CN102713991A - 用于可视化演示仿牙齿材料的牙齿侵蚀的装置和方法 - Google Patents

Abstract

不同口腔护理产品如牙粉对预防牙齿侵蚀的比较效果可使用仿釉质来演示。制备基底。通过在所述基底表面上生长的溶液来使仿牙釉质的矿物质层成核。作为另外一种选择，所述矿物质层可在包括自组装单层的模板上成核，所述自组装单层在沉积在所述基底表面上的金层上形成。所述矿物质层可包括羟基磷灰石的均质层或在无定形磷酸钙层上的羟基磷灰石的薄的贴面层。然后任选地用口腔护理产品处理所述仿釉质并经受酸挑战。在所述酸挑战后保留的矿物质层的量显著地示出了所述口腔护理产品在预防牙齿侵蚀方面的有效果或无效果。

Description

用于可视化演示仿牙齿材料的牙齿侵蚀的装置和方法

发明背景

本文所述的实施方案一般涉及为牙齿侵蚀提供可视化演示的装置和方法。

牙齿侵蚀是由非细菌来源的酸引起的牙齿表面溶解。酸的来源可为由健康状况如胃食道逆流或暴食症引起的胃液(牙冠硬组织破坏)。侵蚀更常见地是由膳食来源的酸如运动饮料、某些软饮料、水果和果汁引起。对侵蚀发生率的估计差异较大并且存在显著的地域差异，但在一些西方国家儿童临床观察到的侵蚀发生率高达60％。

牙齿清洁产品不断地与改善牙齿侵蚀预防效果的活性成分一起被开发出来。然而，需要对公众和牙科从业人员展示新产品的提高的效果以促进此类产品的使用。

发明概述

本文所示和所述的示例性实施方案涉及包括仿牙釉质层的演示模型、用于制备包括仿牙釉质层的演示模型的方法、以及通过使用此类演示模型提供牙齿侵蚀的可视化演示的方法。在示例性演示方法中，组成齿质和釉质的多种矿物相的薄层可在基底基底上形成，其使用带电表面以在受控组成和温度的溶液中为矿物形成提供模板。该矿物相可用一种或多种经选择的牙粉处理并经受模拟牙齿侵蚀实际起因的挑战。受挑战的层从而示出选择的牙粉在预防牙齿侵蚀方面的效果。

根据一个实施方案，本发明提供了一种演示模型。该演示模型包括平面的或三维的基底基底。该基底基底可为固体基底基底，并且可包含例如二氧化硅的材料。基底的顶部表面可涂覆有仿牙釉质层。仿牙釉质层的实例可包含羟基磷灰石。羟基磷灰石可为在基底上的均质层或在基底上形成的无定形磷酸钙层顶部的贴面层。作为另外一种选择，仿牙釉质层可在自组装单层上形成，所述单层例如包含硫醇化合物的单层，其在涂覆在基底顶部表面的金的薄层上形成。

根据另一个实施方案，本发明提供了一种用于制备演示模型的方法。首先，提供平面的或三维的基底。该基底可包括表面洁净的材料例如模塑聚合物制品、聚合物膜、聚合物带材、二氧化硅、石英、或玻璃。可通过将基底置于包含钙盐和磷酸盐的水溶液中直至在基底的顶部表面上形成矿物层来将仿牙釉质层施用于基底表面。仿牙釉质层的实例可包含以单个涂层形式或以在无定形磷酸钙涂层顶部的贴面层形式的羟基磷灰石。可将一种或多种着色剂加入到无定形磷酸钙层和仿牙釉质层中的至少一个。

根据另一个实施方案，用于制备演示模型的方法可包括提供涂覆有金的薄层的平面的或三维的基底。可通过使金薄层的暴露于化合物如羧化硫醇在金上形成带电的、自组装单层。可将仿牙釉质层施用到自组装单层。仿牙釉质层的实例可包含以单个涂层形式或以在无定形磷酸钙涂层顶部的贴面层形式的羟基磷灰石。

