La série Basic to Breakthrough raconte comment les investissements du Bureau des sciences du ministère de l'Énergie (DOE) de nos laboratoires nationaux ont conduit à de nouvelles technologies qui changent notre monde.
Pendant son enseignement en Oklahoma, un dentiste brésilien a commencé à poursuivre son idée pour une nouvelle technologie qui le conduirait finalement à l'est du Tennessee. Là, il a eu accès à l'expertise en science de la découverte et aux installations de recherche de classe mondiale au DOE's Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Il a utilisé ces ressources pour développer et tester sa percée: la première résine adhésive antibactérienne à longue durée pour les restaurations dentaires.
Le dentiste, Fernando Luis Esteban Florez, professeur et chercheur agrégé à l'Université de l'Oklahoma College of Dentistry, travaille à empêcher la carie dentaire secondaire que les bactéries provoquent autour des bords des restaurations dentaires, telles que les garnitures et les couronnes. Ces cavités secondaires sont la raison pour laquelle la plupart des restaurations doivent être remplacées en moyenne tous les cinq à sept ans.
« Mon idée était de développer des adhésifs dentaires qui fourniraient une protection à long terme contre les bactéries orales », a déclaré Esteban Florez, l'inventeur principal.
Aux États-Unis seulement, un adhésif dentaire antibactérien à action prolongée pourrait aider à prévenir plus de 60 millions de procédures dentaires par an et à permettre aux patients de plus de 5 milliards de dollars par an. Mais en tant que dentiste ayant une formation limitée à la recherche scientifique, le développement et le test de mon idée des nanoparticules antibactériennes et les placer dans un produit clinique semblaient hors de portée. «
Fernando Luis Esteban Florez, Université de l'Oklahoma College of Dentistry
Esteban Florez et Sharukh Khajotia, doyenne associée du collège pour la recherche et l'innovation et un co-inventeur, ont appris les installations d'utilisateurs du Doe Office of Science. Ces 28 installations d'utilisateurs, situées dans les laboratoires nationaux à travers le pays, fournissent des installations de recherche de pointe à la communauté scientifique mondiale à peu ou pas de frais pour les utilisateurs. Esteban Florez et Khajotia ont soumis une proposition d'utilisateurs à ORNL pour travailler avec des scientifiques du Center for Nanophase Materials Sciences (CNMS) et du réacteur isotopique à haut flux (HFIR).
« Je suis reconnaissant pour le programme d'utilisateurs du DOE, qui m'a permis, un dentiste sans formation scientifique avancée, d'accéder à l'expertise et aux ressources de pointe du laboratoire national d'Oak Ridge. Cela m'a permis d'économiser six à huit ans de temps de développement », a déclaré Esteban Florez.
Avec l'aide des chercheurs de classe mondiale de ces nanomatériaux et des installations scientifiques des neutrons, les co-inventeurs ont créé des nanoparticules multifonctionnelles avec des propriétés antimicrobiennes durables. Ces nanoparticules peuvent être ajoutées aux résines et autres polymères utilisés en médecine, en dentisterie, en santé publique et en ingénierie.
L'équipe a modifié les nanoparticules de dioxyde de titane qui produisent des produits chimiques hautement réactifs, appelés espèces réactives de l'oxygène, qui peuvent tuer des bactéries, des virus et d'autres micro-organismes. Contrairement aux antibiotiques, les microbes ne peuvent pas développer une résistance à ces produits chimiques.
Les nanoparticules ont ensuite été dispersées dans une résine adhésive couramment utilisée par les dentistes. Les chercheurs ont examiné les échantillons de la résine adhésive expérimentale en utilisant un microscope d'ion d'hélium à CNMS et de diffusion de neutrons à petit angle à l'aide de l'instrument Bio-SANS à HFIR. Avec ces outils, ils ont déterminé la forme optimale des particules, les modifications et la méthode de dispersion.
« L'avantage de l'utilisation de Bio-SANS est qu'il nous a permis de voir comment les protéines se sont liées aux nanoparticules et dans la façon dont les particules se dispersaient dans la résine polymère », a déclaré Khajotia.
Selon Esteban Florez, les résultats expérimentaux ont montré que pour la première fois en dentisterie, les nanoparticules s'étaient dispersées sans regroupement et fonctionnaient bien dans un polymère et présentaient de fortes propriétés antibactériennes sans irradiation légère.
« Nous discutons actuellement avec une entreprise de produits dentaires de premier plan de la commercialisation de cette technologie brevetée pour un large éventail de produits », a déclaré Esteban Florez. « Cette technologie de polymère antibactérien et antimicrobien extrêmement polyvalente peut fonctionner dans d'innombrables applications, notamment des restaurations dentaires, des produits de blanchiment des dents, des dispositifs médicaux et des équipements, et dans la peinture sur des surfaces dans les lieux publics, comme dans les hôpitaux et les aéroports, pour réduire les niveaux de bactéries et de virus. »
