CN101193605B - 传感器响应电动牙刷及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传感器响应电动牙刷。所述牙刷可根据由结合到牙刷中的一个或多个传感器接收到的信息或由使用者选定的信息来调节其输出或运行。该信息典型地涉及口腔内外的某些病症或特定物质或药剂的存在。该传感器响应牙刷也包括一个或多个响应输出组件。所述组件响应传感到的信息提供响应输出。

Description

传感器响应电动牙刷及使用方法
发明领域
本发明涉及传感器响应牙刷。所述牙刷利用用于检测口腔中的某些病症或某些药剂的存在的一个或多个传感器，并且所述牙刷可提供一个或多个响应输出。本发明也涉及可提供一个或多个使用者可选择的响应输出的响应牙刷。
发明概述
在第一方面，本发明提供一种用于提供口腔护理有益效果的方法。所述方法包括用包括传感器的牙刷刷牙。该方法也包括用传感器检测传感器输入，并且该方法还包括响应传感器输入从牙刷启动输出。
在另一个方面，本发明提供了一种传感器响应电动牙刷。所述牙刷包括柄部、头部和在柄部与头部之间延伸的颈杆。柄部包括中空内部区域。头部上设置有刷毛并且牙刷限定纵向轴线。牙刷附加包括传感器滤光器，并且牙刷还包括设置在头部上的一个或多个活动刷毛载体。载体上设置有一簇刷毛。牙刷也包括设置在中空区域中的马达，所述马达通过传动轴可操作地连接到刷毛载体上。
在另一个方面，本发明提供包括主体的传感器响应牙刷。所述牙刷具有包括柄部的主体、头部和设置在头部上的多根刷毛。牙刷也包括设置在主体上的至少一个传感器。牙刷还包括与传感器相关联的至少一个输出组件。该输出适于响应至少一个传感器提供下列输出中的至少一个：(i)机械输出；(ii)基于光的输出；(iii)基于化学的输出；以及(iv)它们的组合。
附图概述
本发明在某些部件和部件的排列上可以采用其自然形式，其实施方案将在本说明书中详述，并且在构成本文一部分的附图中图示说明，其中：
图1为如本发明所述的电动牙刷的一个实施方案的透视图。
图2为图1的电动牙刷的顶部平面视图。
图3为图1的电动牙刷的横截面侧正视图。
图4为如本发明所述的电动牙刷的一个实施方案的头部和颈杆的横截面侧视图。
图5为本发明另一个实施方案的头部和颈杆的部分前正视图。
图6为本发明另一个实施方案的头部和颈杆的部分前正视图。
图7为本发明另一个实施方案的头部和颈杆的部分前正视图。
图8为本发明另一个实施方案的头部和颈杆的部分前正视图。
图9为本发明另一个实施方案的头部和颈杆的部分前正视图。
图10为本发明另一个实施方案的头部和颈杆的部分前正视图。
图11为本发明的电动牙刷的另一个实施方案的透视图，其中牙刷包括可与柄部分离的头部和颈杆。
图12为适用于本发明的电路构成示意图。
图13为适用于本发明的发光元件的各种颜色的光谱分布图。
图14为适用于本发明的发白光的发光元件的光谱分布图。
图15为图示说明适用于本发明的光辐射图案的图。
图16为图示说明介于发光二极管和待接触光的表面之间的空隙的几何形状的示意图。
图17为图示说明用于测量特定立体角内的平均光强的测试方法的示意图。
图18为图示说明用于测量传感器响应发光电动牙刷对牙齿表面处温度的影响的测试方法的示意图。
图19为发光二极管的剖面图。
图20至23为具有多于一个发光器和单个光输出的发光二极管的横截面图。
图24为描绘传感器响应牙刷运行的代表性过程的流程图。
图25和图26为局部铡正视图，其说明将可置换头部和颈杆安装到传感器响应发光电动牙刷的柄部或主体部分上。
图27为传感器响应牙刷的一个实施方案的电气原理图。
图28为传感器响应牙刷的另一个实施方案的电气原理图。
实施方案详细说明
概括地讲，本发明涉及传感器响应牙刷。这种牙刷包括一个或多个传感器用以检测口腔中的特定病症或某些药剂的存在。这种牙刷还包括基于从传感器获得的信息而产生输出或输出组合以处理检测到的病症或药剂的一个或多个组件、组合件或系统。
在描述本发明的各种实施方案之前，描述本文所用的各种术语具有指导意义。术语“牙刷输出”或“响应输出”用来指牙刷响应由牙刷检测到的一个或多个标志、病症、刺激或药剂或者响应由使用者或牙刷的制造商指定的可编程或可手动选择的响应输出而启动的动作。此类响应输出的例子包括机械输出、能量类输出(例如，光能、热能或声能)、基于化学的输出、或这些输出的任何组合。响应输出可为牙刷的响应输出的启动或已存在的输出的变化。机械输出的非限制性例子包括但不限于刷毛或刷毛载体的运动或运动的变化、组合物的分配、牙刷或其组件的振动的产生、或它们的组合。活动刷毛载体的运动的变化的例子是指例如刷毛载体改变旋转方向，并且可改变运动类型(即摇摆、往复、摆动、旋转)、增加或减小速度。机械输出的另一个例子为以指定频率或运动方式移动或操作牙刷上的活动刷毛或刷毛载体。能量类响应输出的变化的一个例子可为光输出强度的增加。化学输出的一个例子为一个或多个物质、组合物或药剂从牙刷释放或给药。这些输出的组合的一个例子为光的发射和洁齿剂组合物从牙刷释放。这些类型输出的每个在本文中均有更详细的描述。“响应输出元件”为提供响应输出的组合件或结构。例如，发射具有适于杀灭细菌的波长的光的光源可认为是响应输出元件。
用于本发明的牙刷中的一个或多个传感器包括一个或多个传感器输入元件，并且可任选地包括与其相关联的一个或多个传感器输出元件。术语“传感器”是指典型地见于口腔内的用于检测某个病症、标志或刺激的装置、组件或组合件，当然检测也可发生在口腔之外。检测可在刷牙过程期间或在牙刷刚启动时发生。牙刷的启动可包括例如接通牙刷的电源以启动刷毛载体的运动、从充电座移除牙刷、或准备使用牙刷的其它步骤(例如，按压向牙刷提供其即将被使用的信号的按钮)。被检测的情况也可包括使用者刷牙习惯的性质(例如，使用者刷牙多长时间和何时刷牙)或使用日期/时间，其中响应输出已由使用者选定以便其在特定的使用时间/日期发生。通常本发明所使用的传感器提供某个信号，所述信号提供关于检测到的病症、标志或刺激的信息。本发明的传感器可用电力驱动，因而可与电源例如一个或多个一次性或可充电电池电气连通。
“传感器输入元件”或“传感器输入组件”是指牙刷上的某个元件。所述元件检测或传感某个病症、标志、刺激，例如口腔内存在的某种物质、材料或药剂的存在和/或检测使用者的刷牙习惯，例如使用者刷牙的频度、何时刷牙以及刷牙多长时间。如下文所述，传感器输入元件可与传感器输出元件协同运行以检测或传感口腔内的某个病症、标志或刺激。然而，传感器输入元件也可在传感器输出元件不存在的情况下从口腔检测信息。例如，传感器输入元件可在传感器输出元件不存在的情况下检测口腔中的组织或牙齿表面颜色或化学物质。传感器输入元件和传感器输出元件有时在本文中统称为“传感器”。传感器输入元件的例子包括光传感器(用于检测细菌或龋齿)、可检测某些化合物或药剂存在的恶臭传感器、电流或电压传感器(用于检测刷牙习惯)、以及时钟(其中传感器输入为使用日期和/或时间)。尽管在大多数情况下传感器输入元件可设置在牙刷头部上，但也设想到传感器输入元件设置在其它位置，例如根据传感器的尺寸而将其设置在柄部。例如，恶臭传感器由于其尺寸的原因可设置在柄部中。“传感器输出元件”或“传感器输出组件”是指牙刷上的某个元件。所述元件可向口腔中提供输出(例如，光、热、化学物质等)。所述输出可与病症、标志或刺激相互作用以使后者可被传感器输入元件检测到。例如，655纳米至740纳米波长、1mW强度的光可用来以可被传感器输入元件检测到的方式使龋齿发荧光。用于此目的的发光光源可被认为是传感器输出元件。可供选择地，化学物质和光发射的组合可用来以可被传感器输入元件检测到的方式使细菌发荧光。也设想传感器输出元件可提供双重功能，例如起传感器输出元件的作用并且提供响应输出。例如，光源可与传感器输入元件联合使用以检测细菌，并且随后光源可响应传感器输入元件对细菌的检测而提供响应输出(例如，改变功率输出以杀灭细菌)。传感器也可向使用者提供多种其它信息，例如，在下列情况下传感并向使用者报警：当处理过程完成时、当牙刷正确地定位时、当牙刷与组织接触时和/或如果处理区中的温度上升超过预定水平时。传感器也可与控制器一起使用以提供处理过程的自动反馈控制。在一个实施方案中，控制器与诊断传感器连接以基于源自传感器的信号而控制光源或热源。在另一个任选的实施方案中，控制器可与传感器组合以仅当牙刷与组织接触时才发射光或热。传感器可简单地包括传感器输入元件。所述元件检测使用者何时刷牙、刷牙的频率和/或刷牙多长时间，并且基于使用者的刷牙习惯而启动响应输出。例如，对于刷牙不太频繁的使用者，响应输出可为刷毛载体运动的变化或基于光的响应输出的自动应用从而更高效地杀灭细菌。
传感器输入元件和传感器输出元件可设置在牙刷的任何位置，如头部、柄部等。响应输出组件或元件可设置在牙刷上的允许进入口腔的任何位置。光导纤维可用来将光的某些性质传送到口腔的不同区域中。
可适于用作检测细菌或龋齿的传感器输入元件并且将检测到的光转换为变化的电压信号的市售光传感器的一个例子为光转电压传感器，其可以名称编号TSL12S购自TAOS，Inc.，Plano，Texas。传感器滤光器也可与此光传感器协同使用以有利于检测。市售传感器滤光器为可与光传感器协同使用的长波长通过滤光器。长波长通过滤光器可以名称Filtron E780购自Gentex Corporation，Carbondale，PA。
如本文所述，各种优选的实施方案的牙刷响应对口腔内的特定病症或标志、病症、刺激、物质、材料或药剂的存在的检测而提供一个或多个响应输出(包括牙刷的一个或多个已有输出的调节)。响应输出可处理、治疗或部分地治疗检测到的病症或药剂的存在。然而本发明的牙刷并不限于此。也就是讲，本发明包括这样的实施方案：其中牙刷的响应输出不立即处理或治疗检测到的病症或药剂的存在。例如，响应输出可显示具有延迟效应或仅具有部分效应。响应输出也可形成长期处理方案。所述方案可取决于刷牙频率而在数星期或数月的时期内发生。处理方案可由使用者根据由传感器输入元件对标志、病症或刺激的检测而选择，或可由控制器(例如，包含时钟的可编程处理器)启动和跟踪。所述处理器可跟踪使用者何时刷牙和/或刷牙多长时间并且提供适合于使用者的刷牙习惯的响应输出处理方案。而且，响应输出可运行以处理检测到的病症或药剂中的次级因素。而且，输出可被指定为处理方案的一部分而用于与直接造成检测到的病症或药剂的原因完全不同的疾病。
本发明的另一个方面包括这种牙刷的实施方案：所述牙刷在调节它们的运行之前等待使用者的选择或输入。也就是讲，设想了一种半自动运行模式，其中牙刷的响应输出(完全或至少部分地)依赖于源自使用者的参数或参数选择。此类参数的例子包括但不限于：(i)执行输出的时间范围或持续时间；(ii)执行输出的方式；(iii)在可能有多个输出时选择这些输出的一个或多个；以及(iv)这些情况的组合。
本发明的牙刷包括很多种变异的实施方案。例如，牙刷输出可具有受限的待续时间。或者对于基于光的输出牙刷，口腔组织可仅接触特定波长的光(即红光)，而接触时间小于某个指定时长例如一分钟(例如，用于杀灭细菌)。
牙刷可用来检测和处理龋齿、蛀洞、口腔恶臭、牙齿增白、口腔中的细菌、牙垢、牙斑、以及这些的组合。牙刷可为上午/下午牙刷(其为可编程的)。所述牙刷可取决于由使用者选择的或由制造商编程的时刻而感应或进行某些处理。使用者可通过界面编程牙刷。所述界面可包括例如定位在柄部上的显示装置和一个或多个输入按钮。或者如果电动牙刷是可充电的，通过定位在充电座上的界面来编程。所述充电座接纳电动牙刷而对其充电。例如，牙刷可被配置成能在早晨提供用于恶臭或牙斑/牙垢的响应输出，并且在晚上提供用于增白牙齿或处理龋齿的响应输出。这些响应输出可基于传感器输入元件对标志、病症或刺激的检测而自动地提供，或者基于使用者通过界面的输入而可选择地提供。例如，使用者可选择哪个病症在早晨处理、哪个病症在晚上处理。牙刷可利用定日期和时间的时钟以跟踪时间和/或日期，然后取决于时刻和/或日期来启动某些传感器和/或响应输出。例如，对于选择在早晨进行恶臭处理的使用者，传感器输入元件可在早晨启动以检测恶臭，或用于恶臭的响应输出可在早晨自动提供。可用定时器来设定自动处理方案的长度，或可由使用者通过界面来选定处理方案的长度。时钟和/或定时器可连接到控制板(例如，电路板、可编程控制器、微处理器等)或形成其一部分。所述控制板随后取决于时刻和/或日期而启动所需传感器和/或响应输出。
牙刷可任选地包括可移除头部。所述头部在各种可互换头部上使用某些传感器和输出发射器。例如，这种牙刷可包括牙齿增白头部和它的关联传感器以及响应输出元件和单独的抗菌头部。控制器可编程以检测哪个头部连接到牙刷柄部并且相应地调节牙刷的操作。例如，控制器可改变刷毛载体的运动，或可使用与连接到牙刷的特定传感器相关联的算法来处理源自传感器的电信号。
传感器响应牙刷也可包括一个或多个报警器或信号装置(例如，扬声器或光源)以指示(例如)：(i)某个特定处理方案或过程的开始、进展或完成；(ii)感应或检测口腔中的某些标志、病症、刺激、某些化学物质的存在(或不存在)；或(iv)这些的组合。报警或信号也可被配置成能指示牙刷对特定响应输出的启动。报警或信号可呈听觉、视觉或触觉信号的形式。触觉信号可包括牙刷的某些部分例如柄部或活动刷毛载体的振动或其它运动。听觉报警的例子包括但不限于一个或多个蜂鸣声、一系列音符、一段歌曲、一个或多个音调、一个或多个铃音、以及这些的组合。也设想牙刷可利用产生预录制口语单词或短语的听觉报警器。视觉报警或信号的非限制性例子包括发射光，其中发射呈位于牙刷上的图形符号、图片、文字或其它标记的形式。此外，发信号或发报警可通过改变牙刷上的信号灯的颜色来实现。另外，在传感器响应牙刷的某些型式中，可优选通过下列信号的组合来指示某种状态，例如某个输出的启动或完成：(i)听觉信号、(ii)视觉信号和(iii)触觉信号。
A.响应机械输出
本发明的牙刷可利用一个或多个响应机械输出。如所述，此类输出的非限制性例子可包括牙刷上的刷毛、刷毛固件或刷毛载体、或其它活动组件的运动或运动变化。机械响应输出可响应检测到口腔内部或外部的多种标志、病症、刺激或药剂而启动。例如，可响应传感器输入元件检测到细菌或龋齿或基于使用者的刷牙习惯而提供机械响应输出。
头部包括一个纵向轴线、一个或多个活动刷毛载体或支架、以及任选一个或多个静止或固定刷毛载体。活动刷毛载体可旋转、转动、涡旋、摆动、直线往复运动、或经历这些运动的任何组合。由本发明的电动牙刷所提供的运动类型可以是多种多样的。静止刷毛载体和其上设置的静止刷毛的排列也可以是多种多样的。例如，静止刷毛可部分或完全围绕活动刷毛载体，或者可设置在活动刷毛载体之间的缝隙内。适用于本发明的一些刷毛载体运动和刷毛排列的实施例描述于US20030126699、US 20030084525、US 20030084524、US 20030084526和WO 03/063723、WO 03/063722中。刷毛可由常规的非弹性材料如聚乙烯制成，或者可由弹性材料如天然或合成橡胶、聚烯烃、聚醚酰胺、聚酯、苯乙烯聚合物、聚氨酯等或这些材料的组合制成。
柄部具有马达设置于其中的中空部分。该中空部分可操作地连接到活动刷毛载体上。一个轴从马达处通过颈杆延伸，然后进入至少一部分头部中。当由马达驱动时，该轴可旋转、摆动、直线往复运动、涡旋、环行或以圆锥式运动，以便赋予活动刷毛载体一种或多种运动。可在马达与轴之间或轴与活动刷毛载体之间提供传动装置以便赋予其运动。示例性的轴和/或传动装置显示于美国专利6,360,395和5,617,601，以及美国专利申请2003/0134567和2003/0163881以及本文所参考的其它专利和专利公布中。柄部还有一个设置于其中为马达和发光元件供电的电源，如一节或多节电池。可供选择地，电动牙刷可连接至外接电源为马达供电。开关设置在柄部用于启动马达和/或发光元件。该开关包括一个致动器按扣和一个金属触点。向下按模制的致动器按钮使该开关被手动按下，致动器按钮压在一个金属触点上，使电路接通，如常规瞬时开关一样。开关能够通过滑道设计产生连续操作，通过按下并向前滑动制动器按钮，如常规的连续开关一样。通过将这两种功能组合在一个开关中，消费者可在购买之前尝试此装置并看到它的操作，并且从包装中取出后仍可继续操作它。开关也可启动一个或多个发光元件。只要马达被启动，发光元件就通电，然而电动牙刷也可具有一个指定用于启动发光元件的开关。
用于机械输出的各种优选的组合件、组件和配置的细节提供在本文所阐述的对基于光的输出和基于化学的输出的说明中。
传感器响应牙刷可包括振动机构(例如机械或超声振动器)以促进机械清洁。由振动器产生的振动不仅可用来更好地清洁牙齿而且可用来增强光照疗法。例如，振动可促进光穿透进软组织和/或增强光处理细胞和/或细菌的效果。产生此类增强的一个机制为向光处理目标进行更好的氧输送。
B.基于光的响应输出
包括一个或多个基于光的响应输出的优选的实施方案的牙刷可包括设置在头部上的一个或多个电动元件包括但不限于发光二极管(LED)、使用白炽元件的发光元件、激光元件、卤素元件、氖元件、荧光元件、等离子元件、氙元件、以及它们的组合。本发明包括很多种口腔护理工具例如但不限于电动牙刷，电动牙线、牙齿抛光器、齿龈按摩器等。为简单起见，本发明将被称为传感器响应电动牙刷。
本文所用术语“光”旨在包括可见光和不可见光(例如，紫外和红外)的光谱。在本发明的一个牙刷实施方案中，由发光元件发出的光可为约370nm、390nm、410nm、430nm、450nm、470nm、490nm、510nm、530nm、550nm、570nm、590nm、610nm、630nm、650nm、670nm、690nm、710nm和/或小于约770nm、750nm、730nm、710nm、690nm、670nm、650nm、630nm、610nm、500nm、400nm。在另一个实施方案中，发出的光可具有大于约420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm和/或490nm和/或小于约490nm、480nm、470nm、460nm、450nm、440nm、430nm的波长。在另一个实施方案中，发出的光可具有约420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm和/或小于约470nm、460nm、450nm、430nm的波长。应当意识到，选择的特定波长范围可取决于所需光的颜色。在一个实施方案中，发出的光可为蓝色。所述口腔护理工具也可发出特定强度的光。强度可以是以坎德拉(或流明/球面度)为单位测得的发光强度，或以瓦/平方米为单位测得的通量密度。在一个实施方案中，本发明发光电动牙刷的通量密度为约20mW/cm2、30mW/cm2、35mW/cm2、40mW/cm2、45mW/cm2、50mW/cm2、55mW/cm2、60mW/cm2、70mW/cm2、100mW/cm2、200mW/cm2、250mW/cm2和/或小于约300mW/cm2、250mW/cm2、200mW/cm2、150mW/cm2、100mW/cm2、70mW/cm2、60mW/cm2、50mW/cm2、40mW/cm2、30mW/cm2、或这些的任何组合。
典型地，基于光的输出以指定时长发射光。例如，可使用具有632nm至904nm波长、5mW至10mW强度的光0.5分钟至2分钟，而使用的组合物为甲苯胺蓝(toludine blue)和亚甲蓝(源自甲苯族的蓝色、红色和紫色染料)。所述组合物可用来产生有效杀灭细菌和其它药剂的基。因此，本发明的牙刷可具有光源。所述光源基于传感器输入元件检测到细菌或基于如前所述选定的方案而发射具有介于约632nm至904nm之间的波长的光。甲苯胺蓝或亚甲蓝可提供在下文将更充分地描述的与牙刷一起使用的或由牙刷分配的洁齿剂中。其它响应试剂可包括在洁齿剂中或被分配。这些响应试剂响应(例如，被活化或换句话讲与响应输出相互作用)其它基于光的响应输出或其它响应输出，例如热。洁齿剂可包含这些响应试剂的一个或多个。所述响应试剂可保持不活动直到被源自牙刷的响应输出所活化。其它响应试剂将贯穿于本申请的后文而得到描述并且应当理解，这些可单个地引入或组合在适用于本发明的洁齿剂中。如果将各种响应试剂单独地引入洁齿剂内，可设想将这样的信号提供给使用者：所述信号涉及基于对病症、标志或刺激的检测而使用哪个洁齿剂、以及用与检测到的病症、标志或刺激相关联的响应输出来确定哪个响应试剂最适用。为了随着技术和口腔健康科学的进步而将已制造的洁齿剂和它们的响应试剂的列表保持为最新，同时也为了提供必要的数据以提供用于牙刷的新的响应输出或方案和/或新的可置换牙刷头部，可设想将用于本发明的牙刷的充电座连接到计算机网络，例如因特网，从而有利于下载供牙刷使用的洁齿剂数据、响应输出数据、或方案数据。响应试剂可从本发明的牙刷单独分配或以组合方式分配。用于杀灭细菌的其它基于光的响应试剂可包括与具有约430nm的波长的光组合的核黄素(维生素B2)、与具有约440nm的波长的光组合的叶绿素、或以多种波长产生试剂例如过氧化氢、过氧化脲、过碳酸盐等的其它基。如果光的波长导致可杀灭细菌的热的产生，则金属例如银、铁和锰可作为响应试剂。具有介于约380nm和约420nm之间的波长的光可在不使用响应试剂的情况下有效地杀灭细菌。
在一个实施方案中，所述电动牙刷包括细长的驱体部分或柄部、头部、以及在头部和柄部之间延伸的颈杆。一个或多个发光元件可提供在头部、邻近一个或多个静止或活动刷毛载体、在一个或多个静止或活动刷毛载体上或内。所述刷毛载体上设置有多根刷毛。刷毛可形成一个或多个簇丛或簇。在某些实施方案中，发光元件可设置在摆动刷毛载体的中心或运动轴线上。此外，发光元件可用作销轴，其用作活动刷毛载体旋转轴线和/或中心。发光元件可以是固定的或者可被固定到活动刷毛载体上以使该元件与刷毛载体一起运动。在某些实施方案中，刷毛载体可具有一个促进光从中通过的区域，如孔。该区域可由透明或半透明材料构成。或者可供选择地，该区域可以是孔或其它基本上无刷毛的开口区域，从而允许光通过。此区域可提供在牙刷头部的任何部分上，包括活动刷毛载体的中心。
现在参见附图，其中的显示仅是为了图示说明本发明的实施方案的目的而不是为了对它们进行限制。图1显示如本发明的一个实施方案所述的传感器响应发光电动牙刷100。电动牙刷可用于个人卫生如刷某人的牙齿和齿龈。如图1所示，电动牙刷包括柄部12和连接到柄部12的颈杆14。头部16连接到颈杆14。典型地，头部大于颈杆14，所述颈杆也典型地小于柄部12。牙刷100包括一个或多个传感器元件或组件2、4、5、6和7。这些元件的一个或多个可为传感器输入元件，或一个或多个可为任选的传感器输出元件。虽然牙刷100被显示成这些元件具有特定位置，但是应当理解，传感器元件也可设置在牙刷100的不同位置。