根据另一个实施方案，用于演示牙齿侵蚀的方法可包括提供根据本文所示和所述的其它实施方案制备的演示模型。存在于演示材料上的仿釉质层可为未处理的或可用至少一种口腔护理产品进行处理。所述材料可被漂洗。于是，处理的仿釉质可经受侵蚀挑战。侵蚀挑战可包括将演示材料暴露于侵蚀剂如稀柠檬酸。在侵蚀挑战后，所得膜的物理结构将清楚地示出侵蚀挑战对初始仿釉质层的效应。可视觉评估或使用合适的仪器评估该效应。可使用不同的口腔护理产品在多个试验中重复所述方法，并且可比较各个试验的结果以示出每种产品的比较效果，从而最有效的口腔护理产品将预期表现出减少量的侵蚀。

附图简述

虽然本说明书通过特别指出并清楚地要求保护本发明的权利要求作出结论，但据信由下列说明并结合附图可更好地理解本发明，其中：

图1是包括基底和设置在基底之上的仿牙釉质层的示例性演示模型的侧视图；

图2是具有强化双层结构的示例性演示模型的侧视图，其中快速溶解层置于基底和仿釉质层之间；

图3是包括基底和设置在基底之上的仿牙釉质层的示例性演示模型的侧视图，其中在金属层上形成的自组装单层置于基底和仿釉质层之间；

图4是包括强化双层结构的示例性演示模型的侧视图，所述双层结构在沉积在基底上的金属层上形成自组装单层；

图5是根据一个或多个实施方案制备演示模型的示例方法的流程图；

图6是仿牙釉质层的第一示例性天然成核模板的侧视图；并且

图7是仿牙釉质膜的第二示例性合成成核模板的侧视图。

发明详述

除非另外指明，在该发明详述中使用的所有百分比和比率均按总组合物的重量计。除非另外指明，所有成分的百分数、比例和含量均基于该成分的实际含量，并且不包括在市售产品中可与这些成分组合的溶剂、填料或其它物质。

在该专利中未明确定义的术语将被理解为它们最广范围的明显或普遍含义。在该专利中仅当有类似于“术语X是指Y”的短语涉及某一术语时，才认为该术语是明确定义的。应当理解，除非另外指明，明确定义的术语X是根据提供的定义Y而被定义的。

在本专利中除权利要求书之外的任何部分中的声明将不被理解为旨在限制权利要求书中的任何术语的含义。即使在权利要求书之外提到的术语仅与该术语的单一含义一致，当在权利要求书中提到该术语时，不旨在或意味着该术语受单一含义的限制。在此类情况下，在权利要求书外使用单一含义仅旨在为清楚起见。

除非权利要求限制是通过描述措辞“装置”和功能而没有描述任何结构来定义的，否则并不是意图根据35U.S.C.§112第六段来解释权利要求限制的范围。

没有任何术语对本发明而言是必不可少的，除非这样规定。此外，术语如“优选地”、“一般”、“通常”和“典型地”不旨在限制受权利要求书保护的发明的范围或暗示某些特性对于受权利要求书保护的发明的结构或功能是关键、必需或甚至重要的。更确切地说，这些术语仅旨在突出可以或不可以利用在本发明的特定实施例中的可供选择或另外的特征。

就数量而言，使用术语“基本上”是考虑到定量比较、值、量度、或其它表示具有固有的不确定度。在这种意义上，“基本上”扩展了数量范围以涵盖在数量的测量或测定中固有误差界限内的值。还使用术语“基本上”来表示定量表示可不同于所述参考值而不造成在讨论中受试主体的基本功能有变化的程度。

