CN114867407A - 用于牙菌斑检测、监测和去除的自动化和精密装置 - Google Patents

Abstract

本文描述了用于检测和去除牙齿生物膜的自动化装置。在一些实施例中，所公开的主题包括用于将包括氧化铁纳米颗粒的悬浮液施用于牙齿以化学方式处理和机械方式去除牙齿生物膜的装置。在一些实施例中，所公开的主题包括用于将包括氧化铁纳米颗粒和过氧化氢的悬浮液施用于牙齿以杀死生物膜基质内的细菌并降解生物膜基质以及将氧化铁纳米颗粒组装成自主磁性刷毛或抗菌机器人以机械方式去除生物膜的装置。本文还公开了用于实时检测牙菌斑和监测牙菌斑去除的装置和方法。

Description

用于牙菌斑检测、监测和去除的自动化和精密装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年10月29日提交的美国临时专利申请62/927,414的优先权，其内容通过引用整体结合到本文中。

背景技术

保持牙齿和牙龈处于健康状况需要定期进行自我口腔护理，例如刷牙、使用牙线和抗菌漱口水。美国牙科协会建议成人和儿童均每天刷牙两次。然而，刷牙通常低于推荐的标准，例如少于建议的一天的次数或者低于推荐的时间间隔。未按照推荐标准进行刷牙的原因可能包括，例如，满意地清洁上下颌的所有牙齿所需的时间和精力、在此活动期间用户厌倦、手的灵活性以及对执行类似日常事务的活动缺乏兴趣。此外，最理想的牙菌斑去除需要多个步骤，例如(牙缝)使用牙线和张嘴以化学方式杀死细菌。

口腔护理不足会导致生物膜的形成。生物膜是由细胞外聚合物质的基质(例如，胞外多糖(exopolysaccharide；EPS))包围的细菌细胞的结构化群落，它可以作为屏障以提供对抗菌剂的抵御力、对生物膜结构的内聚力和牢固地粘附到表面的机械稳定性。牙齿上形成的生物膜与龋齿(蛀牙)、牙龈炎(gingivitis)和牙周病有关。

某些对抗牙齿上生物膜的技术在很大程度上是不足且繁琐的，因为这些技术不能同时杀死且物理方式地去除细菌，同时需要灵巧地手动去除生物膜，例如刷牙和使用牙线。某些抗菌剂，如口腔杀菌剂(antiseptics)和漱口水，不能分解生物膜基质，对受保护的生物膜结构内嵌入的细菌的杀灭效果有限，并且如果生物膜碎片和细菌未被去除，生物膜保持快速自我重建的能力。虽然某些装置和方法可用于在牙科诊所(刮除)和在家(牙刷、牙线和电动牙刷)以机械方式去除牙菌斑，但它们需要手的灵巧度。

以上讨论的技术对因缺乏依从性而面临牙菌斑累积和口腔疾病风险的消费者以及手部灵活性较差的老年人和身体和认知障碍患者均提出了挑战。

由于缺乏用于实时检测和监测牙菌斑累积或者与牙菌斑生物膜相关的口腔健康状况的可用技术，这些挑战变得更加严峻。

因此，需要一种能够以高精度自动化方式同时实现牙菌斑检测、监测和去除的装置。

发明内容

本文介绍了用于从牙齿上去除牙齿生物膜(dental biofilm)以及根除这样的牙齿生物膜内的细菌的装置和方法。

在某些实施例中，本公开提供了口腔护理装置。示例装置包括柔性口件，口件(mouthpiece)具有用以安装在上牙上的上通道和用以安装在用户的下牙上的下通道。在某些实施例中，口件包括一个或多个磁性元件和振动马达。在某些实施例中，一个或多个磁性元件包括永磁体和/或电磁体，其适于将磁场施加到生物膜以驱动氧化铁纳米颗粒以组装成抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人。

在某些实施例中，本公开的口腔护理装置还包括光电检测器或RGB传感器。在某些实施例中，光电检测器被耦合到发光二极管。

在某些实施例中，本公开的口件的上通道和下通道容纳有包括氧化铁纳米颗粒的悬浮液，其中口件的上通道和下通道用以在悬浮液和用户的上牙、下牙、牙齿间及牙龈的表面之间提供接触。

在某些实施例中，口件的上通道和下通道容纳有悬浮液，悬浮液包括氧化铁纳米颗粒和从以下组成的群组中选择的组分：过氧化氢、过氧化脲、酶、抗菌化合物、氟离子源、磨料化合物、类黄酮、萜类、多酚、原花青素、单宁、香豆素、表面活性剂、去污剂、甘油、玫瑰红、过硼酸盐、偏高碘酸盐(meta-periodate)、山梨糖醇、木糖醇、1-脱氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin)及其组合。在某些实施例中，悬浮液包括过氧化氢。在某些实施例中，悬浮液包括一种或多种酶。在某些实施例中，一种或多种酶是变构酶(mutanase)、葡聚糖酶或其组合。