现在参见图2，头部16还由纵向轴线19限定，并且包括活动刷毛载体20和一个或多个任选的静止刷毛载体22。在此实施方案中，静止刷毛载体22定位在活动刷毛载体20的相对侧。此实施方案中的活动刷毛载体20定位在头部16的中心处。活动刷毛载体20包括多根被支撑和保留在载体20上的刷毛24。活动刷毛载体可绕大致与头部16的纵向轴线19正交的运动轴线摆动或旋转，当然也可如前面所述提供其它运动。如本文所更详细地描述的那样，沿活动刷毛载体的此运动轴线设置的是电动元件。在一个特定实施方案(如图2所示)中，电动元件为发光元件75，例如发光二极管。所述二极管定位在牙刷的头部上，并且通常位于发光元件的表面未延伸超过活动刷毛载体的刷毛承载表面处的下面或以下。牙刷的此实施方案还具有抓握部分70和72。
如图3所示，柄部12还包括容纳马达32的中空部分30并且具有纵向轴线34。马达32通过可旋转轴44驱动活动刷毛载体20。齿轮排列可操作地互连在轴44和马达32之间。齿轮排列包括蜗轮40和一对步进轮42、43。马达32可操作地连接到蜗轮40。步进轮42可操作地连接到步进轮43和蜗轮40。所提供的发光元件75设置在活动刷毛载体20的内部。本文所用术语“发光”元件旨在指将电能转换为光的元件，与此相对照的是只传导或传送光的元件，例如光纤电缆或光纤线。然而，在某些实施方案中，提供基于光的输出的本发明的牙刷可利用光纤电缆或光纤线从牙刷发射光。在一个实施方案中，本发明的发光元件是发光二极管或LED。
对于发光二极管而言，主波长或质心波长由以下公式确定：
Figure G05848720420070828D000121
对于连续光谱，和
λ c = Σ i I i λ i / Σ i I i
对于离散光谱。
其中I是发光强度，而λ是波长。
这些公式进一步描述于国际照明协会公布的标题为“Measurementof LEDs”的CIE 127(1997)中。这些公式和方法也可应用于除发光二极管之外的其它发光元件，或者可使用本领域已知的其它方法和公式来确定发光元件的主波长或质心波长。发光元件的光谱(例如，峰值波长)、光度(例如，发光强度)、辐射度(例如，辐射强度)和色度(例如，主波长)特性可使用本领域已知的设备来测量，如OptronicLaboratories，Inc.，Orlando，FL制造的OL 730CV辐射计/光度计。一些光可能没有主波长或质心波长(例如，白光)。
图4说明牙刷200的一个实施方案。所述牙刷具有固定发光元件75，所述元件连接到和/或设置在柱91中。所述柱是固定不动的并且在牙刷的点93处固定到头部95上。在此实施方案中，活动刷毛载体97围绕设置在柱91内的固定发光元件75摆动或旋转。设置在柱91内的此发光元件75用作牙刷的头部95上的活动刷毛载体97的旋转轴线。正级导线87和负极导线89可从发光元件75通过柱91导出，然后沿牙刷的头部95和颈杆(未示出)的长度向下至电源(未示出)。
在另一个实施方案中，牙刷300的发光元件375设置在穿过活动刷毛载体320的小孔或孔388内(如图5最佳所示)，使得发光元件固定不动而活动刷毛载体320围绕固定发光元件375摆动或旋转。牙刷300也包括一个或多个传感器例如301和303。在此实施方案中，发光元件375牢固地固定到头部316上。发光元件375可部分地穿过孔388延伸或其可设置在活动刷毛载体320的下表面的下面使得其完全包含在头部316内。发光元件375的中心线或轴线也可为活动刷毛载体320的旋转轴线或摆动轴线。在上述实施方案的一些中，尤其是在发光元件设置在活动刷毛载体320的下面的情形中，活动刷毛载体可由透明或半透明材料成形。当发光元件设置在头部内时，发光元件可放置成使得它位于刷毛载体之间，并且不与活动刷毛载体的旋转/摆动轴线对齐，如图6所示，其中为了简化已删除了刷毛。图6说明牙刷400。所述牙刷包括头部416、颈杆414、活动刷毛载体420、静止刷毛载体422和423、一个或多个传感器例如401、以及发光元件475。传感器401和发光元件475设置在活动刷毛载体420和静止刷毛载体423的下面。在此实施方案中，头部的顶部表面和刷毛载体可由透明或半透明材料成形。
可使用多种材料来制成透明或半透明的刷毛载体和/或头部。这些材料的实施例包括但不限于聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-乙二醇(PETG)(以名称Eastoman BR003市售)、纤维素乙酸酯-丙酸酯(CAP)、以及它们的组合。设想可使用一种或多种热处理来有利于这些材料的加工。
发光元件可排列得使发光的主要方向通常垂直于刷毛载体的顶部表面和/或通常平行于刷毛载体的刷毛方向。换句话讲，发光元件可适当排列以使发光元件的中心线90大致垂直于头部和/或刷毛载体的顶部表面，如图4最佳所示。中心线90典型地穿过发光元件的透镜92或小孔。当发光元件设置在活动和/或静止刷毛载体之内、之上或之下时，围绕发光元件的中心线90的圆柱形区域或体可以没有刷毛使光透过刷洗表面而不受刷毛的干扰。在一个实施方案中，无刷毛的圆柱体直径介于约2mm和约8mm之间，在另一个实施方案中介于约3mm和约6mm之间。然而活动刷毛载体仍然可具有至少一个环绕发光元件的刷毛环，如图5所示例。然而也可提供附加刷毛簇或刷毛簇内环。
再参见图3，提供开关50以控制传感器响应发光电动牙刷的运行。所述开关可操作地连接到马达32。开关50也被配置成能操作传感电路和控制电路，并且能任选地操作牙刷的一个或多个发光元件。这种操作可为瞬时的或连续的，并且可独立于基于光的输出的操作。也就是讲，本发明的牙刷包括这样的实施方案：其中基于光的输出由牙刷的传感电路启动或由使用者启动。这两种启动模式可相互独立。当开关50闭合时，柄部10中空部分30内提供的电池60与马达32和发光元件75之间的电路被接通。
图7至10图示说明传感器响应发光电动牙刷的其它头部、刷毛载体和刷毛的配置。所有这些配置均包含一个或多个发光元件。图7图示说明包括头部516和颈杆514的牙刷500。该牙刷也包括传感器501和503，例如前述的光传感器和/或滤光器。应当理解，颈杆514在头部516和牙刷柄部之间延伸(未示出)。设置在头部516上的是其上设置有多个刷毛簇532的单个动刷毛载体520。设置在第二刷毛载体522上的是发光元件575。图8描绘另一个实施方案的牙刷600。所述牙刷依照本发明包括头部616和颈杆614以及传感器601和603。头部616包括单刷毛载体620，其包括刷毛632，并且其内设置有发光元件675。图9描绘另一个牙刷700。所述牙刷包括具有设置在其上的单个刷毛载体720的头部716和颈杆714。牙刷700包括一个或多个传感器例如传感器701、703和705。发光元件775邻近刷毛载体720设置在头部716上。然而发光元件775不设置在刷毛载体上。图10描绘另一个牙刷800。所述牙刷包括具有活动的第一刷毛载体820的头部816、固定的或不动的第二刷毛载体822和连接到头部816的颈杆814。牙刷800包括传感器801、803和805。两个刷毛载体均具有设置在其上的发光元件875。第一个刷毛载体820具有环绕设置在其上的发光元件875的多个刷毛簇832，而第二个刷毛载体822具有环绕设置在其上的发光元件874的多个刷毛簇834。
另一个如本发明所述的电动牙刷900的实施方案显示于图11中。所述牙刷具有头部916、颈杆914和柄部912。牙刷900包括传感器901和903。设置在头部916上的是发光元件975。颈杆和柄部可释放地连接在915处，并且包含用于它们的物理接合和用于建立发光元件和电源之间的电气连通的对应结构。本发明的此实施方案还包括抓握部分919。
多种多样的发光元件可用于本发明。在一个实施方案中，发光元件是小的、低能耗的发光二极管(LED)，如San Jose CA的LumiledsLighting，LLC制造的以名称LuxeonTM市售的那些。其它市售的发光元件包括购自American Opto Plus LED Corporation的那些。LED可由相对低电压的直流电源供电操作，如在一个实施方案中介于约0.5伏和约5伏之间，在另一个实施方案中介于约1伏和3伏之间，且在另一个实施方案中介于约1.6和约2.4伏之间。
在其它实施方案中，光辐射源为固态发光体(SSL)，包括发光二极管(LED)和LED的变型例如边缘发射LED(EELED)、表面发射LED(SELED)或高亮度LED(HBLED)。LED可基于不同的材料例如AlInGaN/AIN(从285nm发射)、SiC、AlInGaN、GaAs、AlGaAs、GaN、InGaN、AlGaN、Alln-GaN、BaN、InBaN、AlGalnP(以NIR和IR发射)等。LED也包括用聚合物作为活性材料构造并且具有发射的广谱性的有机LED。辐射源可为LED例如压模成形的LED、带有透明禁闭区、光子晶体结构的LED、或共振腔发光二极管(RCLED)。
其它可能的辐射源包括超发光二极管(SLD)或优选地可提供广谱发射源的LED。另外，也可使用激光二极管(LD)、波导激光二极管(WGLD)和垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。用于LED的相同的材料可用于二极管激光器。其它可能的辐射源包括用激光二极管泵浦的纤维激光器(FL)。由LD、LED或电流/电压源电泵浦或光泵浦的荧光固态光源(FLS)也可用作辐射源。FLS可为用电泵浦的有机纤维。
灯例如白炽灯、荧光灯、微卤化物灯或其它合适的灯也可用于本发明。灯可提供用于白色、红色、NIR和IR辐照的辐射源。对于5微米至100微米的范围，可使用量子级联激光器(QCL)或远红外发射二极管。本领域的技术人员将会知道，取决于尺寸、功率要求、所需处理方案、以及它们的组合，有多种辐射源可为传感器响应牙刷提供必要的光辐射。
本文所述的各种实施方案的牙刷可利用具有多种特性的发光元件。通常，利用基于光的输出的本发明所述的电动牙刷可发射具有介于约10nm和约106nm之间，并且在一个实施方案中约390nm至约770nm，并且在另一个实施方案中约420nm至约490nm的质心波长的光，并且发射介于约420nm和约470nm之间的蓝光。
图12图示说明用于代表性实施方案的传感器响应牙刷的电气配置的示例性示意图。在此配置中，发光元件75、一个或多个传感器E和马达32由开关50相互同时地供电或启动。当发光元件75为LED时，期望包括电压或电流驱动器94。所述驱动器向LED提供恒定电压或电流输出，而不管输入电压或电流如何变化，尤其是当电池的电压或电流输出趋于随着时间的过去而减小时所产生的变化。适用于本发明的电压或电流驱动器为Zetex Semiconductors，Oldham，UK制造的ZXSC310单或多电池LED驱动器。本发明的其它实施方案包括例如可提供单独的开关以单独地激活发光元件、传感器和马达。此外，还可提供不止一个发光元件。可提供具有不同光谱、光度、辐射度和色度特性(例如，不同的主波长、峰值波长、辐射能量等)的发光元件来适应单个电动牙刷中的多个用途。可供选择地，第一发光元件可用作传感器输出元件，并且第二发光元件可响应传感器输入而提供响应输出。
图13和14图示说明了用于本文所述的电动牙刷的市售LED发光元件的各种颜色的光谱分布。这些光谱分布图是LuxeonTM 1-瓦发射器发光元件的，然而这些分布图也可用其它发光元件获得。具体地讲，图13是各种颜色发光元件的相对光谱能量分布图。图14图示说明了品蓝、蓝色、青色、绿色、琥珀色、桔红色和红色。图15是白色发光元件的相对光谱能量分布。
本发明的传感器响应牙刷可附加包括用于监控处理和/或诊断口腔内的病症的传感器。传感器输出元件可用来通过发射某个波长的光而产生传感器输入例如源自细菌或龋齿的荧光信号。所述波长的光以传感器输入元件可检测到的方式使细菌产生荧光。由传感器输入元件检测到的荧光信号可提供关于牙周袋、硬组织(龋齿损害)、唾液或真菌病中的细菌浓度的信息，也提供关于牙齿增白和增亮的信息。附加荧光信号可用于不同粘膜疾病，包括癌症的早期诊断。在一个实施方案中，传感器响应牙刷可包括某个信号机构。所述机构用于当处理完成或基于荧光信号检测到病症时指示使用者。在另一个实施方案中，可引入反射计。例如，通过LED产生的光感生电流可用于反射光检测。在其它实施方案中，单独的LED和光检测器可用于测量口腔内的不同波长的光的反射情况。反射情况可用于龋齿的诊断、硬组织的增白、增亮和/或粘膜疾病。
优选的实施方案的牙刷可利用响应输出。所述输出发射光或电磁辐射用来加热口腔或换句话讲向其中耗散能量。因此，术语“基于光的输出”可包括响应可见或不可见光能而发射或产生热的输出。有两个光的测量系统：辐射线测定和光度测定，其中辐射线测定是在3×1011Hz和3×1016Hz之间频率范围内的电磁辐射的测量，而光度测定是可由人眼检测的电磁辐射的测量。如本领域所知，辐射线测定的单位包括：能量(牛顿米或焦耳)、功率或辐射通量，即能量相对于时间的流动(焦耳/秒或瓦)、照度或光通量密度，即每单位面积上的功率(瓦/平方米)、辐射强度，即每单位立体角的功率(瓦/球面度)和辐射率，即每单位立体角每单位投影面积上的功率(瓦/平方米-球面度)。等价的光度学单位包括：功率或光通量(流明)和发光强度(流明/球面度或烛光)。光的另一将要讨论的特性是视角或半角。本文所述半角是峰值与在光束轴一侧发光强度是最大值的百分之五十的点之间夹角(单位为度)的两倍或者光束角的一半。本文后面将要讨论的另一个特性涉及LED在牙齿表面产生的热量或发射温度(摄氏度)。另外，由设置在发光电动牙刷头部的LED消耗的总电功率(功率消耗)将作为一种特性。虽然辐射线测定单位为优选，但是本文中为简单起见，单位可用辐射线测定单位或光度学单位中任意一个进行讨论。强度可以是以坎德拉(或流明/球面度)为单位测得的发光强度，或以瓦/平方米为单位测得的通量密度。
本文所述的所有测试方法均在这样的条件下进行：当传感器响应发光电动牙刷以用于运行该装置的正常电流运行时，这时牙刷充电充分且电源接通、刷毛在运动、并且LED发光。
以下将更详细地讨论本发明LED的特性。
1.代表性牙齿表面处的光通量密度(“FDRT”)
本试验的目的是表示投影到牙齿表面的辐射光通量密度，单位为W/m2。以瓦标定的检测器的检测器孔面积小于约3.14cm2、1.77cm2、1.54cm2、1.33cm2、1.23cm2、1.13cm2、1.04cm2、0.95cm2、0.87cm2、0.79cm2、0.70cm2、0.64cm2、0.50cm2和/或0.46cm2和/或大于约0.28cm2、0.31cm2、0.32cm2、0.33cm2、0.38cm2、0.44cm2、0.46cm2和/或0.50cm2，而检测器孔直径为至少约0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.70cm、0.76cm、0.80cm、0.90cm、0.95cm、1.00cm、1.05cm、1.10cm、1.15cm和/或1cm，和/或小于约2.0cm、1.50cm、1.40cm、1.30cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.00cm，而检测器孔与LED发光点的距离(“检测器距离”)大于约0.55cm、0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.66cm、0.68cm、0.70cm、0.72cm、0.74cm、0.76cm、0.80cm、0.85cm、0.90cm和/或1.0cm，和/或小于约2.0cm、1.5cm、1.4cm、1.3cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.05cm和/或1.0cm。通常，检测器包含能提供所需要尺寸的检测器孔的虹膜。LED应面对检测器孔放置，而且LED的机械轴线应通过该检测器孔的中心。检测器测量在检测器处的辐射光通量(瓦)。检测器测量在整个检测器孔面积上的辐射光通量。因此，所得数量是辐射光通量的总值。FDRT是辐射光通量的总值除以帽盖1109(如图示说明LED与暴露于光线中的表面之间的几何关系的图16所示)的球面积。帽盖的球面积可由以下公式计算：
                     S＝2πR(R-1)
式中：
R = l 2 + d 2 / 4
S＝帽盖的球面积
l＝检测器距离
d＝检测器孔面直径。
FDRT＝总辐射光通量(瓦)/S
该辐射光通量(瓦)除以帽盖的球面积可得到典型牙齿表面的光通量密度(瓦/平方米)。一个适于测量FDRT的装置实施例包括由Optronic Laboratories，Inc.，Orlando，FL制造的OL 730CV辐射计/光度计。如图17所示，检测器距离“l”(以1200表示)是LED1275的发光点1205与检测器1203的入口孔1201之间的距离。该检测器距离“l”(以1200表示)从LED 1275的发光点1205至检测器1203的检测器孔平面1201进行测量。
本发明的传感器响应发光电动牙刷的FDRT为至少约30mW/cm2、35mW/cm2、40mW/cm2、45mW/cm2、50mW/cm2、55mW/cm2、60mW/cm2、70mW/cm2和/或100mW/cm2和/或小于约300mW/cm2、250mW/cm2、200mW/cm2、150mW/cm2和/或100mW/cm2或这些的任何组合。当在口腔中单独使用或与其它口腔护理组合物一起使用时，据信包含单个以上述FDRT发光的LED的牙刷可产生使牙刷变白和其它口腔护理的有益效果。为达到这些口腔护理的有益效果，设置在牙刷头部的至少一个LED应该发出具有至少约30mW/cm2FDRT的光。具有更高FDRT的光也可产生使牙齿变白或其它口腔护理的有益效果，但是如果超过300mW/cm2，使用者可能需要采取安全措施以防止对口腔造成损伤。
2.立体角内的总光通量百分比
在电动牙刷LED的一个实施方案中，LED总功率(瓦)的至少约75％、80％、85％、90％、95％、100％被包含在顶点位于LED中心至少约0sr、0.5sr、0.55sr、0.6sr、0.65sr、0.7sr、0.75sr、0.8sr、0.9sr、0.95sr和/或1sr(球面度)，和/或小于约6.3sr、5.5sr、5sr、4.5sr、4sr、3.5sr、3sr、2.5sr、2sr、1.5sr、1.3sr、1.2sr、1.1sr和/或1sr的立体角内。顶点在LED发光点的立体角可用以下公式计算：
α＝S/R2＝2πh/R，
式中：
h＝R-a和
R = a 2 + b 2 / 4
α＝立体角(sr)
S＝帽盖的球面积
a＝轴线距离
b＝计量面积的直径
这些计算类似于上述计算FDRT中所用的计算，而轴线距离和计量面积与检测器距离和检测器面积有类似的值。但是在计算立体角时，没有检测器出现。
图16显示空隙空间的示意图，在所述空间内LED朝待接触光的表面发射光。公式的元件描绘于图16中，其中“α”为立体角(显示在1110处)，其顶点(显示在1111处)在LED 1175的发光点1113中。“a”(在图20中图示说明在1101处)为LED的发射表面和待接触从LED发射的光的表面之间的垂直距离(“轴向距离”)。“b”(显示在1103处)为包括LED的圆形区域的直径，以及“S”(显示在1109处)为顶盖的球面积。“h”(以1105表示)等于“R”(以1107)减“a”(以1101表示)。“b”可为至少约0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.65cm、0.70cm、0.76cm、0.80cm、0.90cm、0.95cm和/或1.00cm，和/或小于约2.0cm、1.50cm、1.40cm、1.30cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.05cm和/或1.00cm。“a”可为大于约0.55cm、0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.66cm、0.68cm、0.70cm、0.72cm、0.74cm、0.76cm、0.80cm、0.85cm、0.90cm和/或1.00cm，和/或小于约2.0cm、1.50cm、1.40cm、1.30cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.05cm和/或1.00cm。
为确定立体角内的功率百分比，首先应测量从LED发出的总功率，然后应测量具体立体角区域内的功率。最后求出具体立体角内的百分比功率。从LED发出的总功率可由测角光度计法和/或集成球体法中任意一个来确定。测角光度计法允许以瓦为单位测量总辐射光通量(当测角光度计以瓦进行标定时)。转动测角光度计的检测器以扫描围绕LED的球形区域表面。入射到表面每个单元dA上的部分通量dΦ代表一个总辐射光通量：
Figure G05848720420070828D000211
它可被加权并求和以给出总辐射光通量Φ的值。
Φ = ∫ ( A ) EdA
测量从LED发出的总辐射光通量的另一方法是采用集成球体(以瓦标定)。将被测试的LED与具有类似空间和频谱功率分布的标准LED进行比较。如果不能得到理想的匹配标准，可计算颜色校正，但是空间功率差的校正更难于计算。很多集成球体的直径不大于10cm。因此，应将同型号的辅助LED插入集成球体，以允许校正应用于测试LED的自吸收。具有供检测器使用的两个入口和一个出口的球体应能工作。这两种方法均描述于International Commission ofIllumination出版的CIE 127(1997)中，标题为“Measurement ofLEDs”。
第二，测量具体立体角内的功率。为选择测量其中功率的立体角，应运用前述公式确定所需要立体角的轴线距离和计量面积的直径。轴线距离值对应于检测器距离值，而计量面积直径的值对应于检测器孔面积的值。当进行试验时，通过选择这些值，测量在所需要立体角内的功率。如果检测器已以瓦标定，那么所得结果为所需要立体角内的总辐射光通量。
LED的总辐射光通量(在某个特定立体角内)涉及具有圆形小孔1201的以瓦特数校准的检测器(如图17所示)。所述小孔的面积小于约3.14cm2、1.77cm2、1.54cm2、1.33cm2、1.23cm2、1.13cm2、1.04cm2、0.95cm2、0.87cm2、0.79cm2、0.70cm2、0.64cm2、0.50cm2和/或0.46cm2和/或大于约0.28cm2、0.31cm2、0.32cm2、0.33cm2、0.38cm2、0.44cm2、0.46cm2和/或0.50cm2，而检测器的小孔直径为至少约0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.70cm、0.76cm、0.80cm、0.90cm、0.95cm、1.00cm、1.05cm、1.10cm、1.15cm和/或1cm和/或小于约2.0cm、1.50cm、1.40cm、1.30cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.00cm。LED应面对检测器孔1201放置，距LED 1275发光点1205的检测器距离1200为约0.55cm、0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.66cm、0.68cm、0.70cm、0.72cm、0.74cm、0.76cm、0.80cm、0.85cm、0.90cm和/或1.00cm和/或小于约2.0cm、1.50cm、1.40cm、1.30cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.05cm和/或1.00cm。LED的机械轴线应通过检测器孔的中心。
