Die Erfindung betrifft ein Bleichmittel für Zähne sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bleichen von Zähnen unter Verwendung des zuvor genannten Bleichmittels.
Aufgrund unterschiedlicher Ernährungsgewohnheiten (z.B. durch Tee- oder Kaffeekonsum), durch Tabakkonsum oder teilweise als Folge von Erkrankungen, operativen Eingriffen, Entzündungen im Dentalbereich oder nach einer Wurzelspitzenresektion usw. können Verfärbungen an Zähnen auftreten. Derartige Verfärbungen, die in der Regel am Zahnschmelz und am Dentin auftreten, sind für die betroffene Person störend, weshalb sich in den vergangenen Jahren zahlreiche Verfahren zum Bleichen bzw. Aufhellen von Zähnen etabliert haben, bei denen auf die Zahnoberfläche ein Bleichmittel einwirkt, welches insbesondere durch Redoxreaktionen mit den die Verfärbung verursachenden Substanzen den Zahn wieder aufhellt.
Häufig werden bei solchen Verfahren Substanzen eingesetzt, die Radikale oder beispielsweise atomaren Sauerstoff freisetzen, wie z.B. Peroxide. Nach bekanntem Stand der Technik unterscheidet man derzeit zwischen so genannten HomeBleaching (Heimanwendungsverfahren) und so genannten In-Office-Bleaching (in der Arztpraxis durchgeführte) Verfahren. Bei den Home-Bleaching Verfahren werden schwache oder stärkere Peroxidverbindungen verwendet, bei denen der reaktive Sauerstoff bzw. die Radikale chemisch ausgetrieben werden. Durch den chemischen Prozess, der ohne Lichteinwirkung erfolgt, wird aufgrund der langen Bleichdauer von bis zu mehreren Stunden die Zahnschmelzoberfläche relativ stark angegriffen. Derartige Verfahren bezeichnet man auch als chemisches Bleaching.
Beim so genannten dentalen In-Office-Bleaching, das nur von Zahnärzten oder Dentisten durchgeführt wird, erfolgt das Austreiben des aktiven Sauerstoffs bzw. der Radikale aus dem eigentlichen Bleichmittel (meist starke Peroxidverbindungen) auf chemischem oder chemischem und photothermischem Weg durch den Einsatz von Lampen. Da bei normalen In-Office-Bleaching-Verfahren starke Peroxidverbindungen verwendet werden, kann die Bleichdauer verkürzt werden. Dennoch kann man beobachten, dass der Zahnschmelz von den Chemikalien angegriffen wird. Bei zusätzlicher thermischer Unterstützung durch Lampen spricht man von so genannten photothermischen Bleachingverfahren. Durch zusätzliches Aufwärmen des Bleichmittels, das häufig als Gel aufgetragen wird, werden die starken Peroxidverbindungen rascher abgebaut, was die Dauer des Bleichverfahrens zusätzlich verkürzt.
Wenngleich die verkürzte Bleichdauer grundsätzlich positiv für den Zahnschmelz ist, kann man dennoch vereinzelt Schädigungen am Zahnschmelz beobachten. Dabei werden meist Lampensysteme eingesetzt mit hoher Strahlungsleistung: Z.B. Halogenlampen mit 380 bis 500 nm nach Filterung mit einer Intensität von 400 bis 1000 mW/cm<2>oder Plasma-Lichtbogenlampen
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(Argon, Xenon) mit Wellenlängen von 430 bis 505 nm nach Filterung und einer Intensität von 1600 bis 2000 mW/cm<2>. Bei so genannten Laser-Bleachingverf ahren, die man ebenfalls in die Kategorie der photothermischen Bleachingverfahren einstuft, werden Laser eingesetzt mit Ausgangsleistungen von ca. 1W, was im Vergleich zu einer herkömmlichen 75WGlühbirne eine um den Faktor 100 höhere Einstrahlintensität verursacht.
Aus diesem Grund liegen die Behandlungszeiten bei Laser-Bleachingverfahren bei etwa 30 bis 60 sec. und einer anschliessenden Einwirkzeit von einigen Minuten. Im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Verfahren sind die Schädigungen am Zahnschmelz bei photothermischen Verfahren deutlich verringert. Nachteilig ist allerdings, dass die Anschaffungskosten eines Lasers sehr hoch sind. Ausserdem muss das Bleichmaterial genau auf den Laser abgestimmt werden, z.B. der Absorptionskoeffizient des Bleichmittels in Verbindung mit der peroxidischen Komponente, damit es zu keiner thermischen Überbeiastung des Zahnes, insbesondere der Pulpa, kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Bleichmaterial der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Insbesondere sollen die Schädigungen am Zahnschmelz und am Zahnfleisch verringert werden.
Erfindungsgemäss wird dies durch ein gattungsgemässes Bleichmittel für Zähne, das gekennzeichnet ist durch wenigstens einen Photokatalysator, erreicht. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Bleichmittel einen Photokatalysator aufweist.
Besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn der Photokatalysator als Nanopartikel ausgebildet ist. Nanopartikel haben den Vorteil, dass sie eine grosse Oberfläche aufweisen und damit günstige katalytische Eigenschaften besitzen. Darüber hinaus sind sie in grossen Mengen verfügbar und aufgrund ihrer geringen Grösse weisen sie keine negativen mechanischen Eigenschaften für den Zahn auf.
Unter Nanopartikel versteht man Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 1 nm bis mehrere hundert nm.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Photokatalysator ein Halbleiter ist, wobei es sich in diesem Fall als günstig herausgestellt hat, wenn die Nanopartikel bzw. Halbleiter aus der Gruppe ZnO2, Si, [alpha]-Sn oder TiO2kommen. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Nanopartikel Anatas sind. Bei Anatas handelt es sich um Titandioxid mit einem kubisch raumzentrierten Gitter, das besonders günstige Eigenschaften zur Erzeugung von Aktivsauerstoff aufweist.
Weiters ist vorgesehen, dass die Nanopartikel einen Durchmesser von nicht mehr als 100 nm aufweisen.
Aufgrund der Zahnstruktur haben sich Nanopartikel mit dem Durchmesser von etwa 100 nm als besonders zugänglich erwiesen und als ideale Photokatalysatoren zum Freisetzen von Aktivsauerstoff bzw. reaktiven Radikalen herausgestellt.
Weiters ist vorgesehen, dass der Radikalbildner Wasserstoffperoxid ist, wobei es günstig ist, wenn im Bleichmittel das Wasserstoffperoxid in Form einer wässrigen Lösung in einer Konzentration von 1 bis 10%, vorzugsweise von etwa 5% vorliegt.
Wenngleich das Bleichmittel bisher bereits ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, ist es dennoch günstig, wenn ausserdem ein Verdickungsmittel vorhanden ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Verdickungsmittel ein Acrylat ist. Durch das Vorhandensein eines Verdickungsmittels ist es möglich, das Bleichmittel als Gel auszubilden, das auf den Zahn aufgetragen wird.
Günstigerweise kann sich die beispielsweise peroxidische Substanz in der Matrix des Gels festsetzen und dort aufgrund der photokatalytischen Reaktion ideal freigesetzt werden.