在某些实施例中，悬浮液包括过氧化氢和过氧化物酶敏感染料。在某些实施例中，过氧化物酶敏感染料是3,3',5,5'-四甲基联苯胺(3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine；TMB)。其他染料包括：2,2'-叠氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonicacid；ABTS)、邻苯二胺(o-phenylenediamine；OPD)、3,3'-二氨基联苯胺(3,3'-Diaminobenzidine；DAB)、邻苯三酚(Pyrogallol)、4-氨基-2,3-二甲基-1-苯基-3-吡唑啉酮(4-氨基安替比林)(4-amino-2,3-dimethyl-1-phenyl-3-pyrazolinone(4-Aminoantipyrine))、5-氨基水杨酸(5-aminosalicylic acid；5-AS)、3-甲基-2-苯并噻唑啉酮(3-methyl-2-benzothiazolinone；MBTH)以及荧光染料，荧光染料包括10-乙酰基-3,7-二羟基吩嗪(10-Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine)、对苯二甲酸(Terephthalic acid)、高香草酸(Homovanillic acid)、2-[6-(4-氨基苯氧基)-3-氧代-3H-黄原-9-基]-苯甲酸(2-[6-(4-aminophenoxy)-3-oxo-3H-xanthen-9-yl]-benzoicacid)、(2-[6-(4'-羟基)苯氧基-3H-黄嘌呤-3-对-9-基]苯甲酸((2-[6-(4'-hydroxy)phenoxy-3H-xanthene-3-on-9-yl]benzoic acid)、2',7'-二氯荧光素二乙酸盐(2',7'-Dichlorofluorescein diacetate)、2,7-二氯二氢荧光素二乙酸酯(2,7-Dichlorodihydrofluorescein diacetate)、香豆素硼酸(Coumarin Boronic Acid)、香豆素硼酸频那酸酯(Coumarin Boronic Acid pinacolate ester)、二氢罗丹明123(Dihydrorhodamine 123)、光泽精(Lucigenin)、二氢乙锭(Dihydroethidium)。

在某些实施例中，本公开提供了用于去除牙齿生物膜的方法。一种示例方法包括将本公开的口腔护理装置插入用户口中，将包括氧化铁纳米颗粒的悬浮液施用到口件的上通道和下通道，用一种或多种磁性元件驱动氧化铁纳米颗粒用于组装成抗菌机器人或适用于去除牙齿生物膜的自主磁性刷毛或机器人，以及沿着上牙、下牙、包括齿间和牙龈的表面施加磁场以移动抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人，以机械方式去除牙齿生物膜。

在某些实施例中，悬浮液额外包括从过氧化氢、过氧化脲、酶、抗菌化合物、表面活性剂、去污剂、氟离子源、磨料化合物、甘油、类黄酮、萜类、多酚、原花青素、单宁、香豆素、玫瑰红、过硼酸盐、偏高碘酸盐、山梨糖醇、木糖醇、1-脱氧野尻霉素及其组合中选择的组分。

在某些实施例中，去除牙齿生物膜的方法包括将本公开的口腔护理装置插入用户口中，将包括氧化铁纳米颗粒和过氧化氢的悬浮液施用至上通道和下通道。在某些实施例中，基于悬浮液的总重量，悬浮液包含约0.1％w/w至约10％w/w、约0.5％w/w至约7.5％w/w、或者约1％w/w至约5％w/w的过氧化氢。在某些实施例中，基于悬浮液的总重量，悬浮液可包括至少约0.1％w/w、至少约0.5％w/w、至少约1.0％w/w、至少约2.0％w/w/、至少约3.0％w/w、至少约4.0％w/w、至少约5.0％w/w、至少约6.0％w/w、至少约7.0％w/w、至少约8.0％w/w、至少约9.0％w/w，或者至少约10％w/w。在某些实施例中，基于悬浮液的总重量，悬浮液可以包括小于约0.5％w/w、小于约1.0％w/w、小于约2.0％w/w/、小于约3.0％w/w、小于约4.0％w/w、小于约5.0％w/w、小于约6.0％w/w、小于约7.0％w/w、小于约8.0％w/w、小于约9.0％w/w，或小于约10％w/w。氧化铁纳米颗粒激活过氧化氢，以产生能够降解牙齿生物膜并根除牙齿生物膜内的细菌的生物活性自由基。此方法进一步包括用一个或多个磁性元件驱动氧化铁纳米颗粒，以组装成抗菌机器人或适合去除牙齿生物膜的自主磁性刷毛或机器人，以及沿用户的上牙、下牙、牙缝和牙龈表面施加磁场以移动抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人，以机械方式去除牙齿生物膜。在某些实施例中，悬浮液在每毫升50％甘油的水、或水或水性缓冲液中包括约500微克至约5000微克、约750微克至约4750微克、约1000微克至约4500微克、约1250微克至约4250微克、约1500微克至约4000微克、约1750微克至约3750微克、或约2000微克至约3500微克的氧化铁纳米颗粒。在某些实施例中，悬浮液在每毫升50％甘油的水或水中包括小于5000微克、小于4500微克、小于4000微克、小于3500微克、小于3000微克、小于2500微克、小于2000微克、小于1500微克或小于含有1000微克的氧化铁纳米颗粒。在某些实施例中，悬浮液在每毫升50％甘油的水或水或水缓冲液中包括至少500微克、至少1000微克、至少1500微克、至少2000微克、至少2500微克、至少3000微克、至少3500微克、至少4000微克或至少4500微克氧化铁纳米颗粒。在一个实施例中，悬浮液在每毫升50％的甘油中包括2000微克氧化铁纳米颗粒。在某些实施例中，悬浮液包括从以下组成的群组中选择的一种或多种酶：变构酶、葡聚糖酶及其组合。在某些实施例中，悬浮液包括1％的过氧化氢和1.75U/8.75U变构酶/葡聚糖酶。