提到组合物的附加成分时，术语“相容的”指附加成分能够与组合物的其它成分混合，基本上不引起任何降低组合物稳定性、效果、或上述两者的相互作用。

术语“牙粉”是指用于处理口腔表面的组合物。牙粉可包含一种或多种组分。每种组分具有的相特征可与其它组分的相特征相同或不同。牙粉或牙粉组分的示例性相特征包括但不限于糊剂、凝胶、粉末和液体。所述牙粉可为任何所需的形式，如深条纹的，浅条纹的，多层的，具有包围糊剂的凝胶，皮/芯型排列，共挤出的皮/芯型排列，或它们的任何组合。例如当包装时，作为口腔护理产品，可将多组分牙粉的一种或多种组分包含在物理上分开的分配器和并列分配器的隔室内；可将一种或多种组分包在一起，无物理上的分隔；或一些组分可分开包装而一些组分可包在一起。

术语“口腔护理产品”是指在常规使用期间能够保留在口腔中提供口腔活性的产品。口腔活性可起因于口腔护理产品与选择的牙齿表面(例如牙齿)、口腔组织(例如牙龈)、或二者的接触。口腔护理产品通常用于例如通过除去牙斑以清洁牙齿；预防形成牙结石；预防病症如龋齿(蛀牙)、牙周炎和齿龈炎；以及除去并预防口腔恶臭、口臭和牙齿变色。口腔护理产品的实例可包括但不限于牙膏、牙粉、牙胶、龈下凝胶、泡沫、漱口水、假牙产品、口喷剂、锭剂、咀嚼片或口香糖、以及直接施用或粘附到口腔表面(包括任何口腔硬组织或软组织)的贴条或薄膜。然而，不应将术语“口腔护理产品”狭义地理解为仅指消费者愿意使用的制剂。更确切地，应当理解“口腔护理产品”也包括适用作消费者产品的活性或非活性成分的任何化合物或化合物的混合物，只要它们能够保留在口腔中以提供口腔活性物质。

演示模型可包括基底和设置在所述基底的第一测之上的仿牙釉质层。如本文所用，“仿牙釉质层”是指材料层，材料即仿牙釉质，其具有基本上类似于动物牙齿如人牙齿、狗牙齿、或牛牙齿釉质层的那些的物理和化学特性。术语“设置在之上”是指仿牙釉质层是在基底之上的相对位置并且可与基底的表面直接接触，或可与置于基底和仿牙釉质层之间的层直接接触。可使用能够支撑仿牙釉质层的任何基底。可选择对所选的酸性挑战溶液基本上惰性的基底，这将在下文中详细描述。如本文所用，针对基底的术语“基本上惰性的”是指当把基底浸没在至少37℃的酸挑战溶液中比典型酸挑战更长的一段时间(如下所述，例如10分钟至24小时)后，基底不会被酸挑战溶液可见地侵蚀、毛化、或溶解。基底可为固体基底并且可为平面的或三维的。固体基底的非限制性实例包括清洁的二氧化硅表面如石英或熔融二氧化硅。玻璃如硼硅酸盐玻璃也是合适的固体基底。固体基底的其它实例包括聚合物，其包括例如模塑聚合物制品、聚合物膜、或聚合物带材。基底可包括在一面具有粘合剂的聚合物带材。在其它实例中，基底可涂覆有金属层，并且在该金属层上可形成自组装单层。作为一个特定实例，可在二氧化硅基底上形成金层，并且可通过使金层暴露于羧化硫醇而在金层上形成自组装单层。

虽然在酸中具有可评估的溶解度的任何材料可用于展示牙齿侵蚀，但在优选的实施方案中，仿牙釉质层包含类似于动物牙釉质层的物理性能和化学组成的一种或多种材料。仿釉质层的厚度可不同。优选地，仿牙釉质层的厚度足以提供在清洁基底的顶部表面和仿釉质层的顶部表面之间的明显视觉对比。明显的视觉对比继而可提供更醒目的演示模型以用于示出口腔护理产品的效果。

