刷牙时产生的电，也能用来抗菌
原理 · 科学与科普
小雨 2026-11-05 20:32 浙江 一种不用电池、却能产生电的牙刷。 刷牙 ， 是人们日常维护口腔健康最普遍的方式。这种日常行为能通过对牙齿表面施加局部 机械清洁 作用，定期清除和控制牙菌斑，从而维持口腔卫生。 牙刷已有上千年历史。从古代使用骨质刷柄和动物鬃毛，到现代采用标准化的尼龙单丝刷毛，尽管材料和结构不断改进，但牙刷的核心清洁方式始终没有发生根本性改变：依靠刷毛与牙齿表面的机械摩擦，清除 牙菌斑 。 如今， 在一项新发表于《科学进展》的研究中，一个研究团队开发出了一种 无需电池的新型牙刷 。与传统牙刷主要依靠机械摩擦清洁牙齿不同，这种牙刷能够 自行产生电荷，从而抑制甚至杀灭细菌 。实验结果显示，这种新型牙刷不会损伤牙齿表面，也不会对人体细胞产生毒性。 超越机械清洁 牙菌斑是一种形成于牙齿表面、结构复杂的生物膜，其中的细菌被细胞外聚合物构成的基质包围，并受到这层基质的保护。由于这层保护性结构的存在，传统刷牙方式很难仅凭机械作用和摩擦，就彻底清除藏匿在牙菌斑深层及牙齿邻接区域的口腔致病菌。 此外，传统刷牙往往无法在牙齿表面形成持久的抗菌环境。因此，即使刷牙清除了部分细菌，残留的细菌仍可能继续生长，其他细菌也会重新附着在牙齿表面，并不断繁殖、聚集，逐渐形成新的牙菌斑。这个过程在刷牙后的短短几个小时内就可能开始。 这也意味着，仅仅清除已有的牙菌斑还不够，如何持续抑制细菌生长，防止它们重新聚集形成牙菌斑，同样重要。 研究人员已经开发出一些新型口腔清洁工具，例如 抗菌牙刷 和 离子牙刷 。前者通常通过在刷毛材料中添加金属离子等抗菌成分来抑制细菌，但抗菌效果能否长期保持稳定，仍然难以保证；后者则利用带电离子的作用辅助清洁，不再仅仅依靠机械摩擦，但需要电池供电。 而在这项新的研究中，研究人员针对当前口腔健康护理技术面临的瓶颈，提出了一种基于 压电材料催化作用 的自充电牙刷刷毛设计策略。 他们使用一种名为 聚偏二氟乙烯 （PVDF） 的聚合物制作刷毛，并通过拉伸和加热处理，使其具有 压电特性 。这意味着，当材料发生形变时，就能够产生电荷。 与现有传统牙刷相比，这种自充电牙刷在使用过程中，随着刷毛上下刷动， 刷毛会发生弯曲形变，并释放电荷 。 这一过程不仅能够通过机械作用清除牙菌斑，还能利用压电催化效应，促使周围唾液中产生具有高度化学活性的 活性氧 ，从而在局部破坏细菌的细胞膜。当刷毛恢复原状时，材料又会重新吸收电荷。 效果与安全性 好的牙刷应当具有一定的耐用性，并能在日常使用过程中保持其功能。因此，研究人员通过模拟三个月的使用过程，对牙刷的耐用性进行了评估。 在这项约有100名志愿者参与的试验中，研究团队在扫描电子显微镜下观察到，与表明出现了明显毛刺的普通尼龙刷毛牙刷相比， 压电牙刷的刷毛在三个月测试后仍保持完整 ，表面仅出现极少量的毛刺。 与此同时， 压电牙刷使用者的牙齿表面的粗糙度没有显著增加 ， 而他们的牙菌斑、牙龈炎症和牙龈出血情况均有明显改善 ， 与龋齿和严重牙龈疾病相关的细菌丰度也有所降低 。 一种新的可能 这是一项极具创新性的研究。利用刷牙动作产生电能，是对一个古老概念的全新演绎。研究人员基于压电材料开发出的新型牙刷，将物理清洁与持续抗菌作用相结合，展示了自充电材料在改善口腔健康护理方面的应用潜力。 不过，也有研究人员认为，虽然这种方法或许能更有效地减少牙菌斑，但仍需要更多试验来验证其有效性和安全性。 # 参考来源： https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg5744 https://www.nature.com/articles/d41586-026-03586-y # 图片来源： 封面及首图由《原理》使用 AI 辅助设计 跳转微信打开