在某些实施例中，本公开提供了一种检测和去除牙齿生物膜的方法，其中此方法包括将本公开的口腔护理装置插入用户口中，将包括氧化铁纳米颗粒和过氧化氢的悬浮液施用于上通道和下通道。一部分氧化铁纳米颗粒与牙齿生物膜结合，另一部分氧化铁纳米颗粒保持未结合。此方法还包括将3,3',5,5'-四甲基联苯胺施用于上通道和下通道，以将生物膜结合的氧化铁纳米颗粒染成蓝色；利用光电检测器通过检测结合的氧化铁纳米颗粒来定位牙齿生物膜，利用一个或多个磁性元件驱动未结合的氧化铁纳米颗粒以组装成抗菌机器人或适合去除牙齿生物膜的自主磁性刷毛或机器人，以及通过施加磁场沿着具有结合的氧化铁纳米颗粒的表面移动抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人，以机械方式去除牙齿生物膜。在某些实施例中，此方法还包括检测被去除的牙齿生物膜的量。

在某些实施例中，本公开的方法还包括监测牙菌斑累积的程度和牙菌斑去除的程度，此方法包括在服务器收集与牙齿生物膜的位置和数量相关的数据，其中数据来自利用光电检测器检测结合的氧化铁纳米颗粒，通过处理器将数据转换成表示牙菌斑累积程度和牙菌斑去除程度的数值，以及在终端装置或基于网络的应用程序的用户界面上显示牙菌斑累积程度和牙菌斑去除程度的表现形式。在某些实施例中，牙菌斑累积程度和牙菌斑去除程度的表现形式是数字的、图形的或颜色/视觉的输出中的一种或多种。

被并入且构成本公开的一部分的附图说明了本发明的优选实施例并用于解释本发明的原理。

附图说明

图1A是表明氧化铁纳米颗粒的双重催化-磁性功能的示意图。

图1B是表明由于EPS基质导致的生物膜对抗菌剂(antimicrobial)和机械去除的抗性的示意图。

图1C是表明生物膜的检测和破坏的示意图。

图1D是表明磁性驱动和生物膜去除的示意图。

图2A描绘了由适应牙弓(dental arch)的柔性材料制成的装置。特写图表示具有去除牙齿生物膜和生物膜检测及监测的多功能装置。

图2B描绘了无线链接到应用程序/移动设备以用于监测口腔健康和卫生(牙齿生物膜累积和去除)的设备。

图3A表明氧化铁纳米颗粒不与人牙龈的上皮细胞结合。

图3B说明氧化铁纳米颗粒与生物膜结合。

图3C表明氧化铁纳米颗粒根除生物膜细菌的功效。

图4A描绘了氧化铁纳米颗粒浓度和氧化铁纳米颗粒在生物膜中的催化活性的关系。图4A的插图进一步描绘了在氧化铁纳米颗粒、TMB和过氧化氢处理后生物膜的颜色变化(变为蓝色)。

图4B描绘了使用口腔模型在氧化铁纳米颗粒、TMB和过氧化氢处理后真实牙齿上生物膜的颜色变化(变为蓝色)。图4B进一步表示TMB和过氧化氢仅仅对生物膜染色，并不对牙齿染色。