Aufgrund der starken oxidativen Reaktion von Wasserstoffperoxid hat es sich als günstig erwiesen, wenn eine alkalische Komponente oder eine Puffersubstanz zur Erhöhung des pHWertes vorhanden ist, wobei es sich anbietet, wenn die alkalische Komponente oder Puffersubstanz Na2CO3ist, da Natriumcarbonat einerseits nur schwach alkalisch ist und ausgezeichnete Puffereigenschaften hat und darüber hinaus geschmacksneutral ist.
Peroxide haben ein starkes Bestreben, unter grosser Wärmeentwicklung zu zerfallen: Z.B. 2H2O2-> 2H2O + O2+ 196,2 kJ. Bei Zimmertemperatur ist die Zerfallsgeschwindigkeit allerdings extrem gering. Man spricht von einer praktischen Beständigkeit oder einem metastabilen Zustand.
Bei Erwärmen auf höhere Temperaturen zersetzt sich das Peroxid rasch, unter Umständen explosionsartig. Die grosse Zerfallshemmung von H2O2beruht hierbei darauf, dass der erste Schritt der Thermolyse in einer energieaufwändigen Molekülspaltung in 2HO-Radikale besteht (HOOH + 211 kJ -> 2HO). Diese setzen sich dann unter Auslösen einer Radikalkettenreaktion weiter mit Wasserstoffperoxid um (HO + H2O2-> H2O + HO2; HO2+ H2O2-> H2O + O2+ HO). Durch geeignete Katalysatoren lässt sich die
Zersetzungsgeschwindigkeit von Wasserstoffperoxid stark erhöhen, sodass gegebenenfalls bei Raumtemperatur stürmische Sauerstoffentwicklung und bei hochkonzentrierten Lösungen wegen der starken durch die H2O2-Thermolyse bedingten Temperatursteigerungen sogar explosionsartiger Zerfall eintreten kann.
Die charakteristische Eigenschaft von H2O2ist insbesondere seine oxidierende Wirkung: H2O2-> H2O + O bzw. H2O2+ 2H<+>+ 2e<">-> 2H2O. Die Normalpotentiale für H2O2in saurer Lösung betragen + 1,76 Volt, in alkalischer Lösung + 0,87 Volt. Daher ist es günstig, dass das Bleichmaterial während der Anwendung im alkalischen Bereich liegt und daher nur einen geringen chemischen Angriff bewirkt. Zudem wird das H2O2im Gel im konkreten Fall stark verdünnt (etwa 5%), wodurch ein chemischer Angriff auch bei sehr langer Behandlungsdauer (über 1 Stunde) nach den bisherigen Untersuchungen auszuschliessen ist.
Weniger ausgeprägt ist die reduzierende Wirkung von H2O2: H2O2-> 2H + O2bzw. H2O2-> 2H<+>+ O2+ 2e<">. Die Normalpotentiale für H2O2in saurer Lösung betragen +0,68 Volt und in alkalischer Lösung -0,07 Volt.
Die reduzierende Wirkung tritt also nur gegenüber ausgesprochenen Oxidationsmitteln auf. Für das Bleichen der Zähne ist primär der beim Zerfall des H2O2entstehende atomare Sauerstoff verantwortlich. Die Normalpotentiale für atomaren Sauerstoff in sauren Lösungen liegen bei 2,42 Volt, in basischen Lösungen bei 1,59 Volt. Bei einem erfindungsgemässen Bleichmittel liegt bei Arbeiten im basischen Bereich ein niedriger Wert des Normalpotentials für H2O2und ein hoher Wert des Normalpotentials für Sauerstoff vor. Damit ist ein niedriger Anteil des chemischen Angriffs der Zahnsubstanz zu erwarten, jedoch eine hohe Oxidationsrate für die Zerstörung der An- bzw.
Einlagerung des Zahnes gegeben.
Weiters ist vorgesehen, dass die Nanopartikel bezogen auf das wasserfreie Bleichmittel in einer Konzentration (Masse/Masse) von etwa 1 bis 90%, vorzugsweise in einer Konzentration von 60 bis 80% vorliegen. Besonders bevorzugt beträgt der Massenanteil etwa 75%. Es hat sich herausgestellt, dass bei derartig hohen Konzentrationen an Nanopartikeln die Sauerstoffabgabe rascher erfolgen und damit die Behandlungsdauer verkürzt werden kann.
Bei der Verwendung eines Verdickungsmittels ist vorgesehen, dass das Verdickungsmittel in einer Konzentration (wasserfrei) von 10 bis 20% vorliegt, bevorzugt etwa 17% beträgt.
Dies ist eine günstige Menge, um ein ideales Gel zu bilden.
Weiters ist vorgesehen, dass die alkalische Komponente in einer Konzentration (wasserfrei) von unter 10% vorliegt.
Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zum Bleichen von Zähnen unter Verwendung eines zuvor genannten Bleichmittels. Für das erfindungsgemässe Verfahren ist vorgesehen, dass das Bleichmittel mit einer Lichtquelle zur Aktivierung der photokatalytischen Reaktion bestrahlt wird. Insbesondere ist vorgesehen bei der Verwendung eines Halbleiters, dass Licht mit einer Wellenlänge entsprechend der Bandlücke des Halbleiters verwendet wird.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass man als Lichtquelle ein Argonlaser, ein KTPLaser, ein Diodenlaser oder ein Nd-Yag-Laser oder ein CO2-Laser verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass Anataspartikel mit Licht einer Wellenlänge im UV-nahen Bereich, vorzugsweise bei einer Wellenlänge von 380 bis 500 nm, besonders bevorzugt bei einer Wellenlänge von etwa 470 nm, bestrahlt werden. Eine thermische Schädigung der Pulpa kann dann nicht eintreten, da die Leistung der benötigten Lichtquellen im Milliwatt- bis Wattbereich liegt. Das für die katalytische Bleichung verwendete Gel wird bei einer solchen Bestrahlung nicht verändert. Die im Bleichmittel vorhandenen Nanopartikel mit Halbleitereigenschaften wirken als Katalysatoren, die bei Bestrahlung zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff dienen.
Die Wellenlänge der Strahlung muss aus der Energielücke des Halbleiters ermittelt werden und hängt davon ab, wieviel Energie aufgewendet werden muss, um ein Elektron aus dem nichtleitenden Band des Halbleiters in das leitende Band des Halbleiters anzuregen. Die aufgewendete Energie muss höher als diese Bandlückenenergie sein. Bei der Verwendung von Anatasnanopartikel hat es sich z.B. herausgestellt, dass die günstigste Wellenlänge bei 380 bis 500 nm liegt, die man mit am Markt befindlichen Leuchtdioden (LED) erzeugen kann. Die Leistungen dieser LEDs liegen im Milliwattbereich und sind ausreichend zur Erzeugung des für das Bleichen notwendigen Aktivsauerstoffs. Bei den durchgeführten Untersuchungen wurde neben LEDs mit verschiedenen Wellenlängen zwischen 320 und 500 nm auch eine herkömmliche Aushärtelampe für so genannte Komposits eingesetzt.