最后，在需要立体角内所发出光的百分比由以下公式计算：
     在所需要立体角内的总辐射光通量
                   /
             总辐射光通量
      ＝在需要立体角内所发出光的百分比
3.半角和/或视角
用于确定传感器响应发光电动牙刷是否发射具有所需特性的光的另一个方法是检查LED的半角和/或视角。本文所述半角是峰值与在光束轴一侧发光强度是最大值的百分之五十的点之间夹角(单位为度)的两倍或者光束角的一半。该角也可称为视角。半角越小，光就越集中。从LED发出的光越集中，达到期望的发光强度和/或FDRT所需要的光越少。光线越具有聚焦的角度，在照亮非优选方向即照亮刷毛区所浪费的光越少。如果光照射在非优选方向，达到期望的发光强度或FDRT将需要更多的光，这常导致热量水平增加。从发光电动牙刷上散发的热量的增加可造成口腔内牙齿和组织损伤。LED的半角
Figure G05848720420070828D000231
可小于约50°、49°、48°、47°、46°、45°、44°、43°、42°、41°、40°、38°、36°、34°、32°、30°和/或28°、和/或大于约0°和/或5°。
4.发射温度
用一个在牙刷头部然后被放入口腔内以刷洗和/或护理牙齿的LED可将热和光引入口腔。光可被牙齿表面吸收，因此在牙齿表面产生附加的热量。如果在口腔内产生热量，牙齿内部组织腔就可能增大，这会导致牙髓炎或对口腔的其它损伤。为了避免引起口腔内的损伤，牙齿表面的温度应保持低于约43℃、40℃、39℃、38℃、37℃、36℃、34℃、30℃和/或25℃。如果牙齿表面的温度增加超过前述温度，牙齿内部组织腔就可能过热，因此导致牙髓炎。因此，发光电动牙刷发出的光不应产生使牙齿表面的温度升高到大于约43℃、40℃、39℃、38℃、37℃、36℃、34℃、30℃和/或25℃的热量。在一个实施方案中，通过使用标准LED和给标准LED提供小于约200毫安(“mA”)的连续正向电流，使牙齿表面的温度保持在低于约43℃。
由于接触从发光电动牙刷发射的光而在牙齿表面产生的温度为“发射温度”。发射温度可通过本领域已知的装置例如热电偶1315(如图18所示)测量。适用于本测试方法的一个热电偶为由OmegaEngineering，Inc.制造的SC-GG-T-30-36热电偶。热电偶可连接(优选地用粘合剂连接)到接触从LED发射的光的牙齿表面上。适用于本试验方法的一种牙用粘合剂是由Dentsply制造的Lucitone199。可供选择地，牙齿表面的温度可在接触光之后测量，只要热电偶接触到牙齿并且温度读数在终止牙齿接触光的小于约10秒、9秒、8秒、7秒、6秒、5秒、4秒、3秒、2秒、1秒的测试时间内完成。在终止接触光之后测量温度的一个方法是在测试时间期间通过使用标准棉签将热电偶贴附并保持在牙齿上以收集温度数据。附加地，可使用一个将源自热电偶的数据转换为以度为单位的温度的单元1317；由OmegaEngineering，Inc.制造的手持单元HH5-08适用于前述的热电偶以将从热电偶接收到的数据转换为以度为单位的温度。该试验在体外在标准抽样的人或牛的牙齿1301样本上在32℃的培养器具内进行。试验在32℃的培养器具内进行以复现置于口腔内牙齿的正常底座温度。适于本试验的培养器具是购自Jouan Group of Companies的#51221122类的THELCO 3DG。牙齿置于铸铝台架1319内，该台架包括一片具有去除的空间以供放置牙齿的铸铝。铸铝座1319将牙齿1301连接到散热器1321。适用于本测试方法的散热器包括由Aavid Thermalloy制造的散热器11-5602-48VIS#031608。可给加热池提供电源(未示出)。“发射距离”为介于LED 1375的发光点1305和牙齿1301的表面之间的距离1303。发射距离1303可距牙齿表面小于约3.14cm、1.77cm、1.54cm、1.33cm、1.23cm、1.13cm、1.04cm、0.95cm、0.87cm、0.79cm、0.70cm、0.64cm、0.50cm和/或0.46cm和/或大于约0.28cm、0.31cm、0.32cm、0.33cm、0.38cm、0.44cm、0.46cm和/或0.50cm。LED 1375的发光点1305放置在距牙齿表面1301小于约3.14cm、1.77cm、1.54cm、1.33cm、1.23cm、1.13cm、1.04cm、0.95cm、0.87cm、0.79cm、0.70cm、0.64cm、0.50cm和/或0.46cm和/或大于约0.28cm、0.31cm、0.32cm、0.33cm、0.38cm、0.44cm、0.46cm和/或0.50cm的发射距离处，并且发光电动牙刷1313接通电源，从而操作LED 1375并且照亮牙齿表面1301。牙齿1301随后接触从LED 1375发射的光并持续小于约15分钟、14分钟、13分钟、12分钟、11分钟、10分钟、9分钟、8分钟、7分钟、6分钟、5分钟、4分钟、3分钟、2分钟、1分钟和/或0分钟的发射时间，并且牙齿1301的温度由标准热电偶1315测量。热电偶可连接到单独的手持单元1317以将源自热电偶1315的读数转换为温度读数。发射温度不应超过约43℃、40℃、39℃、38℃、37℃、36℃、34℃、30℃和/或25℃。
5.功率消耗
另外，为避免由于产生过多的热量而对口腔的损伤，由设置在发光电动牙刷头部的LED消耗的总电功率(“功率消耗”)不应超过约2W、1.5W、1W、0.95W、0.9W、0.85W、0.8W、0.75W、0.7W、0.5W、0.4W、0.3W、0.2W、0.1W(瓦)。
6.基于光的响应输出的实施例
对输入信号的响应输出可为提供某个特定发光强度或其它光谱响应输出以处理在口腔内检测到的病症，例如龋齿或细菌。至少约7坎德拉的发光强度和/或至少约30mW/cm2的FDRT在本发明的包括标准LED的传感器响应发光电动牙刷中可通过下列方式获得：增加正向电流超过制造商的建议值(“过功率”)、在LED中包括多于一个发光器和/或脉冲从LED发射的光、或这些的任何组合。LED超功率可能缩短其寿命。LED寿命的缩短量取决于用于给LED超功率的电流水平和LED的特性。但是，该缩短了的寿命仍然超过牙刷的使用所需要的寿命，因为牙刷是一次性和/或可更换的用品。在一个实施方案中，LED被置于牙刷上可更换的部分，因此如果需要可进行更换。
如前所述，术语“光”旨在包括可见光和非可见光(例如，紫外光和红外光)这两者的光谱。该光谱可从优势波长或质心波长为约10nm的光(远紫外)延伸至质心波长为约106nm的光(红外)，或者该光谱可包括质心波长介于约370nm和约770nm之间的可见光。另外，该光谱可包括质心波长介于约370和约500之间的可见光。本文所用术语“质心波长”是指代表光的感知颜色的波长。这可能与峰值波长不同，峰值波长是LED辐射强度最大的波长。
某个实施方案的传感器响应发光电动牙刷包括这样的LED：所述LED发射的光具有至少约7、10、15、20、30和/或40和/或小于约60、50、45和/或40坎德拉或这些的任何组合的发光强度，或至少约30mW/cm2、35mW/cm2、40mW/cm2、45mW/cm2、50mW/cm2、55mW/cm2、60mW/cm2、70mW/cm2和/或100mW/cm2和/或小于约300mW/cm2、250mW/cm2、200mW/cm2、150mW/cm2和/或100mW/cm2或这些的任何组合的FDRT。
传感器响应发光电动牙刷的一个实施方案包括如图19所示的LED。图19显示LED包1400的横截面。所述包包括透镜1403、单个发光小方块1405、引线接合1407、正极引线1421和负极引线1409、以及纵向轴线L。具有发光特性的各种类型的半导体基底可用于传感器响应牙刷的LED中。具有发光特性的一种类型半导体基质是小方块。“小方块”为具有发光特性的单个半导体基底。应当考虑到，设置在本发明发光电动牙刷头部的LED可包含具有发光特性的任何类型半导体基质，包括但不限于小方块，只要发光电动牙刷提供具有本文所述期望特性的光。LED的直径可为至少约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm和/或6mm，和/或小于约5mm、10mm、15mm和/或20mm。
光可从LED发光点的很多表面发出。然而，为了下文的简单性起见，所有对距LED的发光点和/或表面的距离的测量均指从半导体基底的前表面，例如小方块1405的前表面测量。如果LED具有多个小方块因而具有多个半导体基底的前表面，则距LED的发光点的距离应当为距半导体基底的前表面的距离的平均值。光从小方块的表面发出并导入LED的透镜1403。因此，要测量从半导体基质发光点的距离，应确定半导体基质发光单元的前表面。在发光电动牙刷的一个实施方案中，LED发光单元的前表面是小方块1405的表面(如图19所示)。因此，该实施方案所有从发光表面的距离测量都从小方块1405的前表面开始。
超功率LED产生期望的发光强度和/或FDRT，因为在极限内LED的发光强度和/或FDRT随输入的正向电流增加而增加。因此，本发明发光电动牙刷所期望的发光强度和/或FDRT水平可通过给标准LED增加电流至超过制造商的推荐值来达到。将电流增大到制造商推荐最大值的两倍，发光强度和/或FDRT将几乎加倍，同时还得到发光电动牙刷的使用可接受的LED寿命。可用标准驱动器供给选择的电流水平以达到期望的发光强度和/或FDRT。适用于本发明的电压或电流驱动器为Zetex Semiconductors，Oldham，UK制造的ZXSC310单或多电池LED驱动器。达到期望的发光强度和/或FDRT的最小电流可能大于制造商推荐的连续工作最大电流的两倍，或制造商推荐的脉冲工作最大电流的三倍。在最大限度，电流可增加到使LED立即损坏的水平。本发明的一个实施方案包含一个提供期望发光强度和/或FDRT的标准LED，通过该LED的连续正向电流大于约35mA、40mA、45mA、50mA、55mA、60mA、65mA、70mA、75mA、80mA、90mA、100mA、150mA和/或200mA和/或小于约700mA、600mA、500mA、400mA、300mA、250mA、200mA、150mA、100mA、90mA、80mA、75mA、70mA、65mA、60mA、55mA、50mA、45mA、40mA和/或35mA。在一个实施方案中，最小连续电流水平可为连续工作时的最大连续电流额定值，而最大连续电流水平可约为使LED立即损坏的电流。虽然发光强度和/或FDRT随着电流的增加而增大，但有一个该相关性程度失效的点，进一步增大电流不会导致发光强度和/或FDRT增大。这个确切的点取决于LED的特性和结构。另外，随着时间的进行以及当LED暴露于超过制造商推荐的电流时，发光强度和/或FDRT开始衰减。保持期望的发光强度和/或FDRT的一种方法包括但不限于进一步增加电流以保持相同的发光强度和/或FDRT。虽然为达到期望的发光强度和/或FDRT而增大了供给标准LED的电流，但是所用的电流还小于通常用于高功率非标准LED的电流。因此，由标准LED产生的热量不会使牙齿表面的温度升高超出约43℃。
稳定标准驱动器结构中的LED电流只能部分保持发光强度和/或FDRT随时间的稳定性，因为电流保持不变，但LED发生了衰减。但是，当LED衰减时可增加电流以保持相同水平的发光强度和/或FDRT。当LED衰减时，保持发光强度和/或FDRT恒定的一种方法是用一个内嵌的传感器测量从LED发出的发光强度和/或FDRT，并根据测量值调节电流。当LED衰减时调节电流产生一种发光电动牙刷，该牙刷一直以确定的发光强度和/或FDRT连续提供光。保持近似相同的发光强度和/或FDRT而不包括内嵌传感器的另一个方法是包括计时电路，当LED衰减时该电路随时间而增加供给LED的电流。这可通过简单的设计而保持近似稳定的发光强度和/或FDRT，附加费用最少。适用于本发明的电压或电流驱动器为Zetex Semiconductors，Oldham，UK制造的ZXSC310单或多电池LED驱动器。
图20显示用于通过包括例如多个小方块这样的多于一个发光器而达到传感器响应发光电动牙刷中的发光强度和/或FDRT水平的另一种方法。以下实施方案图示说明具有两个如小方块这样的发光半导体基质的LED。但是应当考虑到，LED可包含多个小方块。此实施方案1500具有单个光输出的透镜1503、一个正极引线1521和一个负极引线1509。然而，此单个标准LED包包含多于一个发光器和多于一个半导体基底，并且可具有多于二个引线。源自发光源的所有光组合在一起以导致LED包1500的透镜1503处的单个光输出。单个LED包1500具有多个发光小方块1505和1517以及引线接合1507和1520。实施方案1500显示小方块1505和1520之间的连接。此连接可为或者并联连接或者串联连接。图21图示说明串联连接的多个小方块。此实施方案1600具有单个光输出的透镜1603、一个正极引线1609和一个负极引线1627。然而，此单个标准LED包包含多于一个小方块1605和1617，其中每个小方块均具有单独的基座1637和1639。小方块串联连接，引线接合1611将小方块1605的顶部连接到小方块1617的底部，并且引线接合1620将小方块1617的顶部连接到负极引线1627。源自发光源的所有光组合在一起以导致LED包1600的透镜1603处的单个光输出。图22图示说明并联连接的多个小方块。本发明的此实施方案1700具有单个光输出的透镜1703、一个正极引线1709和一个负极引线1727。小方块并联连接，引线接合1720将小方块1705的顶部连接到小方块1717的顶部，并且引线接合1707将小方块1717的顶部连接到共用负极引线1727的顶部。源自发光源的所有光组合在一起以导致LED包1700的透镜1703处的单个光输出。在此多小方块LED的另一个实施方案1800(如图23所示)中，LED包括透镜1803、两个半导体基底、显示为并联连接的小方块1805和1817、引线接合1819和1821、一个正极引线1833、以及两个负极引线1831和1835。此LED也从单个光输出的透镜1803发射光。每个小方块均具有单独的基座1837和1839。也设想LED可包括两个正极引线和一个负极引线，并且LED的此实施方案还可串联连接。另外，LED可包含多个具有发光特性的半导体基质，而且LED可包含多个电极。LED可具有共用电极，或者每个具有发光特性的半导体基质具有单独的电极。另外，每个具有发光特性的半导体基质可由分离电源例如电池单独供电。
这些小方块可以并联或串联进行电气连接。当它们串联时，所有电流方面的考虑与单个小方块时相同。总电压将近似为nxVi，其中n＝小方块数，而Vi＝单个小方块的正向电压。如果小方块为并联连接，那么总电流将近似为nxIi，而总电压近似为单个小方块的电压。串联连接工作良好，因为它调节小方块之间的差别。当小方块串联连接时，它们自动调节其正向电压，因此它们的发光强度和/或FDRT变得非常接近。在任一种排列中，两个小方块LED的发光强度和/或FDRT约为1.6xPi，其中Pi为单个小方块的发光强度和/或FDRT。三个小方块LED的发光强度和/或FDRT可为约2.26xPi。(小方块之间的干涉可能影响通过乘以小方块数来计算发光强度和/或FDRT。)这些小方块可提供相同颜色的光或者它们可具有不同颜色的光。但是，如果每个单独的发光体发出相同的光，那么从那一个单个LED发出的那种颜色光的发光强度和/或FDRT大于发出一种颜色光的单个标准LED。每个单独的发光体可发出波长从约440nm至约480nm的光。单个LED也可包含发出不同颜色光的两个小方块，例如波长的选择范围为大于约370，380，390，400，425，440，450，475，480和/或小于约500纳米。也可以这样选择小方块，使得小方块发出同一颜色范围内不同波长的光。例如，小方块可发出产生蓝色的不同波长的光。另外，不同波长光在LED单个光输出(透镜)中的组合可产生提供口腔护理有益效果的具体颜色组合。例如，可将两种不同的组合物施加到牙齿上，其中每种对不同波长的光起反应。另外，不同波长的光可在口腔中引起不同的反应：一种波长的光可以杀菌，另一种波长的光可使牙齿变白。有些颜色难以由单种波长的光来实现；本发明可用于产生这些独特颜色之一的光。因此，不同颜色在单个光输出中的组合可产生不能单独由一个小方块来实现的颜色。因此，采用不同的颜色可产生一种或多种单色单波长不能实现的口腔护理有益效果。
达到本发明发光电动牙刷的发光强度和/或FDRT的再一种方法包括给LED提供非连续或脉冲电流，以产生脉冲或非连续的光。本发明的该实施方案包含一个提供期望发光强度和/或FDRT水平的标准LED，通过该LED的脉冲正向电流大于约100mA、125mA、150mA、175mA、200mA、225mA、250mA、275mA、300mA、325mA、350mA和/或375mA和/或小于约900mA、800mA、700mA、600mA、500mA、400mA、375mA、350mA、325mA、300mA、275mA、250mA、225mA、200mA、175mA、150mA、125mA和/或100mA。在一个实施方案中，脉冲正向电流大于约脉冲工作时的最大额定电流，且小于约使LED立即损坏的电流。光脉冲的最小发光强度和/或FDRT可与连续光相同，而最大发光强度和/或FDRT为Pc/Q，其中Pc是连续光的发光强度和/或FDRT，Q是占空比。占空比等于脉冲持续时间除以脉冲周期。本发明的占空比为从约0.01、0.10、0.25、0.40和/或0.50至约0.50、0.600.75、0.80和/或0.99。光脉冲的频率可为约0.01Hz、1Hz、10Hz、100Hz、500Hz或1MHz至约1MHz、10MHz、100MHz、500MHz、1GHz或10GHz。LED脉冲工作的电流幅值可从约Imaxp至约10Imaxp，其中Imaxp是脉冲工作时最大额定电流的绝对值，或者为约Imax至约20Imap，其中Imax是连续工作时的最大额定电流。给LED供脉冲电流使得LED的功率消耗减小，因此延长了电池的寿命，同时也增加了光的亮度和/或发光强度和/或FDRT。电池寿命的改善和亮度的增加取决于LED的特性和结构。
在上述每个施方案中，LED设置在活动和/或静止刷毛载体之内、之上、之下或直接与其相邻，使光线尽可能有效地被引入刷洗区域。另外，LED的优选排列使得光发射的主方向通常垂直于刷毛载体的顶面和/或通常平行于刷毛载体上的刷毛方向。换句话讲，LED优选地适当排列使得LED的中心线90大致垂直于头部和/或刷毛载体的顶部表面。中心线90典型穿过透镜92或LED的孔。当LED设置在活动和/或静止刷毛载体内、上或下时，绕LED中心线90的圆柱形区域或体积可基本没有刷毛。这个基本没有刷毛的区域可较大和/或较小，这取决于牙刷头部的尺寸和/或在围绕LED的区域内所去除的刷毛数量。基本没有刷毛的区域可大于约0.55cm、0.60cm、0.63cm、0.64cm、0.66cm、0.68cm、0.70cm、0.72cm、0.74cm、0.76cm、0.80cm、0.85cm、0.90cm和/或1.0cm和/或小于约2.0cm、1.5cm、1.4cm、1.3cm、1.25cm、1.20cm、1.15cm、1.10cm、1.05cm和/或1.0cm。然而活动刷毛载体仍然优选地具有至少一个环绕LED的刷毛环，如图7所示例。然而也可提供附加刷毛簇或刷毛簇内环。
对于牙齿漂白以及其它应用，常期望利用提供辐射功率基本均匀分布的LED，使得每个牙齿在其表面接收到基本等量的辐射功率。因此，本发明的牙刷的实施方案包括光辐射模式，所述模式具有朗伯(lambertian)或钟形模式，例如如图15所示例。其它辐射模式，例如蝙蝠翼形模式也可使用。但是，如上所述，LED可提供本发明所述的宽种类光辐射模式。
适用于龋齿处理的市售基于光的响应输出元件的一个例子为SuperBright Red LED，可以命名编号W53SRC/F购自KingbrightCorporation，City of Industry，CA。
可排列刷毛载体上的刷毛，使其与从LED发出的光干涉最小。刷毛高度可为至少约0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm和/或1.0cm和/或小于约2.0cm、1.5cm、1.4cm、1.3cm、1.2cm、1.1cm和/或1.0cm。但是应考虑到，本发明的牙刷可利用与从LED发出的光相互作用的刷毛排列或材料。例如，紧邻LED的刷毛和/或刷毛载体的顶面可包括反射镀层(例如镍或铬)以辅助将光从头部导向牙齿表面。可供选择地，靠近LED的刷毛可由透明或半透明的材料形成，以进一步促进光向刷洗区域的传递。刷毛也可为有色的、被着色或染色，以基本与从LED发出光的颜色匹配。这样，刷毛不会吸收但会反射从LED发出的光。另外，可利用反射性保护层辅助将光导向LED周围或附近的牙齿或牙龈表面。
在本发明的一个方面，辐射的至少一部分在非朝牙齿的硬组织的方向上发射。这可通过这样的方式用本发明的发光牙刷来实现：在非由围绕刷毛或其伸出部的周边限定的横截面积所表示的方向上发射辐射。
在另一个实施方案中，光辐射可指向源自同一口腔器具的多个方向。例如，本发明的发光牙刷可包括两组LED，使得一个组可在基本平行于刷毛的方向上辐射，而另一个组可在相对的方向上辐射。
发射光辐射的方向可以多种方式控制。在一个实施方案中，光辐射源可适当设置以使其所产生的辐射朝靶组织行进。这可通过这样的方式来实现：将光辐射源定位在口腔器具的表面或其近旁，并且将该表面邻近靶组织放置。在另一个实施方案中，光元件例如反射或折射元件可连接到辐射源而用以选择性地定向由该源所发射的辐射。光学元件可包括(例如)将光辐射朝靶组织定向的可旋转镜、棱镜和/或漫射器。例如，如本发明的一个实施方案所述的发光牙刷可包括光学地连接到可旋转镜的辐射源，所述可旋转镜可将由该源发射的辐射或者沿多根刷毛定向或者在基本与刷毛相对的方向上定向。