图4C表示具有染色的生物膜但没有染色牙齿表面的牙齿的特写。

图5A描绘了用于检测蓝色的牙菌斑检测电路。

图5B表示当检测到蓝色时牙菌斑检测电路的指示灯LED打开。

图5C表示当未检测到蓝色时牙菌斑检测电路的指示灯LED关闭。

图5D表明各种去除的生物膜的数量与用于生物膜(牙菌斑)检测的蓝色指示器之间的。

图6A至6F示出了由磁性元件来回操纵的氧化铁纳米颗粒。

图7A至D示出了在磁场中氧化铁纳米颗粒在牙齿表面上呈现的刷毛状结构。图7B的左侧表示磁场关闭，图7B的中间和右侧表示刚开启磁场后，显示刷毛状结构的集合。

图8A至D表明借助刷毛状氧化铁纳米颗粒机器人结构的磁控运动从牙釉质表面去除牙菌斑生物膜。

图9A至C表明从狭窄的邻面区域(interproximal area)中去除生物膜的牙菌斑。

具体实施方式

当前公开的主题提供了口腔护理装置，这些口腔护理装置能够利用包含氧化铁纳米颗粒的悬浮液根除细菌和降解牙菌斑的生物膜基质。在某些实施例中，本公开的装置还可以检测和监测牙菌斑。本公开的装置可以进一步包括传感器和微处理特性，例如蓝牙，以允许实时监测牙菌斑的数量和牙菌斑的去除。本公开还提供了利用包含氧化铁纳米颗粒的悬浮液根除细菌和降解牙菌斑的生物膜基质的方法，悬浮液形成抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人。

为了清楚起见而并非是限制，具体实施方式分为以下子部分：

-定义；

-铁纳米颗粒悬浮液；

-口腔护理装置；

-去除牙齿生物膜的方法。

定义

本说明书中使用的术语通常在本主题的上下文中以及在使用每个术语的特定上下文中具有它们在本领域中的普通含义。下面定义了某些术语，以在描述所公开主题的组合物和方法以及如何制造和使用它们时提供额外的指导。

除非上下文另有明确规定，如在说明书和所附权利要求中使用的单数形式的“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数的参照物。因此，例如，提及“一种化合物”包括化合物的混合。

在本文的具体实施方式中，提及“实施例”、“一个实施例(an embodiment)”、“一个实施例(one embodiment)”、“在各种实施例中”等表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括此特定的特征、结构或特性。此外，这些短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为无论是否明确描述，影响与其他实施例相关的这种特征、结构或特性属于本领域技术人员的知识范围。在阅读了实施方式后，相关领域的技术人员将清楚如何在替代实施例中实施本公开。

本文所用的关于光电检测器和发光二极管的术语“耦合”是指两个部件之间的电连接或无线连接，其中发光二极管可以产生由光电检测器所检测到的信息的视觉指示器。

术语“牙齿生物膜”和“牙菌斑”在本文中可互换使用，是指在口腔内的表面上生长的生物膜或细菌块。

本文所用的术语“用户”包括哺乳动物，例如动物或人。在优选的实施例中，受试者是人。在某些非限制性实施例中，“用户”可以是使用终端装置或与终端装置交互的任何个人，其可以使用用户界面或与用户界面交互。

术语“终端装置”是指例如但不限于，个人计算机、膝上型计算机、工作站、移动装置、终端装置或任何其他用户设备。在一些非限制性示例中，终端装置可以包括用于向终端装置的用户显示但不限于牙菌斑检测、牙菌斑去除和口腔卫生状态的图形表示的图形用户界面。在某些实施例中，可以在用户的终端装置上安装基于网络的应用程序。用户可以使用基于网络的应用程序监测去除牙菌斑的进度。

本文所用的“高频”是指超过10Hz的频率。

铁纳米颗粒悬浮液

在某些实施例中，根据所公开主题的氧化铁纳米颗粒能够机械地去除牙菌斑。图6A表明氧化铁纳米颗粒可以在磁场中形成簇(cluster)，这些簇沿表面被拉动，产生受控的涡旋运动。图7A至D说明了一种不同的机制，其中在磁场中的牙齿表面上形成刷毛状结构体。如图7A和7B所示，通过控制磁场方向和梯度，由溶液形成氧化铁纳米颗粒的刷毛状结构并延伸至牙釉质表面。图7C进一步表示氧化铁纳米颗粒的刷毛可以延伸到生物膜覆盖的表面，并且被横向驱动以清扫和去除生物膜。值得注意的是，如图7D所示，氧化铁纳米颗粒的刷毛顺应不断变化的表面轮廓，同时降解和去除生物膜。

在替代实施例中，可以在旋转、在装置内平移和振动时使用永磁体或电磁体。

在某些实施例中，本公开的悬浮液除了氧化铁纳米颗粒之外还包括过氧化氢(hydrogen peroxide)。氧化铁纳米颗粒激活过氧化氢，以产生能够降解牙齿生物膜和根除牙齿生物膜内细菌的生物活性自由基(bioactive radical)。特别地，氧化铁纳米颗粒对过氧化氢的分解进行催化以产生自由基，例如HO·和HO₂·自由基。图1A和1B表明根据所公开主题的实施例的氧化铁纳米颗粒的双重催化-磁性功能。氧化铁纳米颗粒可以催化过氧化氢(H₂O₂)以实质上根除细菌并降解生物膜基质。生物膜基质降解是破坏结构骨架(scaffold)的关键，同时也有助于渗透和细菌根除。当降解生物膜基质时，大大地增强了细菌根除效果。当生物膜基质被充分分解以允许实质的细菌根除(>99.999％杀灭)时，生物膜被降解。氧化铁纳米颗粒可以被磁激活以驱动氧化铁纳米颗粒以组装成抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人，以及移动抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人以去除生物膜碎片。