Die Bleichergebnisse sind vergleichbar, d.h. es können für das erfindungsgemässe Verfahren auch herkömmliche Aushärtelampen verwendet werden. Es bieten sich darüber hinaus folgende Halbleiter bzw. deren Nanopartikel für die Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens an: Zinkoxid (Bandlücke 3,2 eV) mit einer Anregungswellenlänge von etwa 387 nm. Silicium (Bandlückenenergie 1,1 eV) entsprechend einer Anregungswellenlänge von 1127 nm.
6 [alpha]-Zinn (mit einer Bandlückenenergie von etwa 0,08 eV) entsprechend einer Anregungswellenlänge von ca. 15 [mu]m.
Beim Bleichen muss die verwendete Laserstrahlung energetisch höher sein als die Bandlückenenergie der Nanopartikel, d.h. das Gel wird mit einer niedrigeren Wellenlänge als die Bandlückenenergie angeregt. So könnten beispielsweise herkömmliche Laser für die oben genannten Nanopartikel verwendet werden.
Es bieten sich z.B. Argonlaser (488 bis 514 nm), KTP-Laser (532 nm), Diodenlaser (805 nm) und Nd-Yag-Laser (1064 nm) an. Mit einem CO2-Laser (10600 nm) könnte ein [alpha]-Zinnnanopartikel angeregt werden.
Beispiel:
Ein Bleichmaterial der folgenden Zusammensetzung wurde verwendet: Feststoffe
1. Hy Sorb C3746-SK von BASF mit 2 Gewichtsteilen
2. Anatas-Nanopartikel: ANX Typ 100 (Kemira) mit 9 Gewichtsteilen
3. Natriumcarbonat PA-wasserfrei von Merck mit 1 Gewichtsteil.
Diese drei Substanzen wurden in einer Achatschale kurz verrieben und trocken aufbewahrt, da Hy Sorb hygroskopisch ist. Zugesetzt wurde eine etwa 5%ige Wasserstoffperoxidlösung. Diese wurde verarbeitet und je nach gewünschter Konsistenz wurde Pulver mit Wasserstoffperoxidlösung angemischt und etwa 5 Minuten stehengelassen. Danach stellte sich der pH-Wert auf etwa 8,5 bis 9 ein.
Die so erhaltene Gel-Bleich-Lösung wurde auf den gut gereinigten Zahn mit einem Spatel bei einer Dickel von etwa 1 mm aufgetragen. Bei UVnahem Licht, z.B. durch Verwendung einer in beinahe jeder Praxis vorhandenen KompositAushärtelampe, wurde etwa 3 x 1 Minute bestrahlt und anschliessend 10 bis 15 Minuten einwirken gelassen. Der Prozess wird erst durch das Bestrahlen initiiert und läuft einige Zeit weiter. Aufgrund der Dauerversuche sind keine Schäden am Zahnschmelz zu beobachten. Das angerührte Gel ist nahezu geschmacksneutral und verursacht keinerlei Brennen auf der Zunge oder am Zahnfleisch. Während und nach der Behandlung sind keine Sensibilisierungen bzw. Schmerzen an und in den Zähnen zu beobachten. Die Bestandteile des Pulvers sind ebenfalls nicht gesundheitsbeeinträchtigend. Nach dem Bleichprozess liess sich das Restgel leicht entfernen und mit Wasser abspülen.
In weiteren Versuchen wurden LEDs verwendet mit Wellenlängen zwischen 300 und 500 nm, wobei besonders gute Ergebnisse mit LEDs mit Wellenlänge von 470 nm erzielt wurden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bleichen von Zähnen mit einem Bleichmittel der vorgenannten Art. Das zuvor beschriebene Beispiel beschreibt eine
7 typische In-Office-Anwendung des Bleichmittels. Es wäre aber auch denkbar unter Verwendung einer bestimmten Vorrichtung, das zuvor genannte Bleichmittel bzw. auch das zuvor genannte Verfahren in einem so genannten Home-Bleaching-Verfahren anzuwenden.
Eine derartige Vorrichtung wäre gekennzeichnet durch eine Positioniereinrichtung und wenigstens eine Lichtquelle, wobei die Positioniereinrichtung derart angeordnet ist, dass der zu bleichende Zahn/die zu bleichenden Zähne durch die Lichtquelle im Wesentlichen gleichmässig bestrahlbar sind. Idealerweise ist die Form der Positioniereinrichtung an die Stellung der Zähne im Kiefer angepasst. Zuerst wird das erfindungsgemässe Bleichmittel auf die Zähne aufgebracht, anschliessend kann die Vorrichtung in den Mund über die Zähne geschoben werden. An der Aussenseite der Vorrichtung ist in einem bevorzugten Beispiel die Lichtquelle angebracht, die die photokatalytische Reaktion aktiviert. Die Vorrichtung bzw. die Positioniereinrichtung muss also in diesem Bereich durchlässig sein für das Licht der Wellenlänge, das die photokatalytische Reaktion initiiert.
Günstig hat es sich dabei erwiesen, wenn die Schiene aus Kunststoff besteht.
Wenngleich die Schiene nur das benötigte Licht zur Aktivierung des Photokatalysators durchlassen muss, ist es auch aus kosmetischen Gründen günstig, wenn der Kunststoff zumindest teilweise transparent ist. Beispielsweise könnte vorgesehen sein, dass der Kunststoff aus der Gruppe Acrylnitrilbutadienstyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat sowie Blends oder Copolymere davon stammt, wobei auch andere Kunststoffe mit ähnlichen Eigenschaften einsetzbar sind. Diese Vorrichtung könnte zum Beispiel durch Extrudieren oder Thermoformen hergestellt werden.
Es wäre denkbar, individuell die Positioniereinrichtung für jedes Gebiss anzupassen. Da dies mit relativ grossem Aufwand verbunden ist, ist es ebenfalls denkbar, Schienen in unterschiedlicher Form und Grösse anzubieten.
Bei entsprechender Flexibilität des Materials wäre es dann nicht erforderlich, die Schiene an das jeweilige Gebiss anzupassen. Eine individuelle Anpassung könnte durch aushärtendes Material nach bekanntem Stand der Technik erfolgen.
Insgesamt ist es günstig, wenn die Positioniereinrichtung in Draufsicht etwa bogenförmig, z.B. etwa U-förmig, ist. Denkbar wäre es auch, wenn in die Vorrichtung das Bleichmittel einbringbar ist. Damit das Bleichmittel an der Schiene verbleibt, ist es günstig, wenn die Schiene im Querschnitt etwa L-förmig ist oder die Schiene im Querschnitt etwa U-förmig ist. Des Weiteren ist eine Spannungsquelle vorgesehen, vorzugsweise eine Batterie oder Akkumulator, zur Speisung der Lichtquelle. Dann könnte die Schiene ohne Anschluss an eine externe Stromversorgung betrieben werden.
Vorgesehen ist auch, dass sich die Lichtquelle automatisch beim Kontakt mit den Zähnen aktiviert. Auch eine automatische Abschaltung ist vorgesehen, sodass sich die Lichtquelle beispielsweise nach einer Minute wieder abschaltet.