除了提供单方向或多方向的光辐射以外，本发明的传感器响应基于光的输出牙刷还可提供单个或多个光辐射带。例如，一些处理方案可要求单波长带例如单蓝色(质心波长为400nm至430nm)、单绿色(质心波长为540nm至560nm)、单红色(质心波长为620nm至635nm、660nm)、或NIR单色(质心波长为800nm至810nm)。可供选择地，可应用这些或其它不同波长带的组合，包括两个、三个或更多不同的光辐射带的组合。例如，可使用两个单独的波长带以更有效地处理相同的病症或处理两个不同的病症。
可以多种方式获得多个不同的波长带。在本发明的一个方面，宽带辐射源与光学元件一起使用以滤掉不需要的波长。例如，滤光器或硝石可从广谱中移除其它所有波长，只留下属于光谱的蓝色和红色部分中的那些。在本发明的另一个方面，多个不同的带可用多个辐射源获得，每个辐射源提供所需带中的光辐射。并且在另一个方面，可使用产生多个不同带的单个辐射源。作为一个例子，单个LED可用来产生两个或多个不同的波长带。辐射能的荧光转换可用于产生附加波长。作为另一个例子，二极管泵浦的纤维激光器可用来产生两个波长，一个对应于泵浦纤维的二极管激光而另一个对应于纤维激光的波长。
在传感器响应牙刷的一些实施方案中，可取的是改变波长带。这可用本发明的发光牙刷通过使用可移除头部部分来实现。每个头部部分均可包括产生不同波长的光的辐射源。因而使用者可通过选择可移除头部部分而选择所需的波长带。可供选择地，柄部部分可包括宽带光源，并且可移除头部部分可包括滤光器以隔离所需波长带。在另一个实施方案中，可提供一个或多个多色LED，所述多色LED能够取决于电压输入或向其提供的电能而发射不同的波长。例如，单个LED能够发射适用于漂白处理和处理细菌的波长。牙刷内的控制器可改变电流、电压和/或通向LED的电能通道以便基于检测到的传感器输入或使用者选定的方案和所需的关联响应输出而提供不同的预定波长和强度。可适用于本发明的多色LED的型号为W154A4SUKPBVGKC，其可购自KingbrightElectronic Co，ltd.(225Brea Canyon Road，City Of Industry，CA91789)。此为一种三色LED(红635nm、蓝470nm和绿525nm)。一个包内的三个LED具有一个共用的阴极和三个单独的阳极。颜色选择通过向特定阳极施加电压而提供。
在另一个实施方案中，本发明可包括反射表面以更有效地向组织递送辐射。当辐射被递送给靶区时，辐射的一些可被组织表面反射而导致辐射损失。为了节省这种反射能，牙刷可包括高反射表面以将被反射辐射的至少一部分反射回组织。例如，发光牙刷包括反射表面用以增加辐射输送效率。面朝发光牙刷的表面的组织可类似地具有反射性。
如前所述，某些实施方案的传感器响应牙刷的基于光的输出可在口腔内发射或产生热。LED、激光二极管、或显微镜用灯可产生高于所产生的光能最多20倍的热能。为了应付不需要的废热，传感器响应发光牙刷可包括热转移和/或冷却机构。例如，示例性发光牙刷的头部部分可至少部分地由导热材料成形而用于耗散由辐射源产生的热。例如，头部部分可包括头部架。所述架由具有高热导率和/或良好热容量的材料构造并且热连接到辐射源以从那里吸热。这种架可延伸至头部的外表面。所述外表面在牙刷的使用期间可接触唾液或组织。本领域的技术人员将会知道，有多种材料可提供必要的热转移。这些材料例如金属包括铝、铜或它们的合金、陶瓷和复合材料例如具有高热导组分的塑料，例如碳纤维。在一个实施方案中，热通过热转移而从架移除至邻近组织和/或与发光牙刷接触的唾液中。这种热可用于口腔组织和/或施用到口腔组织的一部分上的糊剂的轻度加热，以提供附加的或增强的疗效。
在另一个实施方案中，传感器响应光疗牙刷可包括热转移元件。所述元件将由辐射源产生的热转移到其中可存储有相转移材料的贮存器中。相转移材料，例如，冰、蜡、或其它合适的材料，吸收热而改变其相，例如，从液体变为气体或从固体变为液体，从而消耗热。优选地，相转移材料具有在约30℃至50℃范围内的熔化温度或汽化温度。
虽然上述的热转移元件的例子是关于发光牙刷而举出的，但本领域的技术人员将会知道，热转移元件可用于本发明的任一种口腔器具。具体地讲，这些热转移元件可提供热存储，或将源自发光口腔件中的辐射源的热转移到邻近组织、柄部和/或周围环境中。
在一些实施方案国。传感器响应发光牙刷可包括用于加热口腔的靶部分的加热器，例如，用于当治疗辐射施加到靶部分时。热疗适用于一些处理方案，并且当与光疗组合时可提供添加剂或共生效应。
在一些实施方案中，加热通过辐射源提供。在本发明的一个方面，加热器为不同于产生治疗辐射的辐射源的辐射源，例如辐射源。在另一个方面，加热可由用于提供治疗辐射的同一辐射源提供。例如，在这样的一个实施方案中，辐射源可产生宽带辐射或属于两个或多个带宽的辐射，使得至少一个带宽适用于加热口腔组织。可供选择地，可使用多个辐射源，其中至少一个提供用于组织的深度加热的处于合适的波长范围内的辐射。示例性深度加热辐射包括具有在约0.38微米至约0.6微米的范围内或在约0.8微米至100微米的范围内的波长的辐射。本领域的技术人员将会知道，有多种电加热器和非电加热器可用于本发明的口腔器具。
取决于所需的处理方案，从本发明的口腔器具发送出的光辐射可选择性地指向口腔的不同区域。
C.基于化学的响应输出
如本文更详细地所述的那样，带有基于化学的输出的各种实施方案的传感器响应牙刷可专用于基于化学的输出，或可具有其它响应输出例如基于光的响应输出。例如，LED可与包含响应试剂(例如，过氧化氢)的增白组合物协同使用以用于增白牙齿，并且具体地讲，用于通过在增白组合物施用之前、期间或之后的任一阶段照射刷洗区域而增强或加速组合物的增白功能。如前所述，基于化学的响应输出可由牙刷基于对关联传感器输入的检测而自动分配，所述输入指示由化学响应输出作处理是可取的。组合物的分配可由牙刷响应检测到的传感器输入或响应如前所述的使用者选定的方案而自动启动。控制器可通过(例如)向电动泵提供预定时长的电力而启动分配。
现在更详细地描述涉及牙齿增白的响应输出。有机化合物的颜色通常取决于发色团，发色团是可进行π电子转移的不饱和团。光可启动色斑发色团(经历电子跃迁)并且减小活化能垒，从而使它们更容易受到漂白的侵蚀。换句话讲，色体经过光的激活可增强过氧化物漂白。类似地，由于光处理产生更快更好的漂白，色斑发色团变得更容易磨蚀漂白。漂白剂渗入牙釉质和牙质内的孔中，因此外部和内部的色斑均可被降解和退去。
有很多种牙齿增白组合物可与本文所述的传感器响应电动牙刷联合使用。牙齿漂白组合物可含有漂白剂、研磨剂、pH调节剂或任何其它通过机械或化学作用与牙齿发色团发生作用的制剂或它们的组合。牙齿漂白组合物可以溶液、糊剂、凝胶、粘稠液体、固体或其它适合的形式提供。说明性的漂白剂包括氧基或氢基衍生化合物，例如金属离子自由过氧化物、有机过氧化物和金属离子包含过氧化物。漂白剂的具体非限制实施例包括过氧化物、金属亚氯酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐、过氧酸、过硫酸盐、现场形成前述化合物的化合物以及它们的组合。合适的过氧化物包括过氧化氢、过氧化脲、过氧化钙、过氧化氢脲、以及它们的混合物。在一个实施方案中，漂白剂是过氧化氢脲。合适的金属亚氯酸盐包括亚氯酸钙、亚氯酸钡、亚氯酸镁、亚氯酸锂、亚氯酸钠、亚氯酸钾、以及它们的混合物。另外的漂白剂也包括次氯酸盐和二氧化氯。在一个实施方案中，漂白剂选自亚氯酸钠、过氧化物、过碳酸钠、过硫酸氢钾、以及它们的混合物。初始漂白剂可为水溶液或固体材料。
如上所述，传感器响应电动牙刷的各种实施方案可与增白组合物联合使用。漂白牙齿的典型方法如下。在获得传感器响应牙刷和组合物之后，在口腔内使用牙刷。病症(例如变色的牙齿表面)可由牙刷感应或检测到。基于化学的输出随后被启动，所述输出(例如)可呈从牙刷分配合适量的增白组合物的形式。将组合物施用到牙齿表面上，即待增白的牙齿上。优选地，这种施用通过从牙刷的刷毛载体喷出组合物而进行，并且随后将组合物转移到所需的待增白表面上。通常，后一步象刷牙一样进行。此过程可伴随警示使用者已检测到相关传感器输入的第一听觉信号，后接警示使用者已启动响应输出的第二听觉信号(其可与第一听觉信号相同或不相同)。可产生第三听觉信号(其可与第一和/或第二听觉信号相同或不相同)用以警示使用者响应输出已完成。当听到第一听觉信号时，使用者可选择将他的或她的刷洗集中在口腔中的被提供第一听觉信号的区域，直到第三听觉信号被提供时为止。可供选择地，牙齿增白组合物可用牙刷上的分配组合物的涂敷器带来刷用、涂敷或施用到牙齿上。牙刷还可包括基于光的输出。所述输出随后被启动并且从其发射的光指向施用的组合物。应当理解，本发明的各种漂白技术包括变体策略。在这些策略中，在将组合物施加到牙齿表面之前、期间或之后将光导向牙齿表面。优选地，在光连续照射被施用到需要牙齿表面的组合物时进行刷洗操作。
该漂白方法仅是示例性的。本发明包括宽种类的漂白技术。另外，应当考虑到，在漂白操作之前、期间或之后可进行常规刷洗操作。
所述口腔护理物质包含一定含量的活性物质。这些活性物质在直接使用后可促进使用者所需要的有益效果，而不损害其应用的口腔表面。这些活性物质可解决的口腔症状的实施例包括但不限于牙齿的外观和结构变化、增白、色斑漂白、色斑去除、牙斑去除、牙垢去除、龋齿预防和治疗、齿龈发炎和/或出血、粘膜受伤、损害、溃疡、口疮性溃疡、感冒疮和牙齿脓肿。
牙齿是复合的生物结构。对于去除色斑而言，牙齿结构的重要部分是牙冠。牙冠的外层由牙釉质构成，牙釉质为颜色从半透明至黄灰色变化的钙化结构。牙釉质的下面是牙质，然后是中央芯部的牙髓腔。牙釉质和牙质层都是多孔的。由于唾液腺分泌物造成口腔内的动态环境，色斑可通过扩散而移到这些孔内。
消费者牙齿所产生的牙齿变色主要是由于牙齿结构本身内的发色体，其次是由于积累的来源自食物丹宁酸的外来色斑，其经常也被包含在牙结石中。牙齿变色既发生在牙釉质层也发生在牙质层中。牙釉质覆盖的牙冠的外观颜色部分是由于下层牙质的颜色。变色也可能由于牙结石而产生，牙结石是釉质表面上的矿物化细菌牙斑。牙齿色斑通常是由于来源于饮食习惯和食物组分的卟啉化合物(卟吩的衍生物)。它们可以由口腔细菌生成并可在牙釉质下积聚。去除外来和内在色斑对于获得高度漂白是很重要的，它是临床可测量的并且是消费者所重视的。
当由装置发出的光被牙齿结构上和/或内的发色体直接吸收时，发色体(“发色团”)进入激发态。当处于它们的激发态时，这些发色团发生化学反应，导致掉色和/或它们容易被除去。可供选择地，光反应性酶促反应可通过含有光敏剂来引发，所述光敏剂能够吸收入射光能量，并处于激发态将能量传递至牙齿结构的发色团和/或传递至氧。有活性的发色团可与其它化学反应物反应，或者产生的活性氧可与基态的发色团反应使它们的发色性更小。取决于使用的条件，活性氧物质可以是单重态氧、过氧化物、羟基、过氧羟自由基、内过氧化物或上述物质的混合物。具体地讲，胺或酰胺的存在可增加过氧化物的生成。此外，一些光敏剂还已知可促进活性氧的化学性质。
此外，光还可活化色斑的发色团(经过电子跃迁)，并且降低活化能垒，使它们更容易被过氧化物以及其它清洁和增白剂漂白。因此发色团被光活化可增加口腔护理有益效果如牙齿漂白和/或增白。类似地，因为光处理，色斑发色团可变得更容易被研磨增白。所述光处理可导致更快和更好的增白。
发色团(或光敏剂)适于用作处理剂而用于增强对微生物的光动力杀灭和光热杀灭，也时也用于牙齿增白和增亮。发色团包括固有光接受器，所述接受器诱导和/或增强链式光化反应。所述光化反应导致组织内的氧化氮、单态氧和其它基的产生。优选的发色团包括无毒的那些(即，以这样的浓度提供的那些发色团：低于此浓度时如果没有特定的光则对细菌或组织不起作用)。用于本发明的示例性外源发色团包括染料：亚甲蓝、靛青绿、AT.A(一种增育细胞的卟啉类诱导剂)、矿物光催化剂和光敏剂：TiO2、纳米颗粒、球壳状碳分子、tubu-lene、炭黑和其它类似的处理剂。
内源发色团也可存在于口腔和周围组织内。这些发色团为天然存在的物质，当其接触处于它们的吸收带中的光辐射时提供与上文所述的外源发色团类似的基产物。示例的固有发色团包括紫菜碱如原卟啉、粪卟啉和锌原卟啉。卟啉的吸收带包括蓝光，并且在较小的程度上也包括绿光和红光。其它固有发色团包括细胞色素例如cytogem和细胞卟啉、胆红素和分子氧。
很多种牙齿增白物质可与本文所述的电动牙刷，尤其是包括基于光的输出的电动牙刷联合使用。牙齿增白物质可包含漂白剂、研磨剂、pH调节剂、螯合剂、表面活性剂、酶、溶剂、聚合物和光敏剂或通过机械或化学作用作用于牙齿发色团上的任何其它物质、或它们的组合。牙齿增白物质可以溶液、糊剂、凝胶、粘稠液体、漱口水、固体形式或其它合适的形式提供。
这些实施方案适用于处理舌病，例如细菌的过度生长。在另一个实施方案中，发光组件可设计用来处理牙齿、齿龈和/或面颊组织。在此实施方案中，光能选择性地指向面颊(口腔壁)、齿龈和牙齿组织。在另一个实施方案中，源自发光口腔件的光辐射可指向舌下的软组织、或口腔的其它部分以支持(例如)口服药或维生素输送。当光源将辐射定向到药物和粘膜上时，药物或维生素可通过开口(例如)以液体形式递送给粘膜。此辐射可经选择以增加粘膜的渗透性从而增强药物的摄入并促进其渗透进口腔组织。可供选择地或附加地，辐射可活化药物从而使疗效更佳。这种药物输送方法可在医务室或家庭使用。
1.漂白剂
漂白剂包含产生漂白活性物质如氧自由基的不含金属离子的过氧化物、有机过氧化物和含金属离子的过氧化物。漂白剂的实施例包括但不限于过氧化物、金属亚氯酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐、过氧酸、过硫酸盐、就地形成前述化合物的化合物、以及它们的组合。过氧化物化合物的实施例包括但不限于过氧化氢、过氧化钙、过氧化脲、以及它们的混合物。在一个实施方案中，漂白剂是过氧化脲。金属亚氯酸盐包括但不限于亚氯酸钙、亚氯酸钡、亚氯酸镁、亚氯酸锂、亚氯酸钠、亚氯酸钾、以及它们的混合物。另外的漂白剂包括次氯酸盐和二氧化氯。在一个实施方案中，漂白剂选自由下列物质组成的组：亚氯酸钠、过氧化物、过碳酸钠、过硫酸氢钾、以及它们的混合物。起始的漂白剂可以是含水的或固体物质。例如，过氧化物渗入牙釉质和牙质的孔中，从而使内部和外表面的色斑降解和去除。
增白或漂白物质中漂白剂的量可以变化。例如，漂白剂的存在量为基于所述牙齿增白物质的总量约3％至约60％重量。根据一个具体的实施方案，如果过氧化氢是漂白剂，它可能存在的量按所述牙齿增白物质的总量计为约3％、5％、7％、10％、12％、15％、20％、30％、40％、50％、60％和/或小于约60％、50％、40％、30％、20％、15％、12％、10％、7％、5％重量，并且在另一个实施方案中为约7％至约15％重量。根据一个具体的实施方案，如果过氧化脲是漂白剂，它可能存在的量按所述牙齿增白物质的总量计为约3％、5％、7％、10％、12％、15％、20％、30％、40％、50％、60％和/或小于约60％、50％、40％、30％、20％、15％、12％、10％、7％、5％重量。发光元件的辐射能量可在所述物质接触牙齿时应用。然而，从发光元件发出的光也可以在应用牙齿增白物质之前或之后应用。
在另一个实施方案中，增白物质可以是多组分体系的形式。例如，增白物质可作为两部分体系出售或提供。这使组分在使用之前能够互相分离，并且可使漂白功效增加，存储时间延长。
在该具体实施方案中，本文称为组分1和组分2的两个组分可在应用之前立刻或立即混合。应当理解，该实施方案旨在涵盖包含不止两个组分的制剂。混合后超过30分钟，增白物质仍可使用，但是由于过氧化物的分解，可能失去了其部分或大部分的增白效力。
第一组分，部分1，可以是凝胶或糊剂稠度。可添加增稠剂和/或填充剂以获得此稠度。部分1可包含一种或多种金属过氧化物，具体讲是一价或二价金属的过氧化物。过氧化物的实施例包括过氧化钙、过氧化锌和过氧化钠、以及其它过氧化物，包括但不限于钾、镁和锶的那些，也是适用的。在一个实施方案中，过氧化物悬浮或分散在介质中形成混合物，其为按重量计约5％至约40％的金属过氧化物。在另一个实施方案中，过氧化物为按重量计约15％至约30％的过氧化物。在另一个实施方案中，过氧化物为约20％。在一个可供选择的实施方案中，混合物为按重量计约2％至约16％的过氧化物。在另一个实施方案中过氧化物为按重量计约6％至约10％的过氧化物。所述组分还可包含一种或多种助剂以调节流变特性、纹理、风味、香味、颜色或其它性质。用于部分1中的助剂组分的实施例包括甘油、丙二醇、聚乙二醇和/或聚丙二醇、水、以及前述物质的混合物。在一些实施方案中，将醇添加到介质中。
在一个可供选择的实施方案中，第一组分，部分1的金属过氧化物悬浮或分散在液体中形成混合物。其可以为按重量计约8％至约25％的过氧化物。在另一个实施方案中，其可以为按重量计约8％至约15％的过氧化物。
部分2包含一种或多种酸的水溶液或可通过加入增稠剂和/或填充剂调节获得所需稠度(如凝胶或糊剂稠度)的水溶液。适用于本发明的酸包括有机酸，其包括乙酸、酒石酸、磷酸和柠檬酸。部分2中的总酸浓度可以是将金属过氧化物转化成其盐和过氧化氢的化学计量需要量的约30％至约100％，而在另一个实施方案中为化学计量需要量的约50％至约80％。增稠剂的实施例包括黄原胶、聚丙烯酸和纤维素衍生物(例如羧甲基纤维素)，而填充剂的实施例包括二氧化硅、硅藻土、矾土和粉末聚乙烯或聚丙烯或其它聚合物。增稠剂和/或填充剂以足以获得所需稠度的量添加。这些相同的增稠剂和填充剂也可用作部分1的助剂。调节流变特性、纹理、风味、香味和颜色的助剂也可存在于部分2中。此外，还可将醇或其它与水混溶的溶剂加入部分2中。
部分1和2可以等比例混合形成增白制剂，尽管根据过氧化物和酸的浓度，该比率可不等于1∶1。
一旦混合后，部分1的过氧化物与部分2的含水酸反应就地生成过氧化氢。与本文所述发光牙刷联合使用的增白物质还可包含其它合适的助剂，如稳定剂、促进剂、碱性化剂、溶剂、芳化剂、甜味剂、增稠剂、粘合剂以及润湿剂。例如，适用的碱性化剂包括氢氧化钠或三乙醇胺，尽管碱性化能力可通过改变钾盐、木糖醇、甜味剂如糖精或环己基磺酸的衍生物、增稠剂如淀粉、黄原胶、胶态二氧化硅和类似物质的衍生物和润湿剂如甘油的量来调整。每个碱性化助剂、芳化剂、甜味剂和增稠剂可存在于凝胶物质中，其含量相对于所述物质的总量为按重量计介于约0％至约6％之间，而润湿剂存在的量相对于所述物质的总量按重量计介于约40％和约80％之间。本发明光活化物质的pH可以介于约4.5和约9.5之间；在另一个实施方案中介于约5和约8之间；在另一个实施方案中介于约5和约7之间；在另一个实施方案中介于约5和约6之间。
本文的光活化组合物可包含增稠剂。在一个实施方案中，增稠剂(或粘度调节剂)也可起到增加组合物在牙齿上保持力的作用。粘度调节剂还可用来抑制组分的沉淀物和分离或以有利于再分散的方式控制沉淀物，并且可控制组合物的流动性质。粘度调节剂尤其可用于保持颗粒状漂白剂或其它口腔护理活性剂悬浮在本发明组合物中。粘度调节剂存在的含量按所述组合物的重量计为约0.01％至约20％，在一个实施方案中为约0.1％至约10％，并且在另一个实施方案中为约1％至约3％，在另一个实施方案中为约0.4％至约5％。本文合适的粘度调节剂包括天然的和合成的聚合物与树胶，如纤维素衍生物(例如甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等)、卡波姆聚合物(例如聚丙烯酸共聚物或均聚物，以及与聚烯基聚醚交联的丙烯酸共聚物)、刺梧桐树胶、瓜耳胶、明胶、褐藻胶、藻酸钠、脱乙酰壳多糖、聚环氧乙烷、丙烯酰胺聚合物、聚乙烯醇、聚胺、聚季化合物、环氧乙烷聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、阳离子聚丙烯酰胺聚合物、以及它们的混合物。在一个实施方案中，增稠剂选自卡波姆，例如与季戊四醇烷基醚或蔗糖烷基醚交联的丙烯酸均聚物类。卡波姆以Carbopol系列商购自B.F.Goodrich。在一个实施方案中，丙烯酸聚合物为Carbopol934、940、941、956、以及它们的混合物。在另一个实施方案中，粘度调节剂为疏水改性的卡波姆。疏水改性的卡波姆可增加本文组合物和/或整体载体在牙齿表面上的保持力，并且减缓组合物应用到牙齿表面后的腐蚀性。合适的疏水改性的卡波姆包括丙烯酸酯/C10-C30丙烯酸烷基酯交联聚合物，如Carbopol 1382、Carbopol 1342、Carbopol 1392和Carbopol ETD 2020，均购自BF Goodrich；还包括丙烯酸酯/C10-C30丙烯酸烷基酯交联聚合物，如Pemulen TR-1和Pemulen TR-2，两者购自B.F.Goodrich。在一个实施方案中，可使用疏水改性的卡波姆与卡波姆的混合物。在另一个实施方案中，含有羧基官能团的硅氧烷(二元酸，一元酸)被用于增加漂白剂在牙齿上的保持力。
本文所述的传感器响应的牙刷(提供一种或多种基于化学药品的输出)可以与几乎任何的牙齿增白物质和/或诸如以下的物质联合使用，所述物质例如但不限于美国专利6,488,914、5,851,514、4,980,152、3,657,413、4,983,380、5,084,268、5,171,564、5,376,006、5,645,428、5,713,738，RE 34,196、5,122,365、6,558,654、6,555,020、6,536,628、6,533,582、6,521,215、6,514,543、6,479,037、6,447,757、5,891,453、6,555,020和6,419,905，以及申请号为WO 03/007680和USSN 10/154,020中所述的物质。所述物质暴露于光中时显示具有增强的增白功能不是必需的。有益效果可简单地通过在应用增白物质之前将牙齿表面暴露于从电动牙刷中发出的光来得到。此外，附加的有益效果可源于照亮刷洗区域所产生的更大的刷洗或清洁功效。
2.非漂白的牙齿增白和色斑去除剂