图1C和1D表示使用催化抗菌机器人的牙菌斑去除和检测系统的概念框架。在图1C中，氧化铁纳米颗粒结合并穿透生物膜以及在原位催化H₂O₂，以分解生物膜基质和杀灭细菌。同时，纳米颗粒可以在催化过程中与TMB反应(参见权利要求[0011])，以产生蓝色作为牙菌斑(生物膜)的指示器，从而作为生物膜累积的检测器。当纳米颗粒被磁场驱动时(图1D左侧)，它聚集并组装成去除和刷掉擦掉生物膜的刷毛状结构(图1D右侧)；重要的是，这些纳米颗粒不会与牙齿或粘膜表面结合。由于还可以用蓝色标记这些生物膜(见上文)，所以还可以测量牙菌斑的去除量，从而用作牙菌斑去除检测。

在某些实施例中，本公开的悬浮液除了氧化铁纳米颗粒和过氧化氢之外还包括过氧化物酶(peroxidase)敏感染料。在具体实施例中，过氧化物酶敏感染料是3,3',5,5'-四甲基联苯胺(3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine)。其他染料包括：2,2'-叠氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonicacid；ABTS)、邻苯二胺(o-phenylenediamine；OPD)、3,3'-二氨基联苯胺(3,3'-Diaminobenzidine；DAB)、邻苯三酚(Pyrogallol)、4-氨基-2,3-二甲基-1-苯基-3-吡唑啉酮(4-氨基安替比林)(4-amino-2,3-dimethyl-1-phenyl-3-pyrazolinone(4-Aminoantipyrine))、5-氨基水杨酸(5-aminosalicylic acid；5-AS)、3-甲基-2-苯并噻唑啉酮(3-methyl-2-benzothiazolinone；MBTH)以及荧光染料，荧光染料包括10-乙酰基-3,7-二羟基吩嗪(10-Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine)、对苯二甲酸(Terephthalic acid)、高香草酸(Homovanillic acid)、2-[6-(4-氨基苯氧基)-3-氧代-3H-黄原-9-基]-苯甲酸(2-[6-(4-aminophenoxy)-3-oxo-3H-xanthen-9-yl]-benzoic acid)、(2-[6-(4'-羟基)苯氧基-3H-黄嘌呤-3-对-9-基]苯甲酸((2-[6-(4'-hydroxy)phenoxy-3H-xanthene-3-on-9-yl]benzoic acid)、2',7'-二氯荧光素二乙酸盐(2',7'-Dichlorofluorescein diacetate)、2,7-二氯二氢荧光素二乙酸酯(2,7-Dichlorodihydrofluorescein diacetate)、香豆素硼酸(Coumarin Boronic Acid)、香豆素硼酸频那酸酯(Coumarin Boronic Acid pinacolateester)、二氢罗丹明123(Dihydrorhodamine 123)、光泽精(Lucigenin)、二氢乙锭(Dihydroethidium)。氧化铁纳米颗粒能够与牙齿生物膜结合，并且在过氧化氢和过氧化物酶敏感染料的存在下产生可用于检测牙菌斑的颜色。

包含氧化铁颗粒的悬浮液可以进一步包括一种或多种酶，例如变构酶(mutanase)或葡聚糖酶，以进一步帮助降解生物膜基质。在某些实施例中，可以用1％的过氧化氢和1.75U/8.75U变构酶/葡聚糖酶配制悬浮液，以实质上根除细菌和降解生物膜基质。图3C表明包含氧化铁纳米颗粒、过氧化氢和变构酶/葡聚糖酶的悬浮液的生物膜根除的功效。

在某些实施例中，包括氧化铁纳米颗粒的悬浮液包括甘油和/或水、或水性缓冲液。在某些实施例中，悬浮液在每毫升含50％甘油的水、或者水，或者水性缓冲液中包括从约500微克至约5000微克、从约750微克至约4750微克、从约1000微克至约4500微克、从约1250微克至约4250微克、从约1500微克至约4000微克、从约1750微克至约3750微克、或者从约2000微克至约3500微克的氧化铁纳米颗粒。在某些实施例中，悬浮液在每毫升50％甘油的水或水中包括小于5000微克、小于4500微克、小于4000微克、小于3500微克、小于3000微克、小于2500微克、小于2000微克、小于1500微克或者小于1000微克氧化铁纳米颗粒。在某些实施例中，悬浮液在每毫升50％甘油的水或水中包括至少500微克、至少1000微克、至少1500微克、至少2000微克、至少2500微克、至少3000微克、至少3500微克、至少4000微克或者至少4500微克氧化铁纳米颗粒。在一个实施例中，悬浮液在每毫升50％的甘油中包括2000微克氧化铁纳米颗粒。