Besonders günstig für die Heimanwendung ist es, wenn die Lichtquelle eine Leuchtdiode (LED) ist. Bei der Verwendung einer LED tritt keine Erwärmung am Gebiss auf, LEDs sind sehr kompakt in den Abmessungen und die benötigte Spannung ist sehr gering. Ausserdem können LEDs leicht an die erforderliche Wellenlänge des Photokatatalysators angepasst werden. Günstig ist es, wenn die Vorrichtung für jeden zu bleichenden Zahn eine Lichtquelle, vorzugsweise eine LED aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie dem zu bleichenden Zahn gegenüber liegen.
Es reicht aber durchaus aus, wenn die Vorrichtung jeweils für zwei zu bleichende Zähne jeweils eine Lichtquelle, vorzugsweise LED, aufweist, wobei diese Lichtquellen derart angeordnet sind, dass sie jeweils zwei benachbarten Zähnen im Wesentlichen gegenüber liegen.
Insbesondere bei der Verwendung von Anatas als Photokatalysator ist es günstig, wenn die Lichtquelle Licht einer Wellenlänge im UV-nahen Bereich, vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 380 bis 500 nm, besonders bevorzugt von etwa 470 nm, abgibt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Lichtquelle eine Lichtleistung von unter 50 mW, vorzugsweise von unter 10 mW/cm<2>aufweist.
Weiters ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Positioniereinrichtung im Wesentlichen eine Schiene mit einer den Zähnen zugewandten Seite und einer den Zähnen abgewandten Seite ist, wobei die Schiene zumindest bereichsweise durchlässig für Licht geeignet zur Aktivierung des Photokatalysators ist und wobei auf der den Zähnen abgewandten Seite zumindest bereichsweise die Lichtquelle angeordnet ist.
Weitere Details und Vorteile der Erfindung werden anhand der Figur sowie der Figurenbeschreibung illustriert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 Schematisch die Wirkungsweise des Photokatalysators,
Fig. 2a schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Bleichen von Zähnen im Schrägriss, Fig. 2b die erfindungsgemässe Vorrichtung von Fig. 2a in Draufsicht,
Fig. 2c dieselbe Vorrichtung im Aufriss, Fig. 2d einen Schnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung entlang der Ebene A-
A' von Fig. 2c, Fig. 3a schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen
Vorrichtung im Querschnitt der Draufsicht und Fig. 3b die Draufsicht des Ausführungsbeispiels von Fig. 3a.
Der in Fig. 1 gezeigte Ablauf soll den Reaktionsmechanismus bzw. den zum Bleichen erforderlichen katalytischen Zyklus verdeutlichen. In einem ersten Schritt trifft Licht im UVnahen Bereich auf beispielsweise ein Anatasteilchen.
Aufgrund der Halbleitereigenschaft und der Anregung durch das Licht wird ein Elektron aus dem nichtleitenden Band in das leitende Band angeregt. Es kommt zur Bildung eines Elektrons im Leitband und eines Lochs im nichtleitenden Band. Sowohl das Elektron als auch die Elektronenlücke wandern an die Oberfläche. Dort kann es zu einer Übertragung des Elektrons an Luftsauerstoff kommen und zur Bildung eines Superoxidradikals bzw. nimmt die Elektronenlücke ein Elektron eines Hydroxylions in wässriger Lösung auf. Die Hydroxylionen liegen aufgrund der Autoprotolyse von Wasser bzw. der basischen Komponente in ausreichender Menge vor. In weiterer Folge katalysiert dieses Hydroxylradikal den H2O2-Zerfall. Wenn nun noch eine basische Komponente anwesend ist, wird die linke Seite der Figur, also die Bildung des Hydroxylradikals begünstigt.
Die Reaktion mit dem Superoxidradikal O2<">ist von untergeordneter Bedeutung. Sind die Nanoteilchen zu gross, so kommt es innerhalb der Partikel zu Rekombinationen der Elektronen und Elektronenloch- bzw. -lückenpaare und damit wird die Erzeugung von Radikalen in der Lösung unterbunden. Daher haben auch grössere Partikel, z.B. bei der Verwendung von herkömmlich gekauftem feinpulvrigem Titandioxid, keinen Bleicheffekt. Die Lebensdauer der Radikale in basischer Lösung ist darüber hinaus höher als in saurem Milieu. Daher ist das leichtbasische Milieu weiter bevorzugt. Titandioxidnanopartikel sind Halbleiter mit einer Bandlückenenergie von ca. 3 eV, was einer Anregungswellenlänge von 400 nm entspricht. Herkömmliche Aushärtelampen liegen grossteils im sichtbaren Bereich, d.h. bei über 400 nm. Es gibt aber auch UVA-Anteile.
Bei einer Anregung durch Leuchtdioden sollte die Wellenlänge weiter bei 370 bis 390 nm liegen. Die Leistung herkömmlicher handelsüblicher Leuchtdioden ist, wie Vorversuche gezeigt haben, ausreichend.
Wie bereits beschrieben, können kleine Teilchen bereits den H2O2-Zerfall und die thermische Anregung eines Zerfalls des H2O2bewirken. Dieser Zerfall kann technisch auf einfache Weise nicht gesteuert werden. Abgesehen vom chemischen Angriff auf Zahn- und Zahnschmelz würde bereits vor dem Auftragen des Gels der Zerfall des H2O beginnen und der gewünschte Bleicheffekt würde nicht mehr ausreichend gewährleistet sein. Bei einer erfindungsgemässen Anwendung mit 5%igem H2O2und Anatasnanopartikel wird bei normalen Bedingungen kein Zerfall beobachtet.
Wird hingegen das Gel mit UV-nahem Licht bestrahlt, beginnt der Zerfall nach einigen Sekunden, d.h. der quantitative Zerfall kann gesteuert werden durch die entsprechende Steuerung der Lichtzufuhr bzw. der Lichtleistung und Lichtenergie. Eine Steuerung ist einerseits durch die Optimierung der Wellenlänge und den prozentualen Anteil der Nanopartikel möglich. Typischerweise weisen Nanopartikel der erfindungsgemässen Art (z.B. Anatas) eine spezifische Oberfläche von 70 bis 120 m<2>/g auf. Das Verfahren läuft vollständig ohne Erwärmung und daher treten auch keine thermischen Schädigungen des Zahns oder Zahnfleisches auf.
In Fig. 2a ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung 1 zum Bleichen von Zähnen gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Positioniereinrichtung die Form einer Schiene 2, welche in Draufsicht etwa U-förmig ist.
Erkennbar sind die den Zähnen zugewandte Seite 3 sowie die den Zähnen abgewandte Seite 4. Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 einen Aufnahmebereich 5 für die Lichtquelle sowie eine Spannungsquelle auf. In Fig. 2b ist die bereits unter Fig. 2a gezeigte Vorrichtung noch einmal in Draufsicht erkennbar. Fig. 2c zeigt dieselbe Vorrichtung 1 im Aufriss, wobei hier Öffnungsbereiche 6 erkennbar sind, in die Leuchtdioden, die der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet wurden, einbringbar sind. Eine Spannungsquelle in der Form einer Batterie oder eines Akkumulators, beispielsweise auch eine Knopfzelle, könnten in eine nicht gezeigte Abdeckung der Öffnungsbereiche 6 eingebracht werden. Der in Fig. 2d gezeigte Querschnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 zeigt noch einmal den Öffnungsbereich 6 für die Lichtquelle.
