隐形矫正器是目前非常热门的一种正畸治疗方式，它具有美观和舒适的双重优势。然而，使用隐形矫治可能会导致一些临床挑战。例如，佩戴矫正器时无法准确量化和控制正畸力，通常会导致生物力学副作用；而矫正器会阻碍唾液的自然自洁作用，导致矫正器内表面细菌过度生长，从而进一步导致感染性并发症，如牙釉质脱钙和龋齿。因此，在隐形矫治期间密切监测正畸力和细菌生长至关重要，以提高正畸治疗的可预测性并最大限度地降低并发症风险。
针对以上问题，四川大学张新星教授、裴锡波副教授团队，受到变色龙、萤火虫和灯笼鱼等生物适应性的启发，提出了一种柔性的双模态视觉传感器，可同时响应正畸力和细菌感染。传感器的力响应组件通过铝酸锶从其激发态到其自然态的介导转变实现了对正畸力的高灵敏度和低阈值检测。同时，传感器的生物传感结构通过感测致龋细菌代谢产物乳酸来检测细菌感染，从而表现出颜色变化。由通过超分子相互作用连接的多个视觉响应单元构成的双模态视觉传感器可以独立产生多个视觉信号而不会受到干扰。深度学习算法可以有效准确地分析和解释细菌产生的细微颜色变化，从而将其应用于日常口腔护理。应力传感结构中嵌入的SAOED改变了PVDF-HFP的晶体结构，使其能够集中外部应力并将其传递到SAOED的晶格缺陷处，导致电子从陷阱态释放，从而产生荧光。与牙齿直接接触的生物传感结构与致龋菌代谢产物乳酸发生反应时，会发生可逆的结构变化，从而导致颜色变化。生物传感结构和应力传感结构之间的无缝超分子界面层起到了屏障的作用，使得机械发光过程中耗散的电子难以穿过该层。这有效地防止了对生物传感结构内质子与 MA-PR 结合的任何干扰，确保了双模信号的完整性。同时，发光信号通过透明矫正器向外传输，而来自生物传感结构的比色信号显示在矫正器内侧，使得两个视觉信号互不干扰地呈现。图1.双模态视觉传感器在监测正畸力和细菌感染中的工作原理和潜在应用。应力（0-1.5N）和双模态视觉传感器的荧光强度的变化呈现线性相关，并在唾液环境中放置 7 天之后，激发-发射波长位置和强度没有显著差异。在模拟牙移动的三维有限元分析和实体模型实验中均证明双模态视觉传感器可以有效监测正畸力的变化。致龋菌在增殖过程中会产生大量乳酸，导致局部微环境pH值降低。双模态视觉传感器中的生物传感组件能够可逆地感受微环境中pH的变化，实现对致龋菌（变形链球菌、血液链球菌）感染程度的早期监测。图 5.深度学习辅助双模态视觉传感器检测细菌致龋力。通过卷积神经网络（CNN）算法对视觉传感器显色后的结果进行特征提取和分类，最终对细菌感染程度的监测达到97.7%的准确率。小结：双模态视觉传感器由多个视觉响应单元通过超分子相互作用连接而成，可通过机械发光和细菌代谢引起的颜色变化产生独立的视觉信号。通过利用深度学习算法进行信号区分，实现同时监测正畸治疗期间的机械和生物并发症。2024年11月15日，该研究以 “Bimodal Visual Sensors Based on Mechanoluminescence and Biosensing for Artificial Intelligence-Assisted Orthodontics” 为题发表在《Advanced Functional Materials》上。四川大学高分子研究所张新星教授、华西口腔医学院裴锡波副教授为论文的共同通讯作者，四川大学华西口腔医学院22级博士生冯毫为论文的第一作者。原文信息：
Hao Feng, Yuesong Lv, Xin Yang, Jian Wang, Xinxing Zhang, Xibo Pei, Bimodal visual sensors based on mechanoluminescence and biosensing for artificial intelligence-assisted orthodontics, Adv. Funct. Mater.
doi:10.1002/adfm.202416437原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202416437声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