为牙齿提供口腔护理有益效果(如增白和/或色斑去除)的其它活性物质包括聚合物、溶剂、螯合剂、表面活性剂和/或酶、以及它们的混合物。这些活性物质可活化发色团，并且当与从电动牙刷头部发出的光联合使用时，可导致增白和/或色斑去除的效果。此外，某些活性物质如聚合物可用作口腔护理载体以将活性物质递送至口腔表面。聚合物的实施例包括聚乙烯吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯共聚物(“PVP-VA”)、丙烯酸聚合物、Polyox树脂和/或硅氧烷、以及它们的混合物。聚合物可以一定量加入到所述牙齿增白和/或色斑去除物质中，其量按牙齿增白物质的总量计为约0％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％和/或小于约90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％、5％重量。溶剂的实施例包括但不限于：六甲基二硅氮烷(“HMDS”)、乙酸乙酯(“EtAC”)、丙酮、聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)、己烷和异十二烷、以及它们的混合物。溶剂可以一定量加入到所述牙齿增白和/或色斑去除物质中，其量按牙齿增白物质的总量计为约0、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％和/或小于约90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％、5％重量。螯合剂的实施例包括但不限于：焦磷酸盐，包括焦磷酸四钠(“TSPP”)和焦磷酸四钾(“TKPP”)、甘氨酸(“Gl-H”)、乙二胺四乙酸(“EDTA”)、羟乙二膦酸盐(“EHDP”)和/或氨三乙酸(“NTA”)、以及它们的混合物。螯合剂可以一定量加入到所述牙齿增白和/或色斑去除物质中，其量按牙齿增白物质的总量计为约0、2％、3％、5％、10％、20％、30％和/或小于约30％、20％、10％、5％重量。表面活性剂的实施例包括但不限于：月桂基硫酸钠(“SLS”)、普流罗尼类、聚环氧乙烷、季铵表面活性剂和/或两性离子表面活性剂、以及它们的混合物。表面活性剂可以一定量加入到所述牙齿增白和/或色斑去除物质中，其量按牙齿增白物质的总量计为约0.1％、2％、3％、5％、10％、20％、30％、40％、50％和/或小于约50％、40％、30％、20％、10％、5％重量。酶的实施例包括但不限于：蛋白酶、碳水化合物、漆酶、glucox和/或木瓜蛋白酶、以及它们的混合物。酶可以一定量加入所述牙齿增白和/或色斑去除物质中，其量按牙齿增白物质的总量计为约0％、1％、2％、3％、4％、5％和/或小于约5％、4％、3％、2％、1％、0.5％重量。
3.光敏剂
促进或加速漂白剂作用的促进剂可包括研磨剂、金属催化剂和光敏剂。这些光敏剂中的一些还可适用于处理细菌、龋齿或基于光的响应输出的其它病症，前面论述了其中的一些实施例。诸如时间量、强度和基于光的响应输出波长等因素可根据光敏剂和所需的处理而变化。这些促进剂可以一定量加入所述牙齿增白和/或色斑去除物质中，其量按牙齿增白物质的总量计为约0％、2％、3％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％和/或小于约60％、50％、40％、30％、20％、10％、5％重量。合适的研磨剂包括二氧化硅、碳酸钠、磷酸钙、以及它们的混合物。金属催化剂包括铜、铁、锰和其它过渡金属离子。已知一些光敏剂可产生活性氧的化学性质。这些光敏剂可吸收波长为约380nm至约700nm的光或被该波长的光活化。光敏剂或其前体选自由下列物质组成的组：叶绿素，具体是叶绿素a和b，以及细菌叶绿素；玟瑰红；亚甲基蓝；酞菁锌；卟啉，具体是血卟啉、尿卟啉和四苯基卟啉，以及它们与锌、铝、硅、锡的复合物；酞菁，以及它们与锌、铝、硅、锡和姜黄素的复合物；绿素，具体是细菌绿素；核黄素；胆红素；姜黄素；EDTA；二亚乙基三胺五乙酸(DEPTA)；NTA；EHDP；乙二胺四(亚甲基膦酸)；以及二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)。光敏剂可以一定量加入所述牙齿增白物质中，其量按牙齿增白物质的总量计为约0.1％、0.5％、1％、2％、3％、5％、7％、10％和/或小于约10％、7％、5％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％重量。与电子给体如胺和酰胺--EDTA、DTPA、二亚乙基三胺五膦酸、三乙醇胺、三乙基胺、色氨酸、酪氨酸或乙酰苯胺组合使用上述任何敏化剂可生成过氧化物。在另一个实施方案中，纳米尺寸的锌二极管和二氧化钛可用作光敏剂。
在一些实施方案中，可能要求所述发光牙刷和增白物质相“匹配”。也就是说，要求如果所述增白物质暴露于一定波长或波长范围即波段的光下时显示具有增强或促进的增白功能，那么从本文所述牙刷的发光元件发出的光的波长与该特定波长相同或基本相同。例如，如果确定一种具体的增白物质用于本文所述的发光牙刷，并且如果该物质暴露于峰值波长为430nm至470nm的光下时显示具有增强的效果，那么与该物质联合使用的牙刷可发出波长在430nm至470nm范围内的光。
4.其它的口腔护理活性物质
可用于本发明以提供口腔护理有益效果的其它口腔护理活性物质包括但不限于：亚锡离子；抗微生物剂；抗牙斑剂；抗炎剂；营养物质，如矿物质、维生素、口服营养增补剂；抗氧化剂；抗病毒剂；止痛药和麻醉剂；H-2拮抗剂；和其它活性物质，如胰岛素、甾体化合物、草本植物和其它植物来源的药物、抗肿瘤药和剂抗齿龈炎或齿龈护理剂。这些口腔护理活性物质可以一定量加入所述口腔护理物质中，其量按所述口腔护理物质的总量计为约0.01％、1％、5％、10％、20％、30％、40％和/或小于约40％、30％、20％、10％、5％、1％、0.5％重量。
5.口腔护理载体和胶凝剂
本文所公开的口腔护理物质可包含口腔可接受的口腔护理载体。此外，一些本文所公开的活性物质也可用作口腔护理载体。在一些实施方案中，口腔护理活性物质如聚合物可用作聚合物口腔护理载体以使所述活性物质具有改善的亲和性，进一步使所述口腔护理活性物质粘附在所需的口腔表面和/或改善口腔护理活性物质至口腔所需表面的递送。对某些活性物质而言，活性物质停留在口腔护理表面的时间越长，可递送的口腔有益效果就越大。在一个实施方案中，口腔护理活性物质是光活化的，因此使用增加活性物质在口腔表面亲和性的聚合物使得所述口腔护理活性物质更多地暴露于光中。延长暴露于光中的时间可使口腔护理有益效果增加。口腔护理载体包含一种或多种相容的固体或液体填充稀释剂或适于局部口服的胶囊包封物质，并且可改善口腔护理活性物质至口腔表面的递送。所述口腔护理载体应当与所述物质中使用的活性物质相容。本文所用术语“相容”是指所述物质的组分能够混合而没有严重降低所述物质稳定性和/或功效的相互作用。具体地讲，所述口腔护理载体可包括聚合物载体，如美国专利6,682,722和6,589,512以及美国申请10/424,640和10/430,617中所述的那些。适用于本发明的聚合物的实施例包括但不限于：硅橡胶纯胶料和树脂，具体是分子量约1000至约10,000的硅氧烷树脂；二羧基官能化的聚有机硅氧烷；由一种乙烯基吡咯烷酮单体或其混合物(具体地讲，乙烯基吡咯烷酮与乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯的共聚物)与一种C1-C19烷基羧酸C2-C12链烯基酯单体或其混合物共聚制得的水溶性或水可分散的共聚物；丙烯酸聚合物；Gantrez；和/或聚乙烯吡咯烷酮。
在本发明的一个实施方案中，聚合物载体包含作为基本成分的至少一种羧酸基团官能化的硅氧烷聚合物，以应用于极性表面如牙齿、陶瓷、皮肤、织物、毛发、玻璃和纸上。所述物质在制剂中包含至少约0.1％的羧基官能化的硅氧烷聚合物。该制剂有效地将聚合物沉积在处理过的表面上。本发明聚合物包含疏水的硅氧烷主链和包含羧基基团的侧链阴离子部分，并且能够从含水的制剂(如清洁和洗涤剂物质)和从基本不含水的制剂沉积到表面上。当涂敷于合适的表面上时，包含羧基官能化硅氧烷聚合物的本发明物质在处理过的表面上形成基本疏水的涂层。所述涂层在其上能够长时间保持。
据信，用于本发明的羧基官能化硅氧烷聚合物将其自身粘附于极性表面上并通过静电相互作用在其上形成涂层，即在聚合物侧链羧基与处理过的表面上的阳离子或其它某些正电荷位点之间形成复合物。例如，就口腔应用而言，据信羧基将与牙齿中存在的钙离子相互作用。就织物而言，可以是与钙离子或纤维素基团的相互作用。就毛发或皮肤而言，可以是与蛋白质残基的相互作用。就玻璃或陶瓷而言，可以是与钙离子和其它金属离子的相互作用。因此，该羧基可用于将硅氧烷聚合物主链固定在表面上，从而对它改性使其成为疏水的。
聚硅氧烷主链上的官能团侧链包含两个羧基，导致所述聚合物在表面上(如包含带正电的钙离子的牙齿)的沉积和保持显著改善。羧基和牙齿表面之间的相互作用是静电性质的相互作用，其中阴离子羧基与带正电的钙离子形成复合物。
用于本发明的二羧酸官能化聚有机硅氧烷具有化学式
               X(R4R5SiO)p(R6ASiO)qY
其中
X端基代表化学式为R1R2R3SiO-的三有机硅烷氧基端基，或Z端基，其中Z代表-OH；
Y端基代表化学式为-SiR3R2R1的三有机硅烷基端基，或W端基，其中W代表-H；
R1至R6，其可以相同或不同，各自代表直链或支链的C1-C8的烷基或苯基，优选甲基；
A代表化学式如下的二羧酸基：
Figure G05848720420070828D000461
其中
B代表具有2至30个碳原子，优选3至8个碳原子的亚烷基残基，其任选被具有1至30个碳原子的一个或多个烷基取代，
R’代表氢原子或具有1至30个碳原子的烷基，
E不存在或为具有1至5个碳原子，优选1至3个碳原子的亚烷基残基，其可任选被具有1至30个碳原子的一个或多个烷基取代；并且
M为H、阳离子或具有1至4个碳原子的烷基，其可任选被羟基或烷氧基取代；
p为在0至1000，优选0至500，更优选5至200范围内的平均值；
q为在1至100，优选1至50范围内的平均值；并且
Z端基和W端基的数目与端基X和Y的总数的比率在0/100至75/100，优选0/100至30/100的范围内。
在一个实施方案中，p/q比率为1/3至99/1(对应于相对于甲硅烷氧基单元1％至75％的侧链二元酸基团)，在另一个实施方案中，p/q比率为1/1至10/1。其中Z为-OH和/或Y为H的产品为副产物。
二羧基的阳离子盐可以为碱金属(钠、钾、锂)盐、碱土金属(钙、钡)盐、未取代或取代的铵(甲铵、二甲铵、三甲铵或四甲基铵、二甲基哌啶鎓)盐或可衍生自链烷醇胺(单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺)的盐。
除了二羧基的单酯或二酯衍生物(M＝烷基)外，本发明还包含酰胺和二酰胺衍生物。
通常，本发明的二羧基官能化的硅氧烷聚合物可通过将聚烷基氢化硅氧烷和α-烯属酸酐、二羧基A的前体，借助于有效量的氢化硅烷化金属催化剂(铂)进行氢化硅烷化反应(例如，在美国专利3,159,601、3,159,662和3,814,730中所述)，随后水解该酸酐基团来制备。
具体地讲，相对于来自口腔护理物质如洁齿剂或漱口水的漂白剂递送，具有疏水聚硅氧烷主链和含二羧基的侧链部分的本发明聚合物只适于有利于漂白剂在牙齿上的递送并保持足够长的时间以提供明显的增白有益效果，特别在重复使用该物质的情况下。因此，使用本体聚合物以使漂白剂沉积并保持长时间接触的本发明方法代表了一种新型的方法。
在另一个实施方案中，聚合物载体为的乙烯基吡咯烷酮(VP)/乙酸乙烯酯(VA)共聚物，其VP/VA重量比率为60/40，并且平均分子量为约1000至约1,000,000，购自BASF Corp和ISP。VP/VA比率在约30/70至约90/10范围内的共聚物也是适合的。
本发明的口腔护理物质可以有许多形式，包括凝胶形式，具体地讲包括含水凝胶形式。凝胶是由胶凝剂形成的高粘度基质。如果使用凝胶形式，可使用胶凝剂。可用于本发明的胶凝剂对于口服使用是安全的，不容易溶于唾液中，并且不与掺入其中的口腔护理化合物反应或使其失活。通常，胶凝剂为可膨胀的聚合物。适用于本发明的胶凝剂包括聚羧乙烯、羧甲基纤维素、羧丙基纤维素、泊洛沙姆、角叉菜胶、胶体硅酸镁铝、羧乙烯基聚合物和天然树胶(如刺梧桐树胶、黄原胶、瓜耳胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶)、以及它们的混合物。胶凝剂可以凝胶形式以一定量加入到所述口腔护理物质中(具体为加入到牙齿增白物质中)，其量按所述口腔护理物质的总量计约0.1％、1％、2％、3％、5％、7％、10％、12％、15％和/或小于约15％、12％、10％、8％、7％、5％、3％、2％、1％、0.5％重量。
可用于本发明的另一种处理剂为光偶联剂。这些化合物通过减少组织表面的光散射量来增加进入下层组织的光的量。示例的光偶联剂包括甘油、葡萄糖、丙二醇、聚乙二醇、抗x-射线剂(Trazograph-60、Trazo-graph-76、Verogrann-60、Verografin-76和Hypaque-60)、蛋白质(血红蛋白、白蛋白)、以及它们的组合。所述光偶联剂还可与添加剂如乙醇和水一起使用(例如，乙醇、甘油和水)。
其它的处理剂还可包括脱敏剂(例如，柠檬酸钠和硝酸钾)、胶凝剂(例如，氯化钠和甘油)、粘性基质物质(例如，CARBOPPOL 974NF)、以及传统的牙膏。稳定或调节口腔中pH水平的物质也可以作为处理剂被添加。
6.实施例
以下实施例进一步说明了本发明范围内优选的实施方案。给出这些实施例仅仅是为了说明本发明，不可解释为对本发明的限制，因为在不背离本发明精神或范围的条件下可以对本发明进行许多更改。除非另外指明，所有成分均以所述组合物的重量百分比表示。
牙膏/洁齿剂实施例
依照本发明的洁齿剂组合物如下所示。这些组合物使用常规方法制备。
实施例系列1
  组分   8A   8B   8C   8D   8E   8F
  颜料FD&C蓝#1   0.300   0.200   0.200
  卡波姆956   2.000   2.000   0.300   0.300
  柠檬酸   0.180
  风味剂   0.900   1.100   1.000   0.900   1.200   0.800
  糖精   0.300   0.400   0.450   0.400   0.300   0.350
  甘油   10.000   30.000   30.000   适量
  磷酸二氢钠   0.500   0.590   0.500
  磷酸三钠   1.450   1.400
  黄原胶   0.475   0.500
  氢氧化钠(50％溶液)   1.100
  PEG 40 SDIS   1.240
Figure G05848720420070828D000491
实施例系列2
  成分   化学式 重量百 分比 (％)   化学式 重量百 分比 (％)   化学式 重量百 分比 (％)   化学式 重量百 分比 (％)   化学式 重量百 分比 (％)   化学式 重量百 分比 (％)
  糖精钠USP(a)   0.320   -   0.50   0.70   0.50   0.50
  磷酸三钠   1.450   -   -   -   -   -
  黄原胶NF   0.475   6.00   -   -   --   -
  氟化钠USP   0.243   -   -   -   -   -
  卡波姆956/Pemulen   0.300   2.00   -   -   -   -
  磷酸二氢钠   0.590   -   -   -   -   -
  山梨醇溶液USP(70％)(b)   62.242   -   -   -   -   -
  二氧化硅研磨剂USP   20.000   5.00   -   -   -   -
  纯化水，USP(b)   8.980   -   60.00   24.00   60.00   60.00
  月桂基硫酸钠28％溶液   4.000   -   -   -   -   -
  风味剂   -   -   -   1.50   -   -
  染料，FD&C蓝1号溶液(c)   0.200   -   -   -   -   -
  聚二甲基硅氧烷(直链PDMS)1E-5m2/s(10厘沲)   -   80.00   -
  PDMS(SE 30)   -   7.00   -   -   -   -
  乙醇   -   -   32.50   -   -   -
  三聚磷酸钠   -   -   2.00   5.00   -   5.00
  60/40PVP/VA   -   -   5.00   5.00   5.00   5.00
  丙二醇   -   -   -   53.00   30.00   25.00
  苯甲酸钠   -   -   -   0.32   -   -
  苯甲酸   -   -   -   0.02   -   -
  泊洛沙姆407   -   -   -   10.00   4.50   4.500
  木瓜蛋白酶(酶)   -   -   -   -   0.002   -
  葡萄糖氧化酶   -   -   -   -   -   0.005
  总计   100.00   100.00   100.00   100.00   100.00   100.00
漱口水实施例
依照本发明的漱口水组合物如下所示。这些组合物使用常规方法制备。
实施例1
  成分   重量％
  水   29.000
  丙二醇   53.459
  苯甲酸钠   0.320
  苯甲酸   0.021
  糖精钠   0.700
  丙基琥珀酸官能化的聚硅氧烷(表观分子量＝1700)   5.000
  泊洛沙姆407   10.000
  风味剂   1.500
实施例2
  成分   重量％
  水   24.00
  丙二醇   53.46
  三聚磷酸钠   5.000
  苯甲酸钠   0.320
  苯甲酸   0.020
  糖精钠   0.700
  60/40PVP/VA   5.00
  泊洛沙姆407   10.00
  风味剂   1.500
实施例3
  成分   重量％
  纯化水   76.638
  甘油   23.000
  风味剂(冬青)   0.120
  糖精   1.018
  CPC   0.074
  泊洛沙姆407   0.050
  FD&C蓝#1   0.100
实施例4
  成分   重量％
  纯化水   49.568
  3％H2O2   25.000
  CPC   0.053
  泊洛沙姆407   0.050
  PVP/VA   0.200
  三氯蔗糖   0.010
  甘油   25.000
  薄荷醇   0.040
  水杨酸甲酯   0.07
  FD&C蓝#1   0.009
凝胶实施例
依照本发明的凝胶组合物如下所示。这些组合物使用常规方法制备。
实施例1
  成分   重量％
  聚二甲基硅氧烷(直链PDMS)1E-5m2/s(10厘沲)   80
  PDMS(SE30)   7
  黄原胶   6
  Pemulen   2
  二氧化硅胶体   5
实施例2
  成分   重量％
  乙醇   32.50
  水   60.00
  三聚磷酸钠   2.00
  糖精钠   0.50
  60/40PVP/VA   5.00
实施例3
  成分   8A   8B   8C   8D   8E   8F   8G
  风味剂   0.500   0.500   0.500   0.500   0.500   0.500   0.500
  糖精   0.100   0.100   0.100   0.100   0.100   0.100   0.100
  丙基琥珀酸聚硅氧烷聚合物(表观分子量＝1700)   80.000   25.000   70.000   80.000
  丙基琥珀酸聚硅氧烷聚合物   75.000   66.000   75.000
  过氧化脲   10.000   15.000   20.000   15.000   15.000
  三氯生   3.000
  氯化十六烷基吡啶   1.00
  PEG 600   适量   适量   适量   适量   适量   适量   适量
实施例4
  成分   重量％
  甘油   70
  羧基聚甲烯   5
  过氧化脲   10
  水(pH 6.5)   15
7.基于化学的响应输出元件或装置
现在描述适用于本发明的作为基于化学的响应输出而用于组合物的分配的多种结构和机构。存在用于将口腔护理物质递送至口腔表面的装置。所述递送包括但不限于从传感器响应牙刷分配或释放物质。通常，利用基于化学的输出的传感器响应牙刷包括限定在牙刷的主体或外壳内的包含一个或多个口腔护理物质的贮存器或容器。这些物质可呈液体、气体、半固体的形式、或呈其它合适的形式。优选地，这些物质呈可流动形式，例如溶液或凝胶形式，和/或被加压以帮助它们从牙刷排放或释放。口腔护理物质在某些实施方案中可呈固体形式例如颗粒状的、小丸或优选呈小颗粒形式。也设想利用一个或多个微型泵来实现口腔护理物质从牙刷到口腔的转移。一个或多个口腔护理物质可在沿牙刷的几乎任何位置从传感器响应牙刷分配，然而优选分配发生在牙刷的头部和/或颈杆区域。分配可通过沿外壳的外部提供在外壳或组件例如刷毛载体中的一个或多个孔口或小孔发生。在另一个实施方案中，口腔护理物质通过递送系统递送到口腔表面。所述系统包括暴露的或换句话讲可沿牙刷的外部够到的牙贴。牙贴上施加或涂敷的是口腔护理物质。口腔护理物质可为均匀的并且连续地涂敷到牙贴上。可供选择地，口腔护理物质可为组分的层压或分离层、组分的无定形混合物、不同组分的分离带或点或其它图案、或这些结构的组合，所述结构包括沿牙贴的一部分的口腔护理物质的连续涂层。
本文所述的传感器响应牙刷可提供基于化学的输出，所述输出可分配一个或多个口腔护理组合物。对于这些实施方案，牙刷可利用包括一个或多个盒的分配系统。所述盒每个均包含某种特定的口腔护理组合物。
这些盒可手动或马达驱动以将口腔护理材料或者直接分配到牙刷的涂敷器上或者通过牙刷中的通道分配到涂敷器上或穿过涂敷器。优选地，分配由马达驱动并且由控制器控制，但设想可将信号提供给使用者而让使用者手动提供响应输出，例如通过手动泵浦组合物以实现组合物的分配。涂敷器可为用于将材料施用到牙齿或施用到另一个装置上的任何合适的装置，包括刷毛、中空的分配管(用于将材料直接施用到牙齿/齿龈上或施用到另一个装置例如牙刷上)、海绵和/或结块(一种用于接触牙齿和/或齿龈的有齿的、粗糙、或多轮廓的表面)。分配系统通常也包括盒座和分配致动器，如呈把手、按钮或类似部件的形式。
任何合适的贮存器或盒均可用于本发明。应当理解，所用的贮存器或盒可完全或部分地位于分配系统的内部，或完全或部分地位于分配系统的外部，并且可或不可从系统移除。附加地，所用的贮存器或盒可永久地安装到系统上，或可为一次性的，包括单次使用的一次性贮存器。合适的贮存器的非限制性例子包括通常为刚性壁的正排量型贮存器例如盒，并且也包括通常为柔软壁的泵抽型贮存器例如小药囊、曩状物和泡罩。
任何具体盒的分配量均可通过任何合适的方法调节。所述方法的非限制性例子包括改变分配机构的马达速度，并且包括改变分配机构的机械效益(例如通过取代具有各种螺距的螺杆或通过利用不同比率的齿轮来驱动螺杆)。对于盒设计的其它变型，产品的分配速率和量可通过例如孔口、速度/定时关系、泵剂等方法来控制。
盒、分配系统等的补充细节阐述于2003年4月25日提交的美国专利申请公布2003/0194678中。
