Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh (Trung Quốc) vừa phát triển mẫu bàn chải đánh răng có khả năng tự tạo điện trong quá trình sử dụng, qua đó tăng hiệu quả kháng khuẩn mà không cần pin hay nguồn điện bên ngoài. Công nghệ này được kỳ vọng mở ra hướng tiếp cận mới trong chăm sóc sức khỏe răng miệng, thay vì chỉ dựa vào cơ chế chà xát cơ học như những chiếc bàn chải truyền thống.

Điểm khác biệt của thiết bị nằm ở vật liệu chế tạo lông bàn chải. Thay vì sử dụng nylon thông thường, nhóm nghiên cứu ứng dụng polyvinylidene fluoride (PVDF), một loại polymer có đặc tính áp điện. Đây là khả năng tạo ra điện tích khi vật liệu chịu tác động cơ học như uốn cong hoặc kéo giãn. Trong quá trình đánh răng, các sợi PVDF liên tục biến dạng khi tiếp xúc với bề mặt răng, từ đó sản sinh điện mà không cần pin.

Nguồn điện tạo ra kích hoạt các phản ứng hóa học giữa bề mặt bàn chải với nước bọt và nước trong khoang miệng, hình thành các loại oxy phản ứng (ROS). Những phân tử này có khả năng tấn công màng tế bào vi khuẩn, khiến chúng mất khả năng tồn tại. Đồng thời, điện tích trên bề mặt sợi bàn chải còn tạo hiệu ứng điện tĩnh, hạn chế vi khuẩn bám trở lại. Nhờ kết hợp hai cơ chế, thiết bị vừa hỗ trợ làm sạch vừa chủ động kiểm soát vi khuẩn trong khoang miệng.

Trong thử nghiệm phòng thí nghiệm, bàn chải sử dụng sợi PVDF cho thấy khả năng tiêu diệt vi khuẩn cao hơn đáng kể so với sợi nylon. Cụ thể, tỷ lệ vô hiệu hóa Streptococcus mutans, tác nhân liên quan đến sâu răng, đạt 52,8%, so với 9,29% ở vật liệu thông thường. Với Porphyromonas gingivalis, loại vi khuẩn liên quan đến bệnh nha chu, hiệu quả đạt 78,2%, trong khi nylon chỉ đạt 8,41%.

Đáng chú ý, khi thử nghiệm trên các mẫu màng sinh học hình thành trên men răng bò, bàn chải PVDF loại bỏ hơn 99% mảng bám sau 3 phút sử dụng. Con số này cao hơn đáng kể so với mức khoảng 80% của bàn chải nylon. Màng sinh học là tập hợp vi khuẩn bám dính trên bề mặt răng, một trong những nguyên nhân góp phần gây sâu răng và các bệnh lý về nướu.

Nhóm nghiên cứu tiếp tục đánh giá thiết bị thông qua thử nghiệm lâm sàng kéo dài 3 tháng với 115 người trưởng thành mắc viêm nướu hoặc sâu răng. Người tham gia được chia thành 4 nhóm, sử dụng bàn chải PVDF với các thông số khác nhau hoặc bàn chải nylon truyền thống. Tất cả đều đánh răng hai lần mỗi ngày bằng kem đánh răng do nhóm nghiên cứu cung cấp.

Kết quả cho thấy những người sử dụng bàn chải áp điện ghi nhận mức cải thiện tốt hơn về mảng bám, tình trạng viêm nướu và chảy máu chân răng. Phân tích hệ vi sinh trong khoang miệng cũng cho thấy một số vi khuẩn liên quan đến bệnh lý răng miệng suy giảm, trong khi các vi khuẩn có lợi gia tăng.

Dù vậy, công nghệ này vẫn cần được kiểm chứng thêm trước khi thương mại hóa. Nhóm nghiên cứu cho biết vật liệu PVDF duy trì được đặc tính điện sau 3 tháng mô phỏng sử dụng, đồng thời chưa ghi nhận dấu hiệu mài mòn trên mẫu men răng bò hay độc tính với tế bào trong thử nghiệm. Tuy nhiên, hiệu quả kháng khuẩn trong điều kiện thực tế vẫn cần được đánh giá kỹ hơn, bởi thời gian tiếp xúc giữa vi khuẩn và vật liệu trong phòng thí nghiệm có thể dài hơn quá trình đánh răng thông thường.

Ngoài ra, nghiên cứu chưa so sánh thiết bị với bàn chải điện, bàn chải sóng âm hoặc các sản phẩm tích hợp công nghệ kháng khuẩn. Chi phí sản xuất và độ bền sau nhiều năm sử dụng cũng chưa được xác định. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances, cho thấy tiềm năng biến chuyển động đánh răng thành nguồn năng lượng phục vụ kiểm soát vi khuẩn mà không cần pin.