Auch ist der den Zähnen zugewandte Bereich 3 gut erkennbar, insbesondere im Öffnungsbereich 6 muss das Material der Schiene 2 lichtdurchlässig für das zur Aktivierung des Photokatalysators erforderliche Licht bestimmter Wellenlänge sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel mit Lförmigem Querschnitt könnte das Bleichmittel auf die den Zähnen zugewandte Seite 3 der Schiene 2 aufgebracht werden und der Auflagebereich 7 bewirkt, dass die Vorrichtung 1 in Bezug auf die Zähne auf der richtigen Höhe liegen und verhindert ausserdem, dass das Bleichmittel von der Vorrichtung 1 rinnt. Günstig wäre es auch, wenn die Schiene 2 im Querschnitt etwa U-förmig ist, da hier das Bleichmittel mit flüssigerer Konsistenz eingebracht werden kann, ohne dass es von der Schiene 2 rinnt.
Es wäre dann beispielsweise denkbar, kein Verdickungsmittel zuzugeben, sodass die Bildung eines Gels nicht erforderlich ist. Es ist selbstverständlich aber auch möglich, individuell Schienen 2 für jedes Gebiss anzupassen, wobei hier als Vorlage ein so genannter Abformlöffel mit aushärtendem Kunststoff verwendet werden könnte. Die gezeigte Vorrichtung wird bevorzugt so verwendet, dass zuerst mit einem Spatel das Bleichmittel auf die Zähne aufgebracht wird. Anschliessend wird die Vorrichtung in den Mund über die Zähne geschoben und die Lichtquelle aktiviert. Diese schaltet sich nach etwa 30 bis 60 Sekunden wieder aus und die Vorrichtung kann entfernt werden.
Abschliessend sollte das Bleichmittel durch Spülen oder Zähneputzen entfernt werden.
In den Fig. 3a und 3b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemässe Vorrichtung 1 zum Bleichen von Zähnen 13 gezeigt. Dabei zeigt die Fig. 3a einen Querschnitt der Vorrichtung 1 in Draufsicht. Die Vorrichtung 1 weist dabei einen vorderen Bereich auf, der von vorne auf die Zähne 13 geschoben wird. Erkennbar ist das zuvor auf die Zähne aufgebrachte Bleichmittel 12, das beispielsweise als Gel mit erfindungsgemässen Photokatalysator (in der Form als Nanopartikel ein sogenanntes Nanogel), das durch die erfindungsgemässe Vorrichtung mit Licht für den Photokatalysator bestrahlt wird.
In diesem Fall wäre es denkbar, einen Adapter 9 für die Lichtquelle anzubringen, in den die Lichtquelle als Glaslichtleiter 8 zu einer beispielsweise nach Stand der Technik ausgebildeten Kompositlampe geführt wird. Der Verlauf des Lichtes wird durch die Pfeile angedeutet. In der Vorrichtung befindet sich ein Reflektor 10, der beispielsweise aus einer Aluminiumbeschichtung bestehen kann. Dieser Reflektor 10 kann einerseits so angeordnet sein, dass die Lichtstrahlen im Zentralbereich ungehindert durchdringen können. Es ist aber auch denkbar, den Reflektor 10 in den Bereich, wo das Licht durchdringen muss, lichtdurchlässig (zumindest in eine Richtung) zu gestalten.
Im Anschluss treffen die Lichtstrahlen auf eine halbdurchlässige Beschichtung 11, die einen Teil der Lichtstrahlen zurück auf den ersten Reflektor 10 reflektieren, von dem aus das Licht in Richtung Zähne 13 reflektiert wird. Der andere Teil des Lichtes geht durch die halbdurchlässige Beschichtung 11 durch und trifft direkt auf das Bleichmittel 12 in Richtung der Zähne 13. Gezeigt ist des Weiteren ein Distanzhalter 14, der mit der Vorrichtung 1 verbunden ist und dadurch eine ideale Positionierung um die Zähne 13 bewirkt. Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass in der Vonichtung 1 sich zumindest ein Reflektor 10 und ein halbdurchlässiger Reflektor 11 befindet, damit einerseits das vom halbdurchlässigen Reflektor 11 gestreute Licht auf den Reflektor 10 gelangt und von dort gleichmässig auf das Bleichmittel 12 gestreut wird.
Andererseits trifft ein Teil des Lichtes direkt auf das dahinter liegende Bleichmittel 12. Somit wird der gesamte zu bleichende Bereich erfasst. Durch den Distanzhalter 12 wird die Krümmung der verschiedenen Zahnanordnungen berücksichtigt, d.h. die Anpassung kann vom Zahnarzt individuell durch diesen einzigen Distanzhalter 12 berücksichtigt werden. Es ist daher nicht notwendig, eine flexible Vorrichtung 1 zu konstruieren, die individuell in seiner Gesamtheit an das Gebiss angepasst wird. Aus Übersichtlichkeitsgründen wurde im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Vorrichtung 1 so gezeigt, dass nur drei Zähne 13 pro Seite und Kiefer erfasst werden.
Erfindungsgemäss ist jedoch vorgesehen, die Vorrichtung 1 derart auszubilden, dass wenigstens vier Zähne 13 pro Seite und Kiefer erfassbar sind.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Vorrichtungen sind selbstverständlich nicht auf die in den Darstellungen gezeigten Formen beschränkt. Es wäre durchaus denkbar, diese Vorrichtungen auch so zu konstruieren, dass sowohl die oben als auch die unten liegenden Zähne 13 im Kiefer erfasst werden. Insbesondere beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3a und 3b wäre es dann denkbar, mit nur einer einzigen Lichtquelle alle zu bleichenden Zähne 13 zu erfassen.
Innsbruck, am 23. September 20[Theta]5
Für die Anmeldt: Die Vertreter?
Patentanwälte DiDW EndeSbert HofingerjuINJ<=rgQler Dip rtg- Stephan Hofingaf
The invention relates to a bleaching agent for teeth and a method and an apparatus for bleaching teeth using the aforementioned bleaching agent.
Because of different dietary habits (e.g., tea or coffee consumption), tobacco consumption, or, in part, as a result of disease, surgery, dental inflammation or root tip resection, discolouration of teeth may occur. Such discolorations, which usually occur on the enamel and the dentin, are disturbing for the person concerned, which is why in recent years, numerous methods for bleaching or whitening of teeth have been established in which acts on the tooth surface, a bleaching agent, in particular by redox reactions with the substances causing the discoloration brightens the tooth again.
Frequently, such processes employ substances which release radicals or, for example, atomic oxygen, such as e.g. Peroxides. According to the known state of the art, a distinction is currently made between so-called home bleaching (home application method) and so-called in-office bleaching (performed in the doctor's office). The home-bleaching process uses weak or stronger peroxide compounds, in which the reactive oxygen or radicals are chemically driven off. Due to the chemical process, which takes place without the action of light, the enamel surface is relatively strongly attacked due to the long bleaching time of up to several hours. Such processes are also referred to as chemical bleaching.