适用于本发明方法中的条状物的实施例包括但不限于美国专利6,096,328、6,136.297、6,045,811、5,989,569、5,894,017、5,891,453、5,879,691、6,277,458、6,287,120和6,343,932中所公开的条状物。
口腔护理物质也可使用与可置换头部组合件互换使用的漂白牙托提供到口腔表面。适用于本发明方法中的托盘的实施例包括但不限于美国专利5,846,058、5,816,802和5,895,218中所述的那些，以及其它预装填装置如美国专利5,310,563中所述的那些。
附加地，可使用涂敷器将口腔护理物质涂刷在口腔的所需表面上。涂敷器可与可置换头部组合件互换使用。递送装置可包括一个用于上牙的和一个用于下牙的。所述递送装置可以是一次性的或可重复使用的。
D.套件和可置换牙刷组件
传感器响应电动牙刷可包装为套件。所述套件包括每个均具有一个或多个响应试剂的一个或多个口腔护理物质和/或包含响应输出元件例如发光元件的一个或多个可置换头部。口腔护理物质可以洁齿剂的形式提供。所述洁齿剂与牙刷一起使用或包装在盒中以备如前所述地从牙刷分配。可供选择地，可提供包括用于分配的基于化学的输出和部件的一个或多个可置换头部。因此这些头部可以是替换品，或者单独地分配给家庭的不同成员。因此通常一个套盒内的不同头部的一部分存在颜色差别。尽管柄部是按电池供电论述的，本发明也包括其它熟知的电源供应，如用于电源插座连接的电线或可充电电池和相关的炭刷架/充电器(未示出)。所述套盒还可包括一个或多个包装好的、光活化的口腔物质，如包装好的牙齿增白组合物。此外，所述套盒还可包括其它非光活化的口腔护理物质和不包括发光元件的牙刷头部。
现在参见图25和图26，显示了传感器响应牙刷2000。该牙刷包括可置换头部2016。头部2016还包括活动刷毛载体2020和静止刷毛载体2022。设置在静止刷毛载体2022上的是LED 2075。传感器响应牙刷2000还包括一个或多个传感器例如2001和2003。虽然这些传感器显示为定位在可置换头部和颈杆组件上，但本发明包括提供定位在牙刷2000的主体或外壳2012上的一个或多个传感器。
颈杆2017在接头2015处与柄部2012分离。颈杆2017具有两个定位在颈杆端部2032内的小销轴或小突出2036(以幻象显示)。小突出具有适当的尺寸以适合存在于柄部2012的配合端部2040上的L形狭槽2042。L形狭槽2042的宽度比小突出的宽度略宽以使L形狭槽能够接纳小突出。L形槽的深度约等于小突起的高度，使L形槽可容纳小突起。
在将头部和颈杆连接到柄部上时，使用者将小突起与L形槽的顶面2044对齐。使用者向下推压或按压头部2016以使小突出接触L形狭槽2042的底部表面2046。当小突出已接触L形狭槽的底部表面2046时，使用者随后相对于柄部2012将头部2016和/或颈杆2017转动大约90度，从而将头部锁进适当的位置，如图25和图26所示。突出的每个的顶部表面锁定在L形狭槽2042的每个的顶部表面的下面。因此使用者向协同销轴和导槽上施加某个压且扭的动作以将头部置于完全连接在柄部上的构型并且实现头部和柄部之间的锁定接合。
沿颈杆与柄部的配合区域提供有一个或多个电接触器，以提供两者之间可拆卸的电气联接。
概括地讲，本发明涉及用于口腔的口腔护理工具。所述工具具有可置换或可移除头部和/或颈杆以及位于牙刷头部上的一个或多个电气元件，所述电气元件包括但不限于发光元件和/或一个或多个传感器。这样的口腔护理工具包括但不限电动牙刷、牙齿磨光器、齿龈按摩器等。为简单起见，在下文中本发明将以传感器响应电动牙刷为具体形式加以论述。这样的电动牙刷利用一种机动化的运动可用于个人卫生以清洁人的牙齿和牙龈，当电气元件启动时，例如一个发光元件可照亮刷洗区域，包括牙齿和/或牙龈。本发明包括在头部上使用或提供的任何类型的电动元件。此外，本发明涉及在一种具有可移除牙刷头部的电动牙刷中的可选择性地接合的电气连接器的使用和结合并且其在牙刷的头部和牙刷的柄部之间提供电气通讯。牙刷的头部可进一步包括颈杆。牙刷的柄部可被连接到该颈杆上。此外，牙刷的柄部也可包括颈杆。牙刷的头部可被连接到该颈杆上。为简单起见，在下文中论述的连接将以牙刷的头部和柄部之间的连接为例。然而应当理解，该论述也包括头部和颈杆之间的连接和/或头部和连接到柄部和/或主体的颈杆组件之间的连接。所有这些连接具有相似的元件，但具有沿牙刷长度不同的连接位置。
在一个实施方案中，提供的传感器响应发光电动牙刷包括细长的柄部、头部和从头部延伸以形成头部和颈杆组合件的颈杆。该头部与颈杆组件可以被连接至柄部。本发明包括其中头部和颈杆作为单一的整体组件可从牙刷的柄部移除的实施方案。然而，应当设想颈杆和柄部也可为一个组件，头部可从其上移除。沿可移除部分的配合和接合区域提供本文所述的可分开的电气连接。可在头部之上设置一个或多个电气元件例如发光元件，其邻近于一个或多个静止或运动的刷毛载体或它们的任意组合或位于其上或其中。刷毛载体具有设置于其上的刷毛，且刷毛可形成一簇或多簇。这些方面在本文中进行了详述。
电动牙刷还包括电气连接器。电气连接器是一个位于电动牙刷的头部、颈杆和/或柄部上的部件系统。当其连接时，在其头部和柄部之间提供一个电气通道和电气通讯。由于头部可从牙刷的柄部部分移除，电气连接可被设计为使得从头部移除时电气连接可切断或松脱，并且当再次连接时可容易地再接合。电气连接包括至少一个电气输入和电气输出。可提供多个电气输入，其中(例如)多色LED提供在牙刷头部上。电气连接包括但不限于：形成相互“接触”的机械接触的部件，通过一个磁场电气连接头部和柄部的感应部件，以及通过电场电气连接头部和柄部的电容部件，当电容器形成时产生此电场。沿柄部或主体与头部之间的接合区域提供一个电气连接器，本文描述其实施例。牙刷也具有不止一个连接器。也应当设想如果颈杆从头部和/或柄部之一延伸，连接器的一部分也可设置在颈杆上。
在电动牙刷中在牙刷头部和柄部之间提供一个易于分离的接合构型具有几个优点。首先，牙刷头部或柄部因为该特点可以容易地被置换。牙刷头部与另一个牙刷头部可被容易地互换，其取决于消费者的特殊偏爱。此外，这样的快速和简单接合提供了装配的便利，并且由于相对长的牙刷长度可被显著减少也有助于贮藏和运送问题。
在确定的实施方案中，牙刷具有一个利用从牙刷的柄部或头部部分的其中之一向外突出的构件的可移除头部。该构件通过在牙刷的其它部分中限定的一个对应凹槽、狭槽或接收区域被接收。构件和接收区域彼此协作以提供头部从柄部的选择性移除和头部至柄部的再次连接。在这样一个构型中，电气连接被定位为紧靠构件和它的接收区域。例如，如果连接器包括两个电气感应触头，第一触头可设置在构件上且第二触头可设置在接收区域之内。触头被定位使得当头部至柄部连接时并且因而在接收区域内接合头部时，触头处于相互电气通讯之中，从而在牙刷的柄部和头部之间提供电气通道。
在一个可替换的实施方案中，在外壳和牙刷头部之间的接合组件可利用一个螺旋或螺纹构型，其中外壳和牙刷头部的其中之一包括一个径向突起的螺旋构件，并且另一个限定一个被构型以接收突起的螺旋构件的凹槽或凹陷区域。提供一个对应的电气连接器，例如电气触头可设置在接合组件的配合表面上。
其它接合配置也可用于提供具有可移除头部和柄部的传感器响应牙刷。例如，本发明包括但不限于以下接合构型：利用凹凸排列、可释放的锁紧销轴排列、可释放的制动排列、扣合排列、摩擦件排列以及这些构型的组合。可在头部和柄部部分之间提供可分开的电气连接器，并且使连接器的部件邻近头部和柄部部分之间的接合或配合区域或者在该区域之内。然而，应当设想连接器的头部部件可在牙刷的柄部部分之内被接收和/或牙刷的柄部部件可在牙刷的头部部分之内被接收。
在本文的任何或所有实施方案中，当头部被再次连接到牙刷的柄部时可以提供一个或多个连接器擦拭元件，以用来擦拭一个或多个连接器的电气连接器表面。提供这样的擦拭元件并且定位使得当头部和柄部接合时，擦拭元件经过且基本擦拭电气连接器的外表面。该动作用来清洁连接器表面且移除其上积聚的任何水或残留物。擦拭元件可以用几乎任何成分来形成例如包括但不限于柔韧的橡胶或其它弹性体材料。
依照本发明，在传动轴和一个或多个活动刷毛载体之间，这些活动刷毛载体设置在牙刷头部或换句话讲沿牙刷头部保留，一些类型的可释放接合被利用。例如，在牙刷头部内延伸的传动轴的一个末端和设置在牙刷头部上的一个活动刷毛载体之间，可利用一种“扣合”接合组件。应当理解，在传动机构的一些位置或点可释放的接合组件被利用使得牙刷头部和柄部可被容易地相互分离。
在牙刷的确定实施方案中其中连接器部件包括触头，当头部与牙刷的柄部接合时触头可以面对面的方式相互直接接合。在确定的实施方案中，各自触头的表面在接合过程中相互交叉滑动或至少部分地交叉滑动。各种触头可以相对的平坦表面的形式相互接触以提供电气通讯。或者，所述触头可以利用一个本领域已知的凹凸连接，包括针孔式或插头插座式构型。所述触头也可以利用相互接触的斜面或滑道表面，或取决于特殊的应用，由于倾斜构型可以相对大的接触力相互接合。可供选择地或此外，所述触头可包括一个或多个弹簧构件，其赋予力给一个或两个触头以进一步促进触头之间电气通讯的建立。然而，连接器可使用上述的设计以进入电气通讯，从而给设置在牙刷头部上的电气元件提供电能，而不具有机械连接，即通过感应或电容建立电气通讯。不管连接器的类型，一旦头部和柄部被相互接合，连接器处在一种构型和位置以在头部和柄部之间提供电气通讯。
依照本发明在牙刷中可利用大量的连接器设计、形状和构型。在一个方面中，一个滑动的轨道构型被使用其中在牙刷头部或者柄部上提供一个或多个轨道，并且接收狭槽或凹陷区域被限定在另一个中，例如牙刷头部或柄部，其具有一个尺寸和定向以便当牙刷头部和柄部被相互接合时接收轨道。触头可被集成到这些一个或多个轨道和狭槽中以便当头部接合柄部时在牙刷头部和柄部之间提供电气通讯。具体地讲，一对或多对触头被直接集成到轨道和狭槽的外露表面。各自的触头可被对齐和定位使得当在牙刷头部和柄部之间最终接合时，所述触头在牙刷头部和柄部之间提供电气通讯。
在另一个实施方案中，一个或多个触头被设置在侧壁柱上或或换句话讲在牙刷头部或柄部的向外突起构件上。当与在另一个头部或柄部上提供的对应结构接合时，其与一个或多个附加的触头进行电气通讯。此外，柄部和/或头部和/或柄部的一部分和/或头部可包括导电的基底使得柄部和/或头部或它们的部分可以为导电触头。不管触头布局如何，所得的电气通讯使电能从柄部区域传送到牙刷的牙刷头部。
在另一个实施方案中，电气通讯是通过一个轴向构型来实现，其中各自的触头是通过相对于牙刷头部或柄部部分的其中一个旋转另一个而进入电气通讯。该构型可通过电气触头的多种排列来完成。例如，可采用圆形、半圆形或弓形触头。所述触头可被适当地设置在牙刷头部和柄部的接合区域上。
在另一个实施方案中，电气通讯在头部和柄部之间通过感应来实现。在该实施方案中头部具有一个次级线圈，其连接到设置在牙刷头部上电气元件，并且柄部具有一个连接到电池的初级线圈。当头部和柄部被连接时，初级线圈和次级线圈被磁力耦合以传输电流。更进一步的电气通讯在头部和柄部之间可以用电容来实现，其通过在柄部和头部中包含适当的导电材料，柄部被进一步连接到电池，头部被进一步连接到设置在头部上的电气元件。当头部被连接到柄部时两片导体被分开一段距离使得两片导体形成一个电容。
用于连接器部件的材料的选择也是本发明的另一个重要方面。通常，各种各样的金属和非金属材料可用于连接器的部件。适合的金属包括但不限于铜、铂、银、镍、铝、金、钨、以及这些金属的合金。
可采用导电非金属材料，例如导电聚合物。本文所用术语“导电非金属材料”包括包含一种或多种非金属和一种或多种金属的材料，例如包含金属颗粒的聚合组合物。通常这样的化合物是通过混合固体导电颗粒(例如碳黑、不锈钢纤维、银或铝的薄片或镍包敷的纤维)和电绝缘的块状热塑性塑料(例如，聚苯乙烯、聚烯烃、尼龙、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等等)而制成。
最近，用本身导电的聚合物和它们与普通绝缘聚合物(包括但不限于聚苯胺)的共混物来替代碳黑或上述的填充金属颗粒的化合物的兴趣越来越高。聚苯胺(或简写为PANI)和它的合成以及该聚合物的导电形态的制备(例如，通过将聚苯胺与质子酸接触得到含盐的复合物)已描述于现有技术中。此外，导电聚合物是已知的并且被用于工业生产中，尤其是在电子元件零件的制造中。导电聚合物混料的一些实施例在美国专利5,256,335、5,281,363、5,378,403、5,662,833、5,958,303、6,030,550和6,149,840中有说明。尤其是用于本文所述的连接器组件中的有吸引力的导电聚合物混料包括美国专利5,866,043和6,685,854中所述的那些聚合物。本文所用术语“导电非金属材料”也包括这些类型的组合物。
适用于本发明的另一种导电底基描述于美国专利6,291,568、6,495,069和6,646,540中。该底基当静止或非活性时具有一级电导系数，并且由于应力变化(即机械或电应力)产生二级电导系数。机械应力可包括拉伸和/或压缩。该底基包含颗粒状的组合物，其每一种颗粒包含至少一种基本绝缘的聚合物和至少一种导电填充剂。导电填充剂可以是一种或多种金属、其它导电或半导电元件和氧化物或本身导电的半导电无机或有机聚合物。颗粒典型地最多为1mm，并且颗粒(导体)和聚合物的体积比率合适地为至少3∶1。设想其它当压缩时而导电的底基也适用于本发明。
如前文所提到的，牙刷可以使用一个或多个电动元件。所述电动元件被集成或换句话讲被包括在牙刷头部中并利用电源。在本文所述的牙刷中，一个电源(例如，一个或多个电池)被容纳在牙刷的柄部位置。本文所述的电气连接器设置在牙刷头部和其上设置的需要电能的电动元件之间并且提供电气连通，并且电源典型地存在于牙刷的柄部内。
E.使用方法
在某些实施方案中，一个如本文所述优选的具体的传感器响应牙刷可如下操作。图24图示说明了描述如本文所述牙刷的典型操作的流程图。虚线表示任选的操作。关于图24，通过所述牙刷利用的一个或多个传感器收集信息(1910)。如前文所述，这样的传感器被集成或换句话讲被提供在牙刷上。通过所述一个或多个传感器收集或获得的信息通常涉及使用者的口腔，尽管其也可能涉及其它状况，如使用者的刷牙习惯。典型地，该信息涉及口腔中的一种或多种状况，口腔中一种或多种物质、化学品或试剂的存在、或这些方面的组合。所述一个或多个传感器产生可表示所收集信息的信号或信号组。该信号典型为本领域已知的低伏特或低安培电信号。
所述牙刷可任选包括一个或多个用于处理或过滤信号(1920)的组件。例如，可以利用存储(用于存储数据，如所检测到的状况或刷牙习惯的历史记录)或延迟功能。其还可以与统计程序或算法一起使用以处理和/或过滤信号。
然后分析所述一个或多个信号并且决定合适的输出动作(1930)。优选通过集成在牙刷中的一个或多个微处理器进行分析。可任选地结合一个或多个外部参数(可源自使用者或牙刷本身)进行分析。例如，可通过使用者(1940)或通过牙刷(1950)进行主要模式的选择。主要模式的选择可以涉及例如(i)是否让牙刷评估口腔的状况，(ii)是否让牙刷检测口腔中任何试剂或标记的存在，或(iii)这些项目的组合。任选可进行更多模式的选择，例如第二模式的选择(1960)。在某些实施方案中，该选择可指示或详细说明基于主要模式选择的具体项目。例如，如果主要模式的选择涉及确定口腔中的状况，那么第二模式的选择可能涉及(i)所控制的龋齿输出的具体类型，(ii)该输出执行的增白动作的具体类型等等。
在评估得自一个或多个传感器的信息，并且决定合适的响应输出并任选地进一步作出结合外部参数(如模式选择)的某一决定之后，将信号传输至所述牙刷的一个或多个响应输出组件。该信号依照先前作出的评估和决定控制响应输出组件(1990)。
优选的具体操作还可包括任选的反馈回路，其中指示响应输出组件或操作或响应输出组件动作的信号涉及控制程序或算法，如程序块1970和/或1980。如果需要的话，只要输出或输出组件的动作一偏离，控制程序就能够适当地调节输出或输出组件的动作以减小偏离。
以下简化的电气原理图还图示说明了本文所述传感器响应牙刷的实施方案的运行和构造。图27图示说明了包括一个或多个传感器的系统2100。所述传感器如光传感器2130适合感应或检测光或光性质的变化(其结合口腔2110中的状况或试剂，用2120表示)。传感器2130提供信号。该信号可以被一个或多个放大器2140和过滤元件2150处理或过滤。系统2100还可包括输出组件，例如基于光的输出组件，其可以是LED 2175的形式。可利用一个或多个电容器、电池或电源(用2160和2170表示)来给系统2100中所注明的元件或组件提供电能或动力。
图28为依照本发明的双功能传感器响应牙刷的简化电气原理图。图28通常包括两套图27中表示的先前所述的系统。每套系统的运行通过控制单元或计时器控制。图28图示说明了先前表明的AM/PM牙刷的代表性示意图。更具体地讲，图28说明了包括一个或多个传感器的系统2200。所述传感器如光传感器2230适合感应或检测光或光性质的变化(其结合口腔2210中的状况或试剂，用2220表示)。传感器2230提供信号，该信号可以被一个或多个放大器2240和过滤元件2250处理或过滤。系统2200还可包括输出组件如LED 2275。可利用一个或多个电荷存储或电源模块(用2260和2270表示)来提供电能。
系统2200还可包括一个或多个第二传感器，例如光传感器2232。该光传感器适合感应或检测光或光性质的变化(其结合口腔2212中的另一种或第二种状况或试剂，用2222表示)。传感器2232提供信号，该信号可以被一个或多个放大器2242和过滤元件2252处理或过滤。系统2200还可包括输出组件如LED 2276。可以利用一个或多个电荷存储器或电源(用2260和2272表示)。
系统2200还包括控制器，其可以是定时器2280的形式，其控制系统的哪一部分运行以及在何时运行。例如，就AM/PM牙刷而言，定时器2280可激活系统2200的上面部分以检测可能在某一时刻如早晨具有增加的重要性的某些状况或试剂，然后激活该系统的下面部分以检测可能在另一时刻如晚上具有增加的重要性的某些状况或试剂。系统2200的非限制性应用可包括一个早晨阶段，其中传感器2230检测口腔中指示恶臭的标记或信号，然后激活输出组件2275以处理恶臭。这样的输出可包括分配口气清新组合物或者发射所选波长的光以通过例如杀灭细菌而减轻这种恶臭。设想有一个晚上阶段，其中传感器2232检测口腔中指示另外的状况如牙齿变色的标记或信号。例如，在感应到上述变色之后，激活输出组件2276以处理该变色。可供选择地，与每一阶段相关的处理方式可以由使用者选择，并且在合适的时候由牙刷自动提供。用于补救的输出可包括例如发射所选波长的光以减少上述变色，或者分配用来减少上述变色的口腔护理组合物。当单独使用或与口腔物质联合使用时，本发明的传感器响应电动牙刷可用于递送口腔有益效果。在一些实施方案中，牙齿用口腔护理物质预处理。此预处理使口腔护理物质进一步吸收在口腔护理表面如牙齿内，因此可增加当所述口腔表面暴露于光中时所得的口腔护理有益效果。
在一个实施方案中，本发明包括一种方法，其中将均匀的口腔护理物质涂层涂敷在递送装置上面，然后通过所述传感器响应牙刷的使用可将所述口腔护理物质应用于所需的口腔表面，如多个邻近牙齿、齿龈和/或任何其它口腔表面。然后将牙刷从口腔表面移除，在口腔表面上留下了一定量的口腔护理物质。在递送装置如牙贴被取下之后，保留在牙齿上的那部分口腔护理物质可以为所述牙齿增白物质的约0.1％、0.5％、1％、2％、5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％至约100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、15％、10％、5％。然后使用所述传感器响应牙刷刷牙，将口腔表面暴露于从该牙刷头部发出的光中。此外，洁齿剂可以与所述传感器响应牙刷一起使用来清洁口腔表面。如果需要，可在应用口腔护理物质之前和/或之后用洁齿剂对口腔表面进行清洁。
在另一个实施方案中，本发明包括一种增白牙齿的方法。该方法包括提供包含牙齿增白物质的传感器响应牙刷，并且通过牙刷将该物质应用于多个牙齿上，或可供选择地将该物质直接涂敷于牙齿上，然后如果需要将递送装置如牙托和/或牙贴置于该物质上。当增白操作完成后，可利用所述传感器响应牙刷来检测。牙齿增白物质可包含约5％至约50％的牙齿增白活性物质，并且放置该物质与牙齿接触。递送装置可在牙齿上停留约2分钟、4分钟、6分钟、8分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟、35分钟、40分钟、45分钟、50分钟、55分钟、60分钟至小于约60分钟、55分钟、50分钟、45分钟、40分钟、35分钟、30分钟、25分钟、20分钟、15分钟、10分钟、5分钟。然后移去该递送装置，至少一部分牙齿增白物质留在了牙齿上。在牙贴移去之后，保留在牙齿上的那部分牙齿增白物质可以是所述牙齿增白物质的约0.1％、0.5％、1％、2％、5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％至约100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、15％、10％、5％。
在另一个实施方案中，所述递送装置为其上设置有牙齿增白物质均匀涂层的牙贴。将该牙贴应用于牙齿上，该递送装置可在牙齿上停留约2分钟、4分钟、6分钟、8分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟、35分钟、40分钟、45分钟、50分钟、55分钟、60分钟至小于约60分钟、55分钟、50分钟、45分钟、40分钟、35分钟、30分钟、25分钟、20分钟、15分钟、10分钟、5分钟。当将牙贴从牙齿移除时，该牙贴释放出约0.1％至约80％的牙齿增白物质，使多个牙齿具有设置在其上的牙齿增白物质涂层。然后用传感器响应电动牙刷刷牙。该牙刷包括头部、柄部、活动刷毛载体和设置在牙刷头部并从牙刷头部发光的发光元件。可用该电动牙刷刷牙约30秒、1分钟、1.5分钟、2分钟、4分钟、5分钟、8分钟和/或小于约8分钟、5分钟、4分钟、3分钟、2分钟、1.5分钟、1分钟、30秒。该发光元件可发出波长约420nm至约470nm的光。此方法一天可进行约1至约4次，持续约1至约8周。此外，可使用此方法来代替每天的口腔护理方案，并且可连续使用以减少和防止牙齿变色。
在另一个实施方案中，借助递送装置或涂敷器将牙齿增白物质的均匀涂层设置在牙齿上，然后使至少一部分牙齿增白物质停留在牙齿上过夜。可用依照本发明的传感器响应发光电动牙刷刷牙约30秒、1分钟、1.5分钟、2分钟、4分钟、5分钟、8分钟和/或小于约8分钟、5分钟、4分钟、3分钟、2分钟、1.5分钟、1分钟、30秒。