在某些实施例中，包括氧化铁纳米颗粒的悬浮液可以包括口腔护理组合物中常用的其他组分，例如但不限于过氧化脲(carbamide peroxide)、抗菌化合物、氟离子源(fluoride ion source)、磨料化合物、表面活性剂、去污剂、酶及其组合。抗菌化合物的非限制性示例包括三氯生、精油、类萜(terpenoid)、类黄酮、多酚、原花青素、单宁、香豆素、洗必泰、抗菌肽、精氨酸。酶的非限制性示例包括葡聚糖酶、变构酶、脂肪酶、脱氧核糖核酸酶、淀粉葡糖苷酶、葡萄糖氧化酶。氟离子源的非限制性示例包括碱金属氟化物例如氟化钠、碱金属单氟磷酸盐、氟化亚锡等。磨料化合物的非限制性示例包括二氧化硅牙科磨料、碳酸钙、磷酸二钙二水合物(dicalcium phosphate dihydrate)、β-焦磷酸钙、不溶性碱金属偏磷酸盐、塑料牙科磨料及其组合。

口腔护理装置

本公开的装置被配置为使得包括氧化铁纳米颗粒的悬浮液与用户的牙齿和牙龈的表面接触。在某些实施例中，本公开的口腔护理装置包括柔性口件(mouthpiece)，口件包括用以安装在用户的上牙上的上通道和用以安装在用户的下牙上的下通道。口件的尺寸可以适合从儿童到成人的典型人类范围。成人嘴巴张开的范围为30-70毫米，成人的总牙弓长度范围为35-45毫米。在某些实施例中，口件的尺寸是可调节的。图2A和2B提供了口件的非限制性示例。具体来说，图2A表示示例性的柔性口件，其包括可以适应牙弓的上通道、下通道。特写图表示放置有打碎牙菌斑的磁控刷毛、实时监测牙菌斑的构件和提供振动动作的构件的装置。

图2B描绘了无线链接到用于监测口腔健康和卫生(牙齿生物膜累积和去除)的应用程序/移动设备的装置。

在某些实施例中，本公开的口件包括一个或多个磁性元件以产生磁场。磁性元件的非限制性示例包括电磁体，电磁体包括能够集中和放大拉力的磁芯。在某些实施例中，这些磁体产生的磁梯度范围可以从大约0.01mT/毫米到大约200mT/毫米、从大约1mT/毫米到大约180mT/毫米、从大约25mT/毫米到大约150mT/毫米，或者从大约50mT/毫米到大约100mT/毫米。在某些实施例中，这些磁体产生的磁梯度为至少1mT/毫米、至少10mT/毫米、至少25mT/毫米、至少50mT/毫米、至少75mT/毫米、至少100mT/毫米、至少125mT/毫米、至少150mT/毫米或者至少175mT/毫米。在某些实施例中，最大梯度不超过200mT/mm。磁场的切换可以发生的频率范围包括但不限于从约0.2Hz到约100Hz、从约5Hz到约75Hz、从约20Hz到约60Hz、从约30Hz到约50Hz的值。在某些实施例中，由永磁体产生磁场，永磁体例如但不限于铁、铁镍合金、钕铁硼和钐钴。

在某些实施例中，口腔护理装置包括一个或多个触觉驱动器(例如振动驱动器)。在某些实施例中，本文使用的驱动器是产生振动的小的振荡装置(马达或压电材料)，振动可以被感觉(触觉)，并且可以另外重新悬浮纳米颗粒和/或帮助去除生物膜。振动驱动器的非限制性示例包括具有不平衡质量的旋转马达，此旋转马达可以被激活并在振动频率和振幅方面发生变化。在某些实施例中，一个或多个振动驱动器是振动马达。振动驱动器的非限制性商业实施例包括金龙机电有限责任公司(Jinlong Machinery&Electronics,Inc.)的Z7AL2B1690002。在某些实施例中，振动频率从约10Hz变化至约20,000Hz。在某些非限制性实施例中，振动动作由高频磁运动引起，其中电磁体和/或压电驱动器通过约10Hz至约20,000Hz的高频振荡运送氧化铁纳米颗粒。在某些实施例中，负责移动氧化铁纳米颗粒的电磁体也可以产生机械振动。