例如，仿牙釉质层可包含羟基磷灰石。羟基磷灰石可设置在基底上，例如与基底表面的至少一部分直接接触并将其涂覆。作为另外一种选择，一个或多个附加的层可被置于基底和羟基磷灰石之间，这将在下文中详细描述。仿牙釉质层可包括基本上均质的层，例如基本上均质的羟基磷灰石层。如本文所用，如果仿牙釉质层基于所述层重量包含小于10重量％的结晶或非结晶杂质，则它是基本上均质的。羟基磷灰石为磷酸钙的结晶形式，通常通过化学式Ca₅(PO₄)₃(OH)或Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂进行描述，第二式表示包括两个相同单元的Ca₅(PO₄)₃(OH)的晶体单胞。然而应当理解，典型的羟基磷灰石化学式不旨在将仿釉质的化学结构限制在严格化学计量的化合物。此外，应当理解，物理特征与牙釉质类似的任何形式的结晶磷酸钙矿物质均适于用作仿牙釉质层。

应当理解，以下演示模型的特定示例性实施方案不旨在进行限制，并且多种变型和修改形式对本领域的普通技术人员来说将显而易见。现在参见图1-4，演示模型的特定非限制性的示例性实施方案包括单层演示模型1，如图1所示；双层演示模型2，如图2所示；单层-单层演示模型3，如图3所示；以及双层-单层演示模型4，如图4所示。

参见图1，单层演示模型1可包括基底10和设置在基底10之上的仿牙釉质层20。这里仿牙釉质层20显示与基底表面11直接接触。仿牙釉质层20可包含例如羟基磷灰石，并且可为基本上均质的，例如基本上均质的羟基磷灰石层。作为非限制性实例，仿牙釉质层20可具有约

至约500μm，或者约

至约250μm，或者约至约100μm，或者约

至约50μm，或者约至约10μm，或者约

至约1μm，或者约至约500nm，或者约

至约100nm，或者约

至约10nm的厚度。作为另外一种选择或除羟基磷灰石之外，仿牙釉质层20还可包含矿物质，包括但不限于含氟羟基磷灰石、氟磷灰石、氯磷灰石、或它们的组合。

参见图2，该图示出了双层演示模型2，其中快速溶解层30置于基底10和仿牙釉质层20之间。快速溶解层30和仿牙釉质层20的组合产生强化的双层结构40。因此，强化双层结构40可包括两层：设置在基底表面11上的快速溶解层30和设置在与基底10相背的快速溶解层表面31上的仿牙釉质层20。仿牙釉质层20可包含例如羟基磷灰石。可从一种或多种矿物或其它适用于在其上形成仿牙釉质层的材料中选出快速溶解层30。优选地，快速溶解层30包含已知在酸性溶液中比羟基磷灰石在相同溶液中溶解得更快的一种或多种材料。期望快速溶解层30包含仿牙釉质层20的前体化合物。如本文所用，仿牙釉质的前体化合物是能被以化学方式转化成仿牙釉质的化合物，所述转化通过使该前体与一种或多种试剂反应或通过简单地加热该前体化合物完成。如果仿牙釉质层20包含例如羟基磷灰石，快速溶解层30可包含无定形磷酸钙，它是羟基磷灰石的前体。

快速溶解层30可与基底表面11直接接触。在一个示例性实施方案中，仿牙釉质层20可为包含羟基磷灰石的贴面层。当仿牙釉质层20为贴面层时，强化双层结构40的基本上较大部分的厚度来源于快速溶解层30的厚度，而不是来源于仿牙釉质层20的厚度。快速溶解层30的示例性厚度包括约