在另一个实施方案中，在暴露于传感器响应电动牙刷发出的光中之前和/或之后使用漱口水处理口腔表面。该漱口水包含增白活性物质和聚合物。该聚合物为牙齿增白活性物质提供亲和性，和/或有助于将所述牙齿增白活性物质粘附在牙齿表面上。然后使用前述的口腔护理工具刷牙；将口腔表面暴露于从该口腔护理工具头部发出的光中。
上述方法一天可重复约1次、2次、3次、4次至约5次、4次、3次、2次、1次，持续约1天至约8周。此外，上述方法可不受限制地使用，例如代替每天的口腔护理程序。除了去除色斑、牙斑和细菌之外，如果使用所述方法来代替每天的口腔护理程序，还可防止其它牙齿变色、牙斑和/或龋齿的形成。
可使用依照本发明的传感器响应牙刷来应用单次式和/或多次式处理程序，例如每天两次，持续数周或一个月。本发明的牙刷可以与多种输出响应试剂(如发色团和光偶合剂)一起使用以提高效力。这些试剂可以是口腔用具体系的一部分。该体系包括应用至口腔的处理剂和口腔用具如发光牙刷或发光烟嘴。在一个实施方案中，处理剂以糊剂、薄膜、液体漱口水、喷雾或它们的组合的形式应用于口腔。
本发明的传感器响应牙刷可用于口腔内外的多种光动力学治疗和光学治疗。这些响应输出可响应传感器输入而给出，或者可基于牙刷使用的日期/时间(如厂商所设定的程序或使用者所选择)而被自动应用。这些处理基于几种生物物理现象，这些现象是由于递送能量在约280nm至3000nm范围内并且功率密度在约1mW/cm至10000mW/cm范围内的光而造成的，这些全部涉及为生物刺激作用。在一个优选的实施方案中，生物刺激用约1J/cm2至1000J/cm2范围的能流实现，而在一个甚至更优选的实施方案中，用约10J/cm2至100J/cm2范围的能流实现。
生物刺激作用可包括例如由于内源卟啉、细胞色素和组织分子氧吸收光而造成的齿龈、舌头、唾液腺和唾管、扁桃腺、声带、嘴唇、面颊、面部皮肤以及其它组织的血液和淋巴微循环增加。所述光吸收可诱导光激发的氧化氮(NO)，其导致血管和/或淋巴管的扩张，并且还可诱导Ca2+在细胞线粒体中积聚并且激活脉管平滑肌细胞中Ca2+依赖的ATP酶，其导致光削弱了交感血管舒缩神经的活性。这些过程活化了组织排泄功能；内皮细胞和内皮白细胞的增殖能力；以及新的毛细管网的形成，其有助于口腔上皮、齿龈组织、神经组织、皮肤胶原、以及其它组织的再生。此外，光治疗与加热的联合作用还可导致上述组织和腺体的血液和淋巴微循环的活化。
其它作用包括由于光集中于牙髓(由波导光穿过牙釉质和牙质传播而造成)而造成牙髓中血液微循环的活化，和从牙髓穿过蛋白基质到达牙釉质的钙离子流的相应增加，其有助于钙离子填充羟基磷灰石结构中的空缺。
生物刺激作用还可包括局部(口腔和周围的组织)巨噬细胞活性与纤维原细胞、造骨细胞和成牙质细胞增殖的增加。这可导致上皮、胶原、神经组织以及硬齿组织的再生。另外的一个重要的有益效果还可以是细菌、真菌和病毒的杀灭。这种作用是通过光作用于内源卟啉、分子氧、引入的外源性染料、矿物光敏剂和/或矿物光催化剂上而诱导的。
另一个期望的效果是口腔pH的正常化，其是由细菌活性的降低和口腔损伤(口腔炎)的康复而造成的，并导致口腔组织肿胀的减小和渗透压的降低。
全身的有益效果(生物刺激作用)还可通过血液和淋巴扩散提供改善的免疫活性。具体地讲，生物刺激作用可导致光提高血液和淋巴巨噬细胞的免疫活性(其产生过氧化物和氧化氮)；红血球细胞膜的弹性；以及淋巴细胞的增殖活性。其它的全身效果可包括人生理节奏的光诱导调节。
本发明的传感器响应牙刷可用于多种其它的治疗性处理，其包括用光辐射直接照射口腔区域。发光牙刷和发光烟嘴两者都可用于照射口腔中的硬组织和/或软组织，其可以在存在或不存在附加的处理步骤如加热、振动和应用处理剂(如发色团和光偶联剂)下进行。
在一个实施方案中，所述发光牙刷和/或发光烟嘴可通过照射硬口腔组织和/或软口腔组织被用来治疗牙齿问题如齿龈出血、牙齿过敏、牙痛、牙骨质问题、牙釉质变性、龋齿、根管炎症、以及牙周问题。治疗可包括直接照射有问题的区域，而在某些案例中使用加热或发色团以辅助治疗。
F.一些响应输出的实施例和传感器响应牙刷的使用
减少齿龈出血。齿龈出血主要是由上皮细胞和其它结缔组织增殖不足而引起的。本发明的传感器响应牙刷可提供光照和温和的加热以促进纤维原细胞增殖增加，促成上皮、胶原和其它结缔组织的再生，其有助于终止齿龈出血。光受体包括内源卟啉、细胞色素和分子氧，因此以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量照射口腔粘液和下面的组织是优选的。蓝光(400nm至430nm)用于卟啉激发是非常有效的；绿光(540nm至580nm)和红光(600nm至650nm)也能够激发卟啉。具体地讲，粪卟啉可以在以下波长被激发：402±20nm(最大消光系数≈480)、4950±20nm、540±30(最大消光系数≈17)、580±30nm(最大消光系数≈6)、623±20nm；而细胞色素：cytogem(细胞色素氧化酶的辅基)在414±20nm(最大消光系数≈70)、439±20nm(最大消光系数≈117)、446±20nm(最大消光系数≈10)、534±20nm(最大消光系数≈11)、598±20nm(最大消光系数≈16)、635±20nm(最大消光系数≈9)，而细胞卟啉在415±20nm(最大消光系数≈160)、520±20nm(最大消光系数≈9)、560±20nm(消光系数≈21)、580±20nm(最大消光系数≈11)、617±20nm、646±20nm(最大消光系数≈1)。细胞卟啉，其存在于细菌中，对光非常敏感。细菌和真菌中包含的原卟啉可以在以下波长被激发：410±20(最大消光系数≈270)、504±20nm(最大消光系数≈15)、556±20nm(最大消光系数≈15)、600±20nm(最大消光系数≈6)、631±20nm(最大消光系数≈5)。
分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。在持续0.5至3分钟的牙齿清洁过程期间，还期望温和的过热(由加热器提供，最高至43℃)协同作用于血液和淋巴微循环。
降低牙齿过敏。牙齿过敏主要是由于饮料和/或唾液组分诱导的渗透压而导致牙齿中流体穿过牙本质小管向神经末梢运动增加而造成的。牙齿过敏依赖于牙釉质的多孔性，其是由短暂或永久的牙釉质脱矿质(由口腔液体的低pH值引起)造成的。在更加酸性的口腔液体pH(4.0至5.0)下，牙釉质渗透性增加3至4倍。因此，牙釉质光诱导的补充矿质过程将有助于降低牙齿过敏。由于pH的正常化和较少的齿龈肿胀以及较小的应用至过敏牙齿化合物的渗透压，细菌杀灭也将导致牙齿过敏的降低。因此，以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量照射牙齿表面是优选的。蓝光(400nm至430nm)用于细菌卟啉激发是非常有效的；绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至700nm)也能够激发细菌中的卟啉，并且通过产生自由基而杀灭它们。绿光(540nm至580nm)和红光(600nm至650nm)能够激发牙髓卟啉并且增加牙髓中的血液和淋巴微循环，同时相应增加了从牙髓穿过蛋白基质到达牙釉质的钙离子流，其有助于钙离子填充羟基磷灰石结构中的空缺。溶解于组织和牙髓中的分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。温和的过热(由加热器提供)还可以协同作用于血液和淋巴微循环。更有效的细菌杀灭可通过应用外源性发色团并且在相应于该发色团的波长处照射而实现。具体地讲，对于浓度为0.01％至1.0％的亚甲基蓝(MB)染料，以660±10nm和5至1000mW/cm2的功率密度照射；或者对于浓度为0.01％至1.0％的吲哚菁绿(ICG)，以805±5nm和5至1000mW/cm2的功率密度照射。
牙痛的减轻主要是由于改善了牙髓血液和淋巴微循环，其是由光激发NO作用于管壁内皮细胞和光削弱交感血管舒缩神经的活性而诱导的血管和/或淋巴管的扩张而造成的。神经活性的直接光诱导抑制也是可能的。因此，必需以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量照射牙齿表面。绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)能够激发牙髓卟啉，并且增加牙髓中的血液和淋巴微循环。溶解于组织和牙髓中的分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。在持续0.5至3分钟的牙齿清洁过程期间，期望温和的过热(由电加热器提供(或者LED辐射加热)，最高至43℃)以协同作用于血液和淋巴微循环。
牙周组织和牙骨质再生以及植入连接主要是由巨噬细胞活性、纤维原细胞、造骨细胞和成牙质细胞增殖的增加而造成的，其是由光和/或光和热联合作用诱导的。血液和淋巴微循环的增加还改善了组织生长和再生。以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量照射牙齿组织和牙周组织将产生自由基，该自由基能够造成巨噬细胞活性增加，纤维原细胞、造骨细胞和成牙质细胞增殖增加，以及血液和淋巴微循环增加。蓝光(400nm至430nm)用于卟啉激发是非常有效的；绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)也能够激发卟啉。绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)能够激发牙髓卟啉。分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。在持续0.5至3分钟的牙齿清洁过程期间，期望温和的过热(由具体的加热器提供(或者LED辐射加热)，最高至43℃)以获得巨噬细胞活性、纤维原细胞、造骨细胞和成牙质细胞增殖增加，以及血液和淋巴微循环增加的协同效果。
牙釉质矿质的补充。牙釉质脱矿质主要是由口腔液体的低pH值引起的。光和温和的加热可活化齿龈的血液和淋巴微循环，并因此增加从唾液穿过蛋白基质到达牙釉质的钙离子流；钙离子填充羟基磷灰石结构中的空缺。细菌杀灭导致pH正常化，并因此防止牙釉质脱矿质。因此，必需以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量照射牙齿表面。蓝光(400nm至430nm)用于细菌卟啉激发是非常有效的；绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)也能够激发细菌中的卟啉，并且通过产生自由基而杀灭它们。绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)能够激发牙髓卟啉并且增加牙髓中的血液和淋巴微循环，并且相应增加了从牙髓穿过蛋白基质到达牙釉质的钙离子流，其有助于钙离子填充羟基磷灰石结构中的空缺。溶解于组织和牙髓中的分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。在持续0.5至3分钟的牙齿清洁过程期间，期望温和的过热(由具体的加热器提供(或者LED辐射加热)，最高至43℃)以协同作用于血液和淋巴微循环。超声波导入和/或电泳将有助于增加血液和淋巴的流动，并且有助于Ca和P元素在硬齿组织中更均匀分布。更有效的细菌杀灭(如果需要的话)可通过应用外源性发色团并且在相应于该发色团的波长处照射而实现；具体地讲，对于浓度为0.01％至1.0％的亚甲基蓝(MB)染料，以660±10nm和5mW/cm2至100mW/cm2的功率密度照射；或者对于浓度为0.01％至1.0％的吲哚菁绿(ICG)，以805±5nm和5mW/cm2至100mW/cm2的功率密度照射。
龋齿的预防，龋齿通常主要是由变形链球菌引起的。因此，通过光动力学效应杀灭细菌是用于龋齿预防和治疗的一项技术，所述光动力学效应是由光和口腔中引入的内源卟啉和/或细胞色素和/或分子氧和/或外源性染料和/或矿物光敏剂和/或矿物光催化剂诱导的。光和热促进牙髓和齿龈中血液和淋巴微循环并且增加从唾液至牙釉质的钙离子流也能够防止龋齿。因此，必需以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量照射牙齿表面。蓝光(400nm至430nm)用于细菌卟啉激发是非常有效的；绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)也能够激发细菌中的卟啉，并且通过产生自由基而杀灭它们。绿光(540nm至580nm)和红光(600nm至650nm)能够激发牙髓卟啉并且增加牙髓中的血液和淋巴微循环，并且相应增加了从牙髓穿过蛋白基质到达牙釉质的钙离子流，其有助于钙离子填充羟基磷灰石结构中的空缺。溶解于组织和牙髓中的分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。在持续0.5至3分钟的牙齿清洁过程期间，期望温和的过热(由具体的加热器提供(或者LED辐射加热)，最高至43℃)以协同作用于血液和淋巴微循环。超声波导入和/或电泳将有助于增加血液和淋巴的流动，并且有助于Ca和P元素在硬齿组织中更均匀分布。更有效的细菌杀灭(如果需要的话)可通过应用外源性发色团并且在相应于该发色团的波长处照射而实现；具体地讲，对于浓度为0.01％至1.0％的亚甲基蓝(MB)染料，以660±10nm和5mW/cm2至100mW/cm2的功率密度照射；或者对于浓度为0.01％至1.0％的吲哚菁绿(ICG)，以805±5nm和5mW/cm2至100mW/cm2的功率密度照射。非常有效和非特殊的单重态氧和其它自由基的产生可以在碳纳米颗粒或纳米管(如碳黑、富勒烯或tubulene)的宽波段(300nm至900nm)激发下进行，和/或应用混有MB和/或ICG染料的光催化剂(如TiO2纳米颗粒)而进行。
根管消毒和炎症预防也可以通过光动力学效应而实现。所述光动力学效应是由光和通过局部血液和淋巴微循环引入牙髓中的内源卟啉(具体为原卟啉IX)和/或分子氧和/或外源性染料诱导的。由于波导传播，光集中于牙髓中，并且因此增强了光动力学效率并活化了牙髓血液和淋巴微循环。光还改善了巨噬细胞的免疫活性，其产生能够帮助宿主防御微生物的SO和NO。因此，必需以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量照射牙齿表面。绿光(540nm至580nm)和红光(600nm至650nm)能够激发牙髓卟啉以产生用于杀灭细菌的自由基，改善巨噬细胞的免疫活性，并且增加牙髓中血液和淋巴微循环。溶解于组织和牙髓中的分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、106±20nm和1268±20nm波长处被光激发。在持续0.5至3分钟的牙齿清洁过程期间，期望温和的过热(由具体的加热器提供(或者LED辐射加热)，最高至43℃)以协同作用于血液和淋巴微循环。超声波导入和/或电泳将有助于增加血液和淋巴的流动。透入根管和定点区域的光可防止或减少与细菌生长相关的炎症。
牙周问题的预防和治疗也是由于光对细菌的致死效应造成的。所述致死效应通过激发引入牙周受损部位的内源卟啉和/或分子氧和/或外源性染料和/或矿物光敏剂和/或矿物光催化剂而产生活性(单重态)氧和其它自由基而实现。光还改善了巨噬细胞的免疫活性，其产生能够帮助宿主防御微生物的SO和NO。光和温和的加热活化血液和淋巴微循环，并且因此激发内皮细胞的增殖能力并形成新的毛细管网，其有助于使齿龈保持附着在牙齿上。因此，光功率密度、日剂量和波长与龋齿预防中使用的一样(参见：龋齿的预防)。
软组织治疗：
本发明的传感器响应牙刷的另一个优点是它们允许定向辐射。在以下所述的一些案例中，期望光主要照射在软组织上，例如舌组织、神经组织、咽喉组织、脉管组织、毛囊、皮脂囊、皮脂腺、面部皮下脂肪、面部肌肉组织、淋巴系统、胶原、色素斑和/或其它组织(包括其它面部组织和其它口腔组织)。所述牙刷允许通过选择光照射的方向朝这些组织区域直接照射。例如，为了照射面部组织，可将光辐射源置于发光牙刷的外部周边。与传统的牙刷(其仅仅照射刷毛方向(朝向牙齿的硬组织))不同，由这些传感器响应牙刷提供的辐射可以被定向，使得所发出的辐射穿透口腔的粘膜层以向使用者柔软的面部组织区域递送光线治疗。
此外，本发明的传感器响应牙刷还允许通过使用光辐射源从口腔内部治疗以前从口腔外部治疗的某些病症。例如，所述牙刷可从口腔内部向外直接照射目标组织，而不是通过照射受影响的皮肤来治疗粉刺。这是有利的，因为口腔中的组织易于穿透，这是由于口腔的组织壁中包含有限量的胶原造成的。结果，光能更容易穿透组织以较低水平的能量提供治疗并且降低组织损伤的风险。用于此类治疗的优选范围的波长在约280nm至1400nm的范围内，并且甚至更优选在约590nm至1300nm的范围内。
口腔粘膜炎症疾病(口腔炎—口角处出现表面糜烂和破裂，伴有疱疹形成的口腔粘膜急性感染，由单纯疱疹病毒引起，口腔炎在面颊、舌和唇缘处有浅层溃疡)的改善是由于光对病毒和细菌的致死效应造成的。所述致死效应通过激发引入口腔粘膜受损部位的内源卟啉和/或分子氧和/或外源性染料和/或矿物光敏剂和/或矿物光催化剂而产生活性(单重态)氧和其它自由基而实现。光还改善了巨噬细胞的免疫活性，其产生能够帮助宿主防御微生物的SO和NO。光和温和的加热活化血液和淋巴微循环，并且因此激发上皮细胞的增殖能力。光功率密度、日剂量和波长与龋齿预防中使用的一样(参见：龋齿的预防)。
舌疾病(黑舌病-在舌头背部存在棕色软毛状斑点，由肥大的纤维状突起和微生物以及一些色素组成；有苔舌一覆盖白色或微黄色层的舌头，所述层由脱落的上皮细胞、死细胞、细菌、真菌等组成)的改善是由于光对微生物的致死效应造成的，所述致死效应通过激发引入舌头受损部位的内源卟啉和/或分子氧和/或外源性染料和/或矿物光敏剂和/或矿物光催化剂而产生活性(单重态)氧和其它自由基而实现。光还改善了巨噬细胞的免疫活性，其产生能够帮助宿主防御微生物的SO和NO。光和温和的加热活化血液和淋巴微循环，并且因此激发上皮细胞的增殖能力。光功率密度、日剂量和波长与龋齿预防中使用的一样(参见：龋齿的预防)。
唾液腺和舌下腺小管(其开口于嘴中舌下襞表面)(里维纳斯管)炎症的痊愈。期望口腔炎和舌部损伤具有同样的痊愈机理。光功率密度、日剂量和波长与龋齿预防中使用的一样(参见：龋齿的预防)。
口腔组织疼痛的减轻主要是由血液和淋巴微循环的改善而造成的，其是由光激发NO作用于管壁内皮细胞和光削弱交感血管舒缩神经的活性而诱导的血管和/或淋巴管的扩张而引起的。神经活性的直接光诱导抑制也是可能的。光功率密度、日剂量和波长与牙痛的减轻中使用的一样(参见：牙痛的减轻)。
喉咙疼痛、咽痛、急性或慢性扁桃体炎等的改善，这些病症主要是由金黄色葡萄球菌的生长引起的(扁桃体，尤其是腭扁桃体的扁桃体炎；滤胞扁桃体炎，尤其是影响腺窝的扁桃体炎；实质性扁桃体炎；急性扁桃体炎，其影响整个扁桃体；脓疱性扁桃体炎，一个变种，其特征在于形成脓疱)。这种改善是由于光对细菌的致死效应造成的，所述致死效应通过激发引入扁桃体受损部位的内源卟啉和/或分子氧和/或外源性染料和/或矿物光敏剂和/或矿物光催化剂而产生活性(单重态)氧和其它自由基而实现。光还改善了巨噬细胞的免疫活性，其产生能够帮助宿主防御微生物的SO和NO。光和温和的加热活化血液和淋巴微循环，并且因此激发上皮细胞的增殖能力。光功率密度、日剂量和波长与龋齿预防中使用的一样。涉及ALA的治疗使用低浓度的ALA，其是增殖细胞中卟啉的诱导物，在620至640nm处被激发，可用于抑制反常的增殖或口腔粘膜上皮细胞、腺体生长，口腔组织(齿龈、腺体、舌、喉咙等)中的微生物菌群。具体地讲，可提供咽真菌病的治疗。
窦炎，主要由肺炎链球菌引起。咽痛和扁桃体炎具有同样的痊愈机理。光功率密度、日剂量和波长与龋齿预防中使用的一样(参见：龋齿的预防)。
喉炎和其它声带炎症的痊愈。咽痛、声带张力和窦炎具有同样的痊愈机理。光功率密度、日剂量和波长与龋齿预防中使用的一样(参见：龋齿的预防)。
唇缘和面颊周围皮肤肌理、弹性、以及褶皱减少的改善(即皮肤恢复活力)。该改善通过由光和/或光和热联合作用诱导的巨噬细胞和纤维原细胞增殖活性的增加以及新胶原的产生而实现。血液和淋巴微循环的增加还改善了组织生长和再生。光功率密度、日剂量和波长与牙周组织和牙骨质再生以及植入连接中使用的一样(参见：牙周组织和牙骨质再生以及植入连接)。
粉刺的改善。由于红光深的穿透深度，为了让致死光作用于粉刺(导致细菌集中在皮脂腺中)，将所需的照射剂量通过面颊组织提供至皮脂腺是可能的。细菌卟啉的光激发将产生活性(单重态)氧和其它自由基，它们选择性地杀灭这些细菌。因此，期望以与细菌卟啉相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量从口腔内部照射面颊。绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)能够穿透面颊组织并且激发粉刺细菌卟啉以产生杀灭细菌的自由基。粉刺治疗效率可通过向粉刺损伤组织应用合适的光敏剂(例如，亚甲基蓝、吲哚菁绿、ALA等)并结合利用红光和/或近红外辐射而被提高。
毛发生长控制可通过光和/或光和热联合作用而使毛囊中的血液和淋巴微循环正常化而提供。以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量照射口腔组织将产生自由基，该自由基能够造成脉管扩张和响应的血液和淋巴微循环增加。绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)穿透面颊组织并且激发卟啉和细胞色素。分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。在持续0.5至3分钟的牙齿清洁过程期间，期望温和的过热(由具体的加热器提供(或者LED辐射加热)，最高至43℃)协同作用于血液和淋巴微循环的增加。毛发生长控制可包括例如去除毛发或通过选择性破坏多个毛囊(使用单一照射或时间依赖的照射序列)减少毛发。
脉管的改善可以与光和/或光和热联合作用诱导的巨噬细胞和纤维原细胞增殖活性的增加以及新的胶原和上皮细胞的产生相关。以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量照射口腔组织将产生自由基，该自由基能够造成巨噬细胞活性、纤维原细胞增殖和胶原生长的增加。绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)穿透面颊组织并且激发组织卟啉和细胞色素。分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。在持续0.5至3分钟的过程期间，期望温和的过热(由具体加热器提供(或者LED辐射加热)，最高至43℃)协同作用于巨噬细胞活性、纤维原细胞增殖和胶原生长。