在某些实施例中，本公开的口腔护理装置还包括光电检测器或红绿蓝(RGB)传感器。在某些实施例中，光电检测器或RGB传感器与发光二极管耦合以提供颜色或荧光检测的视觉指示器。这样的配置的非限制性示例在图5A中示出。图5A描绘了用于检测托盘502中的蓝色的电路500。电路500包括发光二极管504和光电检测器506。图5B和5C表示当光电检测器506在托盘502中检测到蓝光时指示器发光二极管504打开，以及当未检测到蓝色时保持关闭。

本公开的口腔护理装置的尺寸可容纳电池和电力电子设备。在某些实施例中，口腔护理装置还包括微处理能力。

在某些实施例中，口腔护理装置可以无线连接到另一个装置以实时监测牙齿生物膜的去除。

检测和去除牙菌斑的方法

本公开还关于使用本文描述的口腔护理装置去除牙菌斑的方法。在某些实施例中，通过将本文公开的包括氧化铁纳米颗粒的悬浮液施用至口件的上通道和下通道并将口件安装在上下牙齿的上，用户可以去除牙菌斑。打开装置后，氧化铁纳米颗粒由于磁场和/或振动动作的缘故而移动，形成抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人，从而以机械方式去除牙菌斑。

在某些实施例中，通过将包含氧化铁纳米颗粒和过氧化氢的悬浮液施用到口件的上通道和下通道并将口件安装在上下牙齿上，可以去除牙菌斑。氧化铁纳米颗粒催化过氧化氢的分解产生HO·和HO₂·自由基，继而根除生物膜内的细菌并降解生物膜。此外，打开装置后，氧化铁纳米颗粒由于磁场和/或振动动作的缘故而移动，从而以机械方式去除牙菌斑。

在某些实施例中，通过将包含氧化铁纳米颗粒、过氧化氢和过氧化物酶敏感染料的悬浮液施用到口件的上通道和下通道并将口件安装在上下牙齿上，可以检测和去除牙菌斑。一部分氧化铁纳米颗粒与牙菌斑结合。悬浮液进一步用结合的氧化铁颗粒将牙菌斑染成蓝色，而不对牙齿染色，从而用作牙菌斑检测，如图4A-4C所示。视觉指示器可进一步用于识别牙菌斑的位置，接下来朝向染色的牙菌斑方向，将未结合的氧化铁纳米颗粒引导至牙菌斑，以机械方式将其去除。此外，由于生物膜被染成蓝色，还可以测量牙菌斑的去除量，从而用作牙菌斑(生物膜)去除检测。

图8A至D进一步表明抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人从牙齿上去除牙菌斑的能力。图8A和8C表示牙块上形成的染成粉红色的生物膜的“之前”的图像，图8B和8D提供了“之后的图像(after image)”，其显示相同的牙块在经过自主磁性刷毛或机器人的自动清洁之后，表明完全去除了生物膜。

图9A至C进一步表明抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人从狭窄区域(例如，诸如牙齿之间的区域)去除牙菌斑的能力。这种清洁是通过驱动氧化铁纳米颗粒集合以往复运动穿过邻面空间来进行的。图9B提供了“之前”的图像，显示了两个“模型牙齿”之间的狭窄区域中的牙菌斑，图9C提供了“之后”的图像，显示邻面区域处的牙菌斑已被去除；特写视图表示在牙齿之间的狭窄空间中完全去除了生物膜。

在某些实施例中，可以在终端装置上或终端装置中的基于网络的应用程序上监测和/或可视化牙菌斑累积的水平和牙菌斑去除的水平。一旦光电检测器或RGB传感器获得有关牙菌斑及其数量的数据，此数据可以被传输用于实时监测和储存到位于传感器外部的存储装置。给定的传感器可以将获得的数据传输到服务器，然后服务器可以收集与牙菌斑数量及其位置以及牙菌斑去除相关的数据。在某些非限制性实施例中，集中式服务器可以收集所有数据，而在其他非限制性实施例中，数据的收集可以分布到多个服务器。每个服务器可以包括一个或多个数据库，数据库储存收集到的信息。当集中式服务器收集所有数据时，数据可以保存在一个数据库中，或者保存在多个数据库中。数据库可以包括标签或标识符，标签或标识描述所收集数据的特征，例如所收集数据的类型。在某些实施例中，数据可以通过处理器被转换为数值，此数值表明牙菌斑的累积水平和牙菌斑的去除水平。在某些实施例中，可以使用一系列颜色来可视化结果。在某些实施例中，所收集的数据可用于在延长的时间周期监测口腔卫生和口腔健康状态。在某些实施例中，基于网络的应用程序或终端装置可用于监测牙菌斑的实时去除和牙齿上牙菌斑累积量的实时监测。

前述仅说明所公开主题的原理。鉴于本文的教导，对所描述的实施例的各种修改和改变对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计出许多技术，尽管本文没有明确描述，但这些技术体现了所公开主题的原理，因此属于其精神和范围内。

Claims (20)