When so-called dental in-office whitening, which is performed only by dentists or dentists, the expulsion of active oxygen or radicals from the actual bleaching agent (usually strong peroxide compounds) takes place by chemical or chemical and photothermal path through the use of lamps , Since normal per-office bleaching procedures use strong peroxide compounds, the bleaching time can be shortened. Nevertheless, one can observe that the tooth enamel is attacked by the chemicals. Additional thermal support by lamps is called photothermal bleaching. Additional heating of the bleaching agent, which is often applied as a gel, rapidly degrades the strong peroxide compounds, which further shortens the duration of the bleaching process.
Although the shortened bleaching time is basically positive for the enamel, one can still occasionally observe damage to the tooth enamel. In this case lamp systems are mostly used with high radiation power: z. Halogen lamps with 380 to 500 nm after filtering with an intensity of 400 to 1000 mW / cm <2> or plasma arc lamps
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(Argon, xenon) with wavelengths from 430 to 505 nm after filtering and an intensity of 1600 to 2000 mW / cm 2. In so-called laser bleaching processes, which are also classified in the category of photothermal bleaching processes, lasers are used with output powers of about 1W, which in comparison to a conventional 75Wbulne causes a factor of 100 higher Einstrahlintensität.
For this reason, the treatment times in laser bleaching process are about 30 to 60 sec. And a subsequent exposure time of a few minutes. In comparison to conventional chemical processes, damage to enamel is significantly reduced in photothermal processes. The disadvantage, however, is that the cost of a laser are very high. In addition, the bleaching material must be precisely tuned to the laser, e.g. the absorption coefficient of the bleaching agent in conjunction with the peroxidic component, so that there is no thermal overload of the tooth, in particular the pulp.
Object of the present invention is therefore to provide a bleaching material of the type mentioned, in which the disadvantages of the prior art are avoided.
In particular, the damage to the enamel and the gums should be reduced.
According to the invention this is achieved by a generic bleaching agent for teeth, which is characterized by at least one photocatalyst. It is preferably provided that the bleaching agent has a photocatalyst.
It has proven particularly favorable if the photocatalyst is designed as a nanoparticle. Nanoparticles have the advantage that they have a large surface area and thus have favorable catalytic properties. In addition, they are available in large quantities and because of their small size they have no negative mechanical properties for the tooth.
By nanoparticles is meant particles with a diameter of about 1 nm to several hundred nm.
It is preferably provided that the photocatalyst is a semiconductor, in which case it has turned out to be advantageous if the nanoparticles or semiconductors from the group ZnO 2, Si, [alpha] -Sn or TiO 2 come. In a preferred embodiment, it is provided that the nanoparticles are anatase. Anatase is titanium dioxide with a cubic body-centered lattice, which has particularly favorable properties for the production of active oxygen.
Furthermore, it is envisaged that the nanoparticles have a diameter of not more than 100 nm.
Due to the tooth structure, nanoparticles with a diameter of about 100 nm have proven to be particularly accessible and have proven to be ideal photocatalysts for releasing active oxygen or reactive radicals.
It is further provided that the radical generator is hydrogen peroxide, it being favorable if the hydrogen peroxide is present in the bleach in the form of an aqueous solution in a concentration of 1 to 10%, preferably of about 5%.
Although the bleaching agent has hitherto already excellent properties, it is still favorable if, in addition, a thickening agent is present, it being especially provided that the thickening agent is an acrylate. The presence of a thickening agent makes it possible to form the bleaching agent as a gel which is applied to the tooth.
Conveniently, the, for example, peroxidic substance can settle in the matrix of the gel and be ideally released there due to the photocatalytic reaction.
Due to the strong oxidative reaction of hydrogen peroxide, it has proved to be advantageous if an alkaline component or a buffer substance to increase the pH value is present, it is recommended that the alkaline component or buffer substance Na2CO3ist, since sodium carbonate is on the one hand only slightly alkaline and excellent Buffer properties and is also tasteless.
Peroxides have a strong tendency to decompose with great heat generation: e.g. 2H2O2-> 2H2O + O2 + 196.2 kJ. At room temperature, however, the decay rate is extremely low. One speaks of a practical resistance or a metastable state.
When heated to higher temperatures, the peroxide decomposes rapidly, possibly explosively. The large decay inhibition of H2O2 is based on the fact that the first step of thermolysis consists in an energy-consuming molecular cleavage into 2HO radicals (HOOH + 211 kJ -> 2HO). These then continue to react with hydrogen peroxide (HO + H2O2-> H2O + HO2, HO2 + H2O2-> H2O + O2 + HO) to initiate a radical chain reaction. By suitable catalysts can be the
Strong increase of decomposition rate of hydrogen peroxide, so possibly at room temperature stormy evolution of oxygen and in highly concentrated solutions due to the strong due to the H2O2 thermolysis temperature increases even explosive decay can occur.
The characteristic property of H2O2 is in particular its oxidizing effect: H2O2-> H2O + O or H2O2 + 2H <+> + 2e <"> -> 2H2O The normal potentials for H2O2 in acid solution are + 1.76 volts, in alkaline solution + 0 Therefore, it is favorable that the bleaching material is in the alkaline range during the application and thus causes only a slight chemical attack, and in addition the H2O2 in the gel is strongly diluted (about 5%), which also leads to a chemical attack very long treatment duration (over 1 hour) can be ruled out according to previous studies.
Less pronounced is the reducing effect of H2O2: H2O2-> 2H + O2bzw. H2O2-> 2H <+> + O2 + 2e <"> The normal potentials for H2O2 in acid solution are +0.68 volts and in alkaline solution -0.07 volts.
The reducing effect thus occurs only against pronounced oxidizing agents. The whitening of teeth is primarily due to the atomic oxygen produced by the decay of H2O2. The normal potentials for atomic oxygen in acidic solutions are 2.42 volts, in basic solutions 1.59 volts. When working in the basic range, a bleaching agent according to the invention has a low value of the normal potential for H2O2 and a high value of the normal potential for oxygen. Thus, a low proportion of the chemical attack of the tooth substance is to be expected, however, a high oxidation rate for the destruction of the arrival or
Storage of the tooth given.
It is further provided that the nanoparticles based on the anhydrous bleach in a concentration (mass / mass) of about 1 to 90%, preferably in a concentration of 60 to 80%. More preferably, the mass fraction is about 75%. It has been found that at such high concentrations of nanoparticles, the oxygen delivery can be faster and thus the duration of treatment can be shortened.
When using a thickener, it is provided that the thickener is present in a concentration (anhydrous) of 10 to 20%, preferably about 17%.
This is a cheap amount to make an ideal gel.
It is further provided that the alkaline component is present in a concentration (anhydrous) of less than 10%.
The invention also relates to a method for bleaching teeth using a bleaching agent mentioned above. For the method according to the invention, it is provided that the bleaching agent is irradiated with a light source for activating the photocatalytic reaction. In particular, when using a semiconductor, it is provided that light having a wavelength corresponding to the band gap of the semiconductor is used.