口周皮炎的治疗是由于光提高了巨噬细胞的免疫活性，和光激发了血液和淋巴微循环造成的表皮细胞增殖能力。以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量照射口腔组织将产生自由基，该自由基能够造成巨噬细胞活性增加以及血液和淋巴微循环增加。绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)穿透面颊组织并且激发卟啉和细胞色素。分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。在持续0.5至3分钟的过程期间，期望温和的过热(由具体的加热器提供(或者LED辐射加热)，最高至43℃)协同作用于巨噬细胞活性以及血液和淋巴微循环增加。
口腔组织(包括齿龈、牙齿、唇缘和舌，以及其它神经控制口腔组织)中受损的三叉面神经外周受体的修复，可以由神经细胞线粒体中的Ca2+积聚和随后这些细胞中Ca2+-依赖的ATP酶激活促成。光和/或光和热联合作用诱导的血液和淋巴微循环的增加，对于神经组织的再生应该也是重要的。光功率密度、日剂量和波长与口周皮炎的治疗中使用的一样。
口腔组织疼痛的减轻主要是由血液和淋巴微循环的改善而造成的，其是由光激发NO作用于管壁内皮细胞和光削弱交感血管舒缩神经的活性而诱导的血管和/或淋巴管的扩张而引起的。神经活性的直接光诱导抑制也是可能的。所述过程可涉及以下神经：颊神经，其支配嘴角处的口腔粘膜和面颊皮肤的活动；下牙槽神经和上牙槽神经，其支配牙齿、牙骨膜和齿龈的活动；舌咽神经、舌下神经和舌面神经，其支配咽喉、舌头和下巴-舌头肌肉，以及口腔底部肌肉的活动；喉下神经、喉返神经和喉上神经，其支配咽喉肌肉和粘膜的活动；咬肌神经，其支配咀嚼肌肉的活动。光功率密度、日剂量和波长与牙痛的减轻中使用的一样。
对人体组织免疫活性的有益影响，具体地讲，通过光提高血液和淋巴巨噬细胞的免疫活性(其产生过氧化物和氧化氮)；红血球细胞膜的弹性和淋巴细胞的增殖活性。光受体为内源卟啉、细胞色素和分子氧。因此，应该以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1至1000mW/cm2的功率密度、0.06至30J/cm2的日剂量照射口腔粘液和下面的组织(由血管良好地供给)。蓝光(400至430nm)用于卟啉激发是非常有效的；绿光(530nm至580nm)和红光(600nm至650nm)也能够激发卟啉。具体地讲，粪卟啉可以在以下波长被激发：402±20(最大消光系数≈480)、495±20nm、540±30nm(最大消光系数≈17)、580±30nm(最大消光系数≈6)、623±20nm；而细胞色素：cytogem在414±20nm(最大消光系数≈70)、430±20nm(最大消光系数≈117)、446±20nm(最大消光系数≈10)、534±20nm(最大消光系数≈11)、598±20nm(最大消光系数≈46)、635±20nm(最大消光系数≈9)，而细胞卟啉(卟啉a)在415±20nm(最大消光系数≈160)、520±20nm(最大消光系数≈9)、569±20nm(消光系数≈21)、580±20nm(最大消光系数≈11)、617±20nm、646±20nm(最大消光系数≈1)。原卟啉IX可以在以下波长被激发：410±20nm(最大消光系数≈270)、504±20nm(最大消光系数≈15)、556±20nm(最大消光系数≈15)、600±20nm(最大消光系数≈6)、631±20nm(最大消光系数≈5)。分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。
生理节奏的控制。470nm的蓝光影响人的生理节奏，并且可应用于生理节奏紊乱的任何人。可能的光受体为血胆红素和/或粪卟啉。期望以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度、0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量，并且以相应于胆红素吸收波段(455±20nm)和/或粪卟啉I和III吸收波段(402±20nm、470±20nm、540±30nm、580±30nm、623±20nm)的波长光照口腔粘液和下面的组织(由血管良好地供给)。在本发明的一些实施方案中，提供了一种发光牙刷，其可被用来在早上用所选波长的光如蓝光(或其它起兴奋作用的光)照射使用者的口腔，并且在晚上用另一波长的光如红光(或具有镇静效果的光)照射口腔，从而帮助调节使用者的生理周期。
控制血液新陈代谢组分的破坏，具体为胆红素(由于正常或病态的红血球退化而出现在血流中)，使得可防止这样的疾病如高胆红素血症。以450nm至460nm的波长，以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度和0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量光照口腔粘液和下面的组织(由血管良好地供给)是优选的。
通过局部应用(例如，至口腔粘液)或静脉注射合适的光动力学试剂(如ALA、血卟啉等)而产生光动力学效应杀灭血液微循环系统中的病毒。对于这样的治疗，应该优选以1mW/cm2至1000mW/cm2的功率密度、0.06J/cm2至30J/cm2的日剂量和相应于所使用的光动力学试剂吸收波段的波长，光照口腔粘液和下面的组织(由血管良好地供给)。对于ALA的应用，这些波长相应于原卟啉IX的吸收波段(409±20nm、503±20nm、538±20nm、555±20nm、576±20nm、600±20nm、632±20nm)；而对于血卟啉衍生物(HPD)，该波长为620±20nm。
唇缘疾病也可以由光和/或光和热联合作用治疗。以与卟啉、细胞色素和分子氧相应的波长，以1至1000mW/cm2的功率密度和0.06至30J/cm2的日剂量照射口腔组织将产生自由基，该自由基能够造成巨噬细胞活性、纤维原细胞增殖和胶原生长的增加。绿光(530至580nm)和红光(600至650nm)穿透面颊组织并且激发组织卟啉和细胞色素。分子氧可以在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm波长处被光激发。在持续0.5至3分钟的过程期间，期望温和的过热(由具体的加热器提供(或者LED辐射加热)，最高至43℃)协同作用于巨噬细胞活性、纤维原细胞增殖和胶原生长。
药物递送。照射口腔中的软组织，并且尤其是舌下区域，可提高药物递送至血流中的效率。光照产生NO碎片，其随后引起血管扩张，并因此可增加置于组织表面上的药剂的吸收速率和效率。在一个实施方案中，将药物置于舌头下面，并且朝邻近的软组织直接光照。另一种更复杂的药物递送涉及就地活化化学治疗组分，其非活动态可通过光照容易地扩散到口腔组织中。例如，这种非活动形式的试剂可施用至病人的口腔组织，随后通过所选波长的光照射而激活。
本发明的传感器响应牙刷口腔器具的另一个用途是牙齿增白和增亮。所有当前的牙齿增白技术都是基于过氧化物的漂白作用。牙齿颜色是由它的结构和获得性膜、牙釉质、牙质的光学性质决定的。所有这些组分通常能够防止色斑出现。牙齿的表面外观依赖于从牙釉质和牙质的反射。外表和/或内部染色导致牙齿变色。通常，诸如鞣酸、其它食物色素和烟草多酚组分等化合物(其被捕获并紧密结合在牙齿表面的蛋白质层上)，导致获得性膜的外表染色，并且典型可使用牙刷机械去除。通过光散射和牙质的吸收特性以及牙釉质-牙质连接处，确定牙齿的自然颜色。随着老化，包含在牙质中的许多蛋白质(包括胶原)由于分子结构的改变而变得更黄。这种由老化决定的染色是内部染色的一个实施例。对于重度吸烟者、咖啡饮者和红酒饮者，食物着色剂可渗入牙齿深处、牙釉质中并且甚至牙质中，因此不能通过机械清洁去除，而应该被认为是内部染色。由饮用水中过量氟或四环素的长期使用造成的一些系统的损害是内部染色的其它实施例。为了漂白内部的牙齿色斑，通常使用基于氧化或酶应用的化学方法。
本发明传感器响应牙刷的光辐射的使用可提供有效的牙齿增白和增亮。使用发光牙刷的一个附加有益效果可以是牙周病、龋齿和其它口腔疾病的根源的同时预防和/或治疗，其主要基于有效的细菌杀灭和损伤治愈。
所述传感器响应牙刷可提供视觉上的牙齿增白和增亮，其基于以下示例的牙釉质和牙质中色素中心漂白的机理：1)短波长(300nm至500nm)光直接光漂白；2)使用波长范围为960±20nm，和/或1200nm至12000nm，更优选1450±150nm，和/或1890±250nm和/或2400nm至3200nm，9000nm至12000nm的光进行光热漂白；和3)由于内部和/或外表应用的光敏剂和/或光催化剂(FDA认可的染料和/或碳黑(接枝共聚物)、富勒烯(碳纳米颗粒)和/或tubulene(碳纳米管)和/或TiO2纳米颗粒)的光动力学效应，使用组织中的氧在580±20nm、630±20nm、760±20nm、1060±20nm和1268±20nm的光吸收，和/或相应于光敏剂吸收波段的300nm至900nm范围内的所选波长的光吸收，在牙釉质和牙质中直接光产生和光化学产生单重态氧。
一方面，本发明直接照射牙齿深处以治疗牙质结构和牙髓中的内部色斑。在一些实施方案中，本发明的传感器响应牙刷光照牙质中的色斑。本发明的一个主要优点是不仅在牙齿表面，而且在硬组织(牙釉质和牙质)深处可能产生活性自由基如单重态氧，从而有效地漂白内部着色剂。牙质的波导(光子晶体)结构使得可能将光集中于被有机质(胶原)包围的装满水和成牙质细胞的狭窄的牙质管(直径为1至5微米)中。本发明具体特征是漂白大量光吸收剂，由于光的体吸收的减少和反向散射的增加，不仅提供牙齿增白，而且提供牙齿增亮。还可使用光生物激发通过照射齿质胚细胞和牙髓标靶以引起新牙质的生长，从而增强深处牙齿结构的表面外观。此外，每天使用低剂量的辐射可使牙齿恢复活力。
在另一个实施方案中，使用本发明的传感器响应牙刷照射牙齿，使得牙质和牙釉质中的色斑减少；从而牙齿被增白和增亮。在一个实施方案中，用波段介于约300nm和1350nm之间的光照射牙齿。所述牙刷还可包括用于更好清洁的机械振动器和/或用于光敏剂电泳的电极。此外，可使用用于检测从牙釉质的反射光和/或荧光的光电检测器和微芯片监测牙齿变色。
可使用电加热器加热或者用波长范围为约800nm至约100,000nm(100微米)的辐射加热以有利于增白和增亮。光照的使用是尤其有利的，因为其允许深度的选择性加热。通过选择合适的波长，可将牙齿加热至预定深度，并且由于热诱导漂白和扩散可将色素中心破坏并从牙釉质中除去。色斑将扩散出牙齿，并且可被溶解在唾液或生理盐水(如果存在的话)中。优选的波长范围包括960±20nm，和/或1200nm至100,000nm；更优选1450±150nm，和/或1890±250nm和/或2400nm至3200nm。
本发明的传感器响应牙刷还可仅使用内在的光吸收剂直接光漂白牙齿。可供选择地，可使用上述外源性发色团以提高牙齿增白和增亮的效力。可将发色团(和其它处理剂)应用到牙齿，然后照射牙齿。
在另一个实施方案中，牙质色斑可通过在色斑的吸收范围内直接光照而被选择性地光漂白。与传统的牙齿增白不同，本发明允许使用者使用选择波长范围，该波长范围以色斑的吸收光谱为中心，其可以在约280至约800nm的范围内。其结果是用非常特定的波段增白和增亮。
在本发明的另一方面，公开了生物刺激和/或牙齿的光线治疗，用于对已知功率密度的光治疗辐射(间隔1至30天治疗1至10次)有正常响应的病症。然而，在本发明中，可向病人递送一系列的时间间隔的治疗期，其中每一期提供的治疗辐射功率密度比依照传统方案治疗病症典型所需的功率密度更低。所述方法可包括以下步骤：选择对口腔应用的已知功率密度的光治疗辐射有正常响应的病症，并且可向病人递送一系列的时间间隔的治疗期。每一期提供的治疗辐射功率密度比治疗病症典型所需的功率密度更低。可以继续该系列的时间间隔的治疗期，直至由于该系列治疗期的累积效应而改善病人的症状。应用至病人皮肤表面的功率密度介于约1mW/cm2和约100W/cm2之间，并且至少依赖于待处理的病症和辐射的波长。牙齿或粘膜表面的能量优选介于10mW/cm2和10W/cm2之间。可持续应用该辐射一秒至一小时。能流可以在约1J/cm2至1000J/cm2的范围内，并且优选在约10J/cm2至100J/cm2的范围内。在许多实施方案中，LETM或LEMP的发射区域可以在约0.1cm2至约100cm2的范围内，并且递送的功率在约1mW至约10W的范围内，并且优选在约10mW至约1W的范围内。该功率可通过使用高效光源(例如以上所述的那些)递送，该光源具有可像电池一样小的电源或壁插式电源。
显然要注意，可将本文所述实施方案的任何特征、方面或细节完全地或部分地与本文所述的一种或多种其它实施方案的任何其它特征、方面或细节相组合。例如，本发明传感器响应牙刷可包括：(1)一种或多种传感器，例如(i)一种或多种传感器输入元件，(ii)一种或多种传感器输出元件，或这些元件的组合；结合(2)一种或多种输出，例如(i)一个或多个机械输出，(ii)一个或多个基于光的输出，(iii)一个或多个基于化学品的输出，或(iv)这些输出的任何组合。所得的传感器响应牙刷可以与试剂盒一道提供，和/或与一种或多种可置换的头部或颈杆组件一起提供。
此外，虽然最初本发明传感器响应牙刷与具有动力推动的活动刷毛组的电动牙刷一道被描述，但是本发明包括不使用动力推动的刷毛的口腔护理器具。例如，本发明包括手动牙刷。该牙刷具有一种或多种如本文所述的传感器，其结合一种或多种也是如本文所述的输出。在某些实施方案中，还设想到本发明包括非牙刷的口腔器具或器械。
以下专利申请和专利进一步提供了关于本文所述传感器响应牙刷各方面的细节。提交于2003年9月9日的美国申请序列60/501,266；提交于2004年4月26日的美国申请序列10/832,168；提交于2004年5月17日的美国申请序列10/847,429；提交于2004年5月10日的美国申请序列10/842,302；提交于2004年7月9日的美国申请序列10/887,644；提交于2004年7月9日的美国申请序列10/887,667；提交于2004年7月9日的美国申请序列10/888,206；提交于2004年2月10日的美国公布申请US 2004/0191729A1；提交于2004年2月10日的美国公布申请US 2004/0193235A1；提交于2004年2月10日的美国公布申请US 2004/0193236A1；提交于2004年2月10日的美国公布申请2004/0199227A1；提交于2004年2月10日的美国公布申请US2004/0204745A1；提交于2004年2月10日的美国公布申请US2004/0210276A1；以及美国专利6,648,904。
涉及本文所述传感器响应牙刷的更多方面、细节和不同设计在美国专利3,624,219、4,066,745、4,834,969、5,057,308、5,057,309、5,057,310、5,082,444、5,095,615、5,096,699、6,214,320和6,509,007中被提出。也可能包含相似信息的公布的美国申请包括2001/0002994、2003/0082113、2003/0190292和2004/0014001。同样，欧洲申请EP 1104669也可以包括相关信息。
所有引用文献的相关部分均引入本文以供参考。任何文献的引用不可解释为对其作为本发明的现有技术的认可。
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。因此，有意识地在附加的权利要求书中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (40)

1.一种提供口腔护理有益效果的方法，所述方法包括：
启动包括传感器的牙刷；
用所述传感器检测传感器输入；和
响应所述传感器输入从所述牙刷启动响应输出，
其中所述响应输出是基于光的输出和基于化学的输出的组合；其中所述基于化学的输出包括分配口腔护理组合物，所述基于光的输出包括使发光元件发射具有活化所述组合物的波长的光，其中所述口腔护理有益效果是增白牙齿。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括评估所述传感器输入。
3.如权利要求2所述的方法，其中在从所述牙刷启动所述响应输出之前，所述传感器输入达到最小阈值电平。
4.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括启动传感器输出，其中所述传感器输出是具有第一波长的光，并且所述传感器输入是具有不同于所述第一波长的第二波长的光。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述传感器检测传感器输出的变化。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述传感器检测光的变化。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述光的变化源于使细菌发荧光。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器检测化学物质。
9.如权利要求4所述的方法，其中所述第一波长为6 5 5至74 0纳米。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包括产生试剂的氧基。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包括选自由过氧化氢、尿素过氧化氢和过碳酸盐组成的组的试剂。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包括噻吨酮。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包括核黄素。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包括叶绿素。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包括选自由甲苯胺蓝、亚甲蓝和双血卟啉酯组成的组的试剂。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包括选自由金属和金属络合剂组成的组的试剂。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物包括选自由银、锰和铁组成的组的金属。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述具有活化所述组合物的波长的光具有300纳米至650纳米的波长。
19.如权利要求1所述的方法，其中给使用者提供信号以指示所述输出的启动。
20.如权利要求1 9所述的方法，其中所述信号选自由听觉信号和视觉信号组成的组。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述听觉信号选自由蜂鸣声、歌曲、音调、铃音、以及它们的任何组合组成的组。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述视觉信号选自由光、图片、文字信息、颜色、以及它们的任何组合组成的组。
23.如权利要求1所述的方法，其中给使用者提供信号以指示来自所述牙刷的所述输出的结束。
24.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括监控传感器输入。
25.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括评估传感器输入的强度。
26.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括向使用者提供指示传感器输入变化的指示信号。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述指示信号选自由听觉信号和视觉信号组成的组。
28.一种传感器响应电动牙刷，所述牙刷包括：
柄部、头部和在所述柄部与所述头部之间延伸的颈杆，所述柄部具有中空内部区域，所述头部上设置有刷毛，并且所述电动牙刷具有纵向轴线；
设置在所述电动牙刷上的传感器；
传感器滤光器；
设置在所述头部上的一个或多个活动刷毛载体，所述活动刷毛载体上设置有多根刷毛；
设置在所述中空内部区域中的马达，其中所述马达可操作地连接到所述活动刷毛载体以移动所述刷毛载体；和
与所述传感器相关联的至少一个输出组件，其中所述至少一个输出组件的结构适于响应至少一个传感器提供基于光的输出和基于化学的输出的组合，其中所述基于化学的输出包括分配口腔护理组合物，所述基于光的输出包括使发光元件发射具有活化所述组合物的波长的光。
29.如权利要求28所述的电动牙刷，其中所述至少一个输出组件是第一发光元件。
30.如权利要求29所述的电动牙刷，其中所述第一发光元件设置在所述牙刷的后部上。
31.如权利要求2 8所述的电动牙刷，其中所述至少一个输出组件还包括第二发光元件，其设置在所述牙刷的所述头部的刷毛承载表面上。
32.如权利要求2 8所述的电动牙刷，其中所述至少一个输出组件包括两个或多个发光元件。
33.如权利要求32所述的电动牙刷，其中所述发光元件发射具有不同波长的光。
34.如权利要求32所述的电动牙刷，其中所述发光元件发射具有不同强度的光。
35.一种传感器响应牙刷，所述牙刷包括：
包括柄部的主体、头部、以及设置在所述头部上的多根刷毛；
用来提供传感器输出的至少一个传感器，其中所述至少一个传感器包括传感器输入元件和传感器输出元件；
与所述至少一个传感器相关联的至少一个输出组件，其中所述至少一个输出组件的结构适于响应所述传感器输出提供基于光的输出和基于化学的输出的组合，其中所述基于化学的输出包括分配口腔护理组合物，所述基于光的输出包括使发光元件发射具有活化所述组合物的波长的光。
36.如权利要求35所述的传感器响应牙刷，其中所述传感器输出元件发射具有第一波长的光，并且所述传感器输入元件检测具有不同于所述第一波长的第二波长的光。
37.如权利要求35所述的传感器响应牙刷，其中所述多根刷毛为可活动的，并且所述输出组件还提供包括多根刷毛的运动的机械输出。
38.如权利要求37所述的传感器响应牙刷，其中所述机械输出包括改变多根刷毛的运动的各方面。
39.如权利要求37所述的传感器响应牙刷，其中所述基于光的输出包括从输出组件发射具有第一范围的波长的光。
40.如权利要求35所述的传感器响应牙刷，其中所述基于光的输出包括从输出组件产生热。
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