小型でバッテリー不要のウェアラブル歯科用パッチシステムが開発されました。 近距離無線通信を統合した歯科用パッチは、歯の表面に密着して装着することで、ワイヤレスエネルギーハーベスティングやスマートフォンなどのモバイル端末とのデータ送信を実現します。 細菌の代謝によって引き起こされる酸性微環境は電気化学的に検出され、オンデマンド治療のために電気応答性薬物送達電極からフッ化物を局所的に送達することができます。 この口腔内治療ウェアラブル システムは、歯に装備された柔軟な電子機器として、ポイントオブケアのモニタリングと虫歯や口腔疾患の治療のための刺激的なプラットフォームを提供します。

体のさまざまな部分に定着するマイクロバイオームは健康と密接に関係しており、その代謝は微小環境を通じて宿主と動的に相互作用します1。 口腔マイクロバイオームは体内で最大の微生物群集の 1 つであり、腸内細菌叢異常が発生すると口腔疾患や全身疾患を引き起こす可能性があります 2。 齲蝕は、口腔内の齲蝕原性マイクロバイオームの増加によって引き起こされる、世界中で最も蔓延している非伝染性疾患です。 永久歯のう蝕は 23 億人が罹患しており、全世界の全年齢層の有病率は 35% であると推定されています 3,4。 う蝕は世界的な公衆衛生上の課題として認識されているにもかかわらず、個人の口腔健康管理においては依然として軽視されています。 隠れていることが多く、病気の進行中に痛みや不快感を引き起こすことはありません。 知覚できる重度の歯痛は、虫歯が歯髄にまで広がる場合にのみ発生し、感染、敗血症、さらには歯の喪失につながる可能性があります5。 このような歯への永久的な損傷には、罹患した歯組織の除去や詰め物の装着などの治療が必要です。 対照的に、局所フッ化物曝露により、初期段階の病変を簡単に阻止し、回復させることができます。 残念ながら、歯のエナメル質の初期の変化は従来の臨床視覚検査や歯科用 X 線写真では検出できないため、虫歯形成後の外科的介入が依然として虫歯管理の主要な臨床戦略となっています 6。 したがって、虫歯の早期予防とタイムリーな治療のために、治療と統合された高感度のポイントオブケアセンシングシステムの開発が強く望まれています。

齲蝕病変は、歯の表面上の口腔微生物叢の局所的腸内細菌叢異常によって引き起こされます。 酸生成菌と酸性菌は微小環境に蓄積し、発酵性炭水化物を消化して酸性代謝物にし、時間の経過とともに歯のエナメル質を部分的に脱灰します7,8。 う蝕活性検査は、体外培養によって歯から採取されたマイクロバイオームの酸生成能力を臨床評価するために開発されました9が、時間がかかり、リアルタイムの口腔状態に関する情報を提供することはできません。 歯の表面上の局所的な微小環境をその場でモニタリングすることは、目に見えない脱灰の動的なプロセスを示すために望ましい。 最近、フレキシブルエレクトロニクスのブームにより、ウェアラブルデバイスの開発が大きく促進されています10、11、12、13。 電気化学センサーと統合されたセンサーは、生体液中の代謝分子の連続分析に応用されており、口腔微環境変動のモニタリングに有望な機会を提供します。 デバイスをマウスガードに固定することにより、口腔内ウェアラブル電気化学センシングの試みが行われてきました14、15。 しかし、硬いリチウムイオン電池とデータ送信モジュールによるシステムのかさばりは、デバイスのさらなる小型化と柔軟性を必然的に制限し、装着感に影響を与え、局所的な口腔微環境分析を実現することができません。 あるいは、近距離無線通信 (NFC) テクノロジーが、小型で柔軟なウェアラブル デバイス向けのエネルギーハーベスティングの選択肢として登場し、誘導結合を介してデータとエネルギーを同時に送信できます 16、17。 したがって、NFC と低消費電力電気化学センサーを含むコンフォーマル ウェアラブル電子システムは、口腔内のその場での微環境モニタリングの理想的なソリューションとして機能します。