For example, it can be provided that an argon laser, a KTP laser, a diode laser or a Nd-Yag laser or a CO2 laser is used as the light source.
In a preferred embodiment, it is provided that anatase particles are irradiated with light of a wavelength in the UV-near range, preferably at a wavelength of 380 to 500 nm, particularly preferably at a wavelength of approximately 470 nm. Thermal damage to the pulp can then not occur because the power of the required light sources is in the milliwatt to watt range. The gel used for the catalytic bleaching is not changed by such irradiation. The present in bleach nanoparticles with semiconductor properties act as catalysts that serve to generate active oxygen when irradiated.
The wavelength of the radiation must be determined from the energy gap of the semiconductor and depends on how much energy has to be expended to excite an electron from the non-conductive band of the semiconductor into the conductive band of the semiconductor. The energy used must be higher than this bandgap energy. When using anatase nanoparticles, it has e.g. pointed out that the cheapest wavelength is 380 to 500 nm, which can be produced with light emitting diodes (LED) on the market. The performance of these LEDs are in the milliwatt range and are sufficient to produce the required for the bleaching active oxygen. In the investigations carried out, in addition to LEDs with different wavelengths between 320 and 500 nm, a conventional curing lamp for so-called composites was used.
The bleaching results are comparable, i. it is also possible to use conventional curing lamps for the process according to the invention. In addition, the following semiconductors or their nanoparticles lend themselves to the use of the method according to the invention: zinc oxide (band gap 3.2 eV) with an excitation wavelength of about 387 nm. Silicon (band gap energy 1.1 eV) corresponding to an excitation wavelength of 1127 nm.
6 [alpha] tin (with a band gap energy of about 0.08 eV) corresponding to an excitation wavelength of about 15 μm.
In bleaching, the laser radiation used must be energetically higher than the bandgap energy of the nanoparticles, i. the gel is excited at a lower wavelength than the bandgap energy. For example, conventional lasers could be used for the above nanoparticles.
There are e.g. Argon laser (488 to 514 nm), KTP laser (532 nm), diode laser (805 nm) and Nd-Yag laser (1064 nm). With a CO2 laser (10600 nm), an [alpha] tin nanoparticle could be excited.
Example:
A bleaching material of the following composition was used: solids
1. Hy Sorb C3746-SK from BASF with 2 parts by weight
2. Anatase nanoparticles: ANX type 100 (Kemira) with 9 parts by weight
3. Sodium carbonate PA anhydrous from Merck with 1 part by weight.
These three substances were briefly triturated in an agate dish and kept dry, as Hy Sorb is hygroscopic. An approximately 5% hydrogen peroxide solution was added. This was processed and, depending on the desired consistency, powder was mixed with hydrogen peroxide solution and allowed to stand for about 5 minutes. Thereafter, the pH adjusted to about 8.5 to 9.
The resulting gel bleach solution was applied to the well-cleaned tooth with a spatula at a diameter of about 1 mm. In near-UV light, e.g. using a composite curing lamp in almost every practice, was irradiated for about 3 x 1 minute and then allowed to act for 10 to 15 minutes. The process is initiated by irradiation and continues for some time. Due to the endurance tests, no damage to the enamel can be observed. The mixed gel is almost tasteless and causes no burning on the tongue or on the gums. During and after treatment no sensitization or pain is observed on and in the teeth. The ingredients of the powder are also not harmful to health. After the bleaching process, the residual gel was easily removed and rinsed with water.
In further experiments LEDs were used with wavelengths between 300 and 500 nm, whereby particularly good results were achieved with LEDs with wavelength of 470 nm.
Another aspect of the invention relates to a device for bleaching teeth with a bleaching agent of the aforementioned type. The example described above describes a
7 typical in-office use of bleach. However, it would also be conceivable using a specific device to apply the aforementioned bleaching agent or else the aforementioned method in a so-called home bleaching method.
Such a device would be characterized by a positioning device and at least one light source, wherein the positioning device is arranged such that the tooth to be bleached / the teeth to be bleached are substantially uniformly irradiated by the light source. Ideally, the shape of the positioning device is adapted to the position of the teeth in the jaw. First, the inventive bleaching agent is applied to the teeth, then the device can be pushed into the mouth over the teeth. On the outside of the device, in a preferred example, the light source is activated, which activates the photocatalytic reaction. The device or the positioning device must therefore be transparent in this area for the light of the wavelength which initiates the photocatalytic reaction.
It has proven favorable, when the rail is made of plastic.
Although the rail must pass only the light needed to activate the photocatalyst, it is also favorable for cosmetic reasons, if the plastic is at least partially transparent. For example, it could be provided that the plastic comes from the group acrylonitrile butadiene styrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate and blends or copolymers thereof, whereby other plastics with similar properties can be used. This device could be made, for example, by extrusion or thermoforming.
It would be conceivable to individually adapt the positioning device for each dentition. Since this is associated with relatively great effort, it is also conceivable to offer rails in different shapes and sizes.
With appropriate flexibility of the material, it would not be necessary to adapt the rail to the respective dentition. An individual adaptation could be made by hardening material according to known prior art.
Overall, it is advantageous if the positioning device in plan view approximately arcuate, e.g. about U-shaped, is. It would also be conceivable if the bleaching agent can be introduced into the device. So that the bleaching agent remains on the rail, it is favorable if the rail is approximately L-shaped in cross section or the rail is approximately U-shaped in cross section. Furthermore, a voltage source is provided, preferably a battery or accumulator, for feeding the light source. Then the rail could be operated without connection to an external power supply.
It is also envisaged that the light source automatically activates upon contact with the teeth. An automatic shutdown is also provided, so that the light source switches off again, for example after one minute.
It is particularly favorable for home use when the light source is a light-emitting diode (LED). When using an LED, there is no heating on the denture, LEDs are very compact in size and the required voltage is very low. In addition, LEDs can be easily adapted to the required wavelength of the photocatalyst. It is favorable if the device has for each tooth to be bleached a light source, preferably an LED, which are arranged in such a way that they face the tooth to be bleached.
However, it is quite sufficient if the device in each case has a light source, preferably LED, for two teeth to be bleached, wherein these light sources are arranged in such a way that they respectively lie opposite two adjacent teeth.
In particular, when using anatase as the photocatalyst, it is advantageous if the light source emits light of a wavelength in the UV-near range, preferably with a wavelength of 380 to 500 nm, particularly preferably of about 470 nm.
It is preferably provided that the light source has a light output of less than 50 mW, preferably less than 10 mW / cm 2.
It is further provided in one embodiment that the positioning device is essentially a rail with a side facing the teeth and a side facing away from the teeth, wherein the rail is at least partially permeable to light suitable for activation of the photocatalyst and wherein on the side facing away from the teeth at least partially, the light source is arranged.
Further details and advantages of the invention will be illustrated with reference to the figure and the description of the figures.