1.一种口腔护理装置，包括：

柔性口件，所述口件具有用以安装在上牙上的上通道和用以安装在用户的下牙上的下通道；

其中所述口件还包括：

一个或多个磁性元件，以及

振动马达。

2.根据权利要求1所述的口腔护理装置，其中所述一个或多个磁性元件包括永磁体或电磁体，其适于将磁场施加到生物膜以驱动氧化铁纳米颗粒以组装成抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括光电检测器或RGB传感器。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述光电检测器与发光二极管耦合。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述口件容纳有包括氧化铁纳米颗粒的悬浮液，以及

其中所述口件用以在所述悬浮液和用户的上牙、下牙、包括牙缝及牙龈的表面之间提供接触。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述悬浮液还包括从以下组成的群组中选择的组分：过氧化氢、过氧化脲、一种或多种酶、一种或多种抗菌化合物、一种或多种表面活性剂、一种或多种去污剂、一种或多种氟离子源、一种或多种磨料化合物、甘油、一种或多种类黄酮、萜类、多酚、原花青素、单宁、香豆素、玫瑰红、过硼酸盐、偏高碘酸盐、山梨糖醇、木糖醇、1-脱氧野尻霉素及其组合。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述悬浮液包括过氧化氢。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述悬浮液包括一种或多种酶。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述一种或多种酶是变构酶、葡聚糖酶、脱氧核糖核酸酶DNase、蛋白酶、脂肪酶、淀粉葡糖苷酶、葡萄糖氧化酶或其组合。

10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述悬浮液还包含过氧化物酶敏感染料。

11.一种去除牙齿生物膜的方法，所述方法包括：

将根据权利要求1所述的装置插入用户口中；

将包括氧化铁纳米颗粒的悬浮液施用至所述口件的上通道和下通道，

用一个或多个磁性元件驱动所述氧化铁纳米颗粒，以组装成抗菌机器人或适合去除牙齿生物膜的自主磁性刷毛或机器人；以及

施加磁场以沿着用户的上牙、下牙、包括牙缝和牙龈的表面移动抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人，以机械方式去除牙齿生物膜。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述悬浮液还包括从以下组成的群组中选择的组分：过氧化氢、过氧化脲、一种或多种酶、一种或多种抗菌化合物、一种或多种氟离子源、一种或多种磨料化合物、甘油、表面活性剂、去污剂、类黄酮、萜类、多酚、原花青素、单宁、香豆素、玫瑰红、过硼酸盐、偏高碘酸盐、山梨糖醇、木糖醇、1-脱氧野尻霉素及其组合。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述悬浮液包括过氧化氢，以及

其中所述氧化铁纳米颗粒激活过氧化氢以产生能够降解牙齿生物膜和根除牙齿生物膜内细菌的自由基。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述悬浮液是在每毫升50％的甘油或水性缓冲液中包括2000微克的氧化铁纳米颗粒。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述悬浮液包括从变构酶、葡聚糖酶及其组合所组成的群组中选择的一种或多种酶。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述悬浮液包括1％的H₂O₂和1.75U/8.75U变构酶/葡聚糖酶。

17.一种检测和去除牙齿生物膜的方法，所述方法包括：

将根据权利要求3所述的装置插入用户口中；

将包括氧化铁纳米颗粒和过氧化氢的悬浮液施用至所述口件的上通道和下通道，其中一部分氧化铁纳米颗粒与所述牙齿生物膜结合，而其余的氧化铁纳米颗粒保持未结合，

将3,3',5,5'-四甲基联苯胺施用于所述口件的上通道和下通道，将结合的氧化铁纳米颗粒染成蓝色，

利用光电检测器通过检测结合的氧化铁纳米颗粒来定位牙齿生物膜；

利用所述一个或多个磁性元件驱动未结合的氧化铁纳米颗粒，以组装成抗菌机器人或适合去除牙齿生物膜的自主磁性刷毛或机器人；以及

通过施加磁场沿用户的上牙、下牙、牙缝和牙龈的表面移动抗菌机器人或自主磁性刷毛或机器人，以机械方式去除所述牙齿生物膜。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述方法还包括检测被去除的所述牙齿生物膜的数量。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括监测牙菌斑累积的程度和牙菌斑去除的程度，所述方法包括：

在服务器处收集与牙齿生物膜的位置和数量有关的数据，其中所述数据来自利用光电检测器检测结合的氧化铁纳米颗粒；

通过处理器将数据转换成数值，所述数值表示牙菌斑累积的程度和牙菌斑去除的程度；以及

在终端装置或基于网络的应用程序的用户界面上显示牙菌斑累积程度和牙菌斑去除程度的表现形式。

20.根据权利要求19所述的方法，其中牙菌斑累积程度和牙菌斑去除程度的表现形式是数字的、图形的或颜色/视觉的输出中的一种或多种。

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