Showing:
Fig. 1 Schematically the operation of the photocatalyst,
2a shows schematically an apparatus according to the invention for bleaching teeth in an oblique view, FIG. 2b shows the apparatus according to the invention from FIG. 2a in plan view,
2c the same device in elevation, FIG. 2d a section through the device according to the invention along the plane A-
A 'of Fig. 2c, Fig. 3a shows schematically a further embodiment of an inventive
Device in cross section of the plan view and Fig. 3b shows the top view of the embodiment of Fig. 3a.
The process shown in Fig. 1 is intended to illustrate the reaction mechanism and the catalytic cycle required for bleaching. In a first step, light in the UV region strikes, for example, an anatase particle.
Due to the semiconductor property and the excitation by the light, an electron is excited from the non-conducting band into the conducting band. The formation of an electron in the conduction band and a hole in the nonconducting band occurs. Both the electron and the electron gap migrate to the surface. There may be a transfer of the electron to atmospheric oxygen and the formation of a Superoxidradikals or the electron gap accepts an electron of a hydroxyl ion in aqueous solution. The hydroxyl ions are present in sufficient amount due to the autoprotolysis of water or the basic component. Subsequently, this hydroxyl radical catalyzes the H2O2 decay. Now, if a basic component is present, the left side of the figure, so the formation of the hydroxyl radical is favored.
The reaction with the superoxide radical O2 <"> is of subordinate importance: if the nanoparticles are too large, recombination of the electrons and electron-hole or gap pairs occurs within the particles and thus the generation of radicals in the solution is prevented In addition, larger particles have no bleaching effect when using conventionally purchased finely powdered titanium dioxide The lifetime of the radicals in basic solution is also higher than in an acidic medium Therefore, the slightly basic environment is more preferred Titanium dioxide nanoparticles are semiconductors with a bandgap energy of approx 3 eV, which corresponds to an excitation wavelength of 400 nm Conventional curing lamps are largely in the visible range, ie at over 400 nm. However, there are also UVA components.
When excited by light emitting diodes, the wavelength should be further at 370 to 390 nm. The performance of conventional commercially available light-emitting diodes, as preliminary experiments have shown sufficient.
As already described, small particles can already cause H2O2 decay and thermal excitation of H2O2 decomposition. This decay can not be technically easily controlled. Apart from the chemical attack on tooth and enamel, the decay of the H2O would begin even before the application of the gel and the desired bleaching effect would no longer be sufficiently ensured. In an application according to the invention with 5% H2O2 and anatase nanoparticles no decay is observed under normal conditions.
On the other hand, if the gel is irradiated with UV-near light, the decay begins after a few seconds, i. The quantitative decay can be controlled by the appropriate control of the light supply or the light output and light energy. On the one hand, control is possible by optimizing the wavelength and the percentage of nanoparticles. Typically, nanoparticles of the type according to the invention (for example anatase) have a specific surface area of 70 to 120 m 2 / g. The process runs completely without heating and therefore there are no thermal damage to the tooth or gums.
FIG. 2 a shows a device 1 according to the invention for bleaching teeth. In this embodiment, the positioning device has the shape of a rail 2, which is approximately U-shaped in plan view.
Visible are the side facing the teeth 3 and the side facing away from the teeth 4. Furthermore, the device 1, a receiving area 5 for the light source and a voltage source. In Fig. 2b, the device already shown in Fig. 2a is again visible in plan view. FIG. 2c shows the same device 1 in elevation, whereby here opening regions 6 can be seen, into which light-emitting diodes, which were not shown for the sake of clarity, can be introduced. A voltage source in the form of a battery or a rechargeable battery, for example also a button cell, could be introduced into a cover (not shown) of the opening regions 6. The cross section through the device 1 according to the invention shown in FIG. 2d once again shows the opening region 6 for the light source.
Also, the area facing the teeth 3 is clearly visible, especially in the opening area 6, the material of the rail 2 must be transparent to the light required for the activation of the photocatalyst light of certain wavelength. In the embodiment shown with L-shaped cross-section, the bleaching agent could be applied to the tooth-facing side 3 of the rail 2 and the support area 7 causes the device 1 to be at the correct height with respect to the teeth and also prevents the bleaching agent from coming off Device 1 runs. It would also be favorable if the rail 2 is approximately U-shaped in cross section, since here the bleaching agent with a more fluid consistency can be introduced without it running from the rail 2.
It would then be conceivable, for example, not to add a thickener, so that the formation of a gel is not required. Of course, it is also possible to individually adjust rails 2 for each denture, which could be used as a template, a so-called impression tray with thermosetting plastic. The device shown is preferably used so that the bleaching agent is first applied to the teeth with a spatula. Subsequently, the device is pushed into the mouth over the teeth and activated the light source. This turns off after about 30 to 60 seconds and the device can be removed.
Finally, the bleach should be removed by rinsing or brushing.
FIGS. 3a and 3b show a further exemplary embodiment of a device 1 for bleaching teeth 13 according to the invention. In this case, Fig. 3a shows a cross section of the device 1 in plan view. The device 1 in this case has a front region, which is pushed onto the teeth 13 from the front. Visible is the previously applied to the teeth bleaching agent 12, for example, as a gel with inventive photocatalyst (in the form of nanoparticles, a so-called nanogel), which is irradiated by the inventive device with light for the photocatalyst.
In this case, it would be conceivable to provide an adapter 9 for the light source, in which the light source is guided as a glass light guide 8 to a formed for example in the prior art composite lamp. The course of the light is indicated by the arrows. In the device is a reflector 10, which may for example consist of an aluminum coating. On the one hand, this reflector 10 can be arranged such that the light rays can penetrate unhindered in the central region. However, it is also conceivable to make the reflector 10 translucent (at least in one direction) into the area where the light has to penetrate.
Subsequently, the light beams strike a semitransparent coating 11, which reflects a part of the light rays back onto the first reflector 10, from which the light is reflected in the direction of the teeth 13. The other part of the light passes through the semi-permeable coating 11 and strikes directly on the bleaching agent 12 in the direction of the teeth 13. Also shown is a spacer 14, which is connected to the device 1 and thereby causes an ideal positioning around the teeth 13 , In summary, it can therefore be said that at least one reflector 10 and one semitransparent reflector 11 are located in the direction 1, so that on the one hand the light scattered by the half-transparent reflector 11 reaches the reflector 10 and from there is uniformly scattered onto the bleaching agent 12.
On the other hand, a part of the light strikes directly on the bleaching agent 12 lying behind. Thus, the entire area to be bleached is detected. The spacer 12 takes into account the curvature of the various tooth arrangements, i. the adjustment can be considered by the dentist individually by this single spacer 12. It is therefore not necessary to construct a flexible device 1 which is individually adapted in its entirety to the denture. For reasons of clarity, the device 1 has been shown in the present embodiment, that only three teeth 13 per side and jaw are detected.
According to the invention, however, it is provided to design the device 1 such that at least four teeth 13 per side and jaw can be detected.
Of course, the devices shown in the embodiments are not limited to the shapes shown in the drawings. It would also be conceivable to construct these devices so that both the upper and the lower teeth 13 are captured in the jaw. In particular, in the embodiment according to FIGS. 3 a and 3 b, it would then be conceivable to detect all teeth 13 to be bleached with only a single light source.
Innsbruck, 23rd September 20 [Theta] 5
For the registration: The representatives?
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