至约500μm，或者约

至约250μm，或者约

至约100μm，或者约

至约50μm，或者约

至约10μm，或者约

至约1μm，或者约

至约500nm，或者约

至约100nm，或者约

至约10nm。仿牙釉质层20的示例性厚度包括约

至约500μm，或者约

至约250μm，或者约

至约100μm，或者约至约50μm，或者约

至约10μm，或者约至约1μm，或者约至约500nm，或者约

至约100nm，或者约

至约10nm。

参见图3，除仿牙釉质层20之外，单层-单层演示模型3还包括具有在其上形成的自组装单层60的金属层50。金属层50可与基底10的基底表面11直接接触。自组装单层60与相背于基底10的金属层50的金属表面51连接。仿牙釉质层20设置在与金属层50相背的自组装单层60的单层表面61上。仿牙釉质层20可包含羟基磷灰石。金属层50可包含适于在金属表面上形成自组装单层的任何金属。例如，金属层50可包含金，或金合金。自组装单层60可包含具有被结合到金属层50上的第一反应末端的有机链分子、延伸到金属层50表面上方的有机链、以及具有适于形成成核模板的带电基团的第二反应末端，仿牙釉质层20可在其上形成或被结合到其上。在示例性实施方案中，第一反应末端可包含硫醇，有机链可包含约3至约30个碳原子的烷基链，并且第二反应末端可包含带电基团如羧基、磺酸基、磷酸基、或季铵。示例性仿牙釉质层20可具有约

至约500μm的厚度。示例性金属层50可具有约

至约

的厚度。

参见图4，双层-单层演示模型4可包括金属层50，其可设置在基底10的基底表面11上。自组装单层60可在与基底10相背的金属层50的金属层表面51上形成。强化双层结构40可设置在与金属层50相背的自组装单层60的单层表面61上。强化双层结构40可包括两层：可设置在自组装单层60上的快速溶解层30和可设置在与自组装单层60相背的快速溶解层表面31上的仿牙釉质层20。仿牙釉质层20可包含例如羟基磷灰石。快速溶解层30可包含仿牙釉质层20的前体化合物。如果仿牙釉质层20包含例如羟基磷灰石，快速溶解层30可包含无定形磷酸钙，其是羟基磷灰石的前体。仿牙釉质层20可为贴面层，更具体地讲薄的贴面层，其可包含羟基磷灰石。示例性快速溶解层30可具有约

至约500μm的厚度。示例性仿牙釉质层20可具有约

至约500μm的厚度。示例性金属层50可具有在约

至约

的范围内的厚度。

在所有类型的演示模型(例如上述示例性演示模型)中，可通过将一种或多种着色剂加入到所述演示模型的一个或多个层中来获得在仿牙釉质层和裸露基底之间的增强的视觉对比。示例性着色剂包括但不限于染料、颜料、遮光剂、它们的组合、以及任何其它能够赋予颜色给仿牙釉质层的添加剂、和/或任何附加的层。着色剂可均匀分散在厚度分层的演示模型中或此类模型的任何一层中。作为另外一种选择，可将不同色度或色调的多个着色剂以渐变方式分散在厚度分层的演示模型或此类模型的任何一层中。在渐变分散中，例如较浅色度或色调的着色剂分布在演示模型的底部，离基底更近，而较深色度或色调的着色剂分布在演示模型的顶部，离基底最远。也可反转渐变结构，较浅色度或色调的着色剂分布在顶部，而较深色度或色调的着色剂分布在底部。如本文所用，“色度”是指给定颜色的深度。例如，“浅蓝”和“深蓝”将代表两种不同的色度。术语“色度”也可应用于无色如灰色。如本文所用，“色调”是指颜色自身的同一性。因此，“红色”和“蓝色”是指不同的色调。

示例性演示模型诸如图1-4中描述的那些可根据需要或按照期望进行调整以通过比较方式示出单个口腔护理产品(例如牙粉)或多个口腔护理产品在抑制牙齿侵蚀方面的效果。所述模型可对定性测量有效、对定量测量有效、或对两者均有效。具体地讲，在一个示例性实施方案中，当涂覆有处理的或未处理的仿牙釉质的基底经受酸挑战时，在视觉上可观察到多个口腔护理产品之间的性能差异。

根据上文示出和描述的一个或多个示例性实施方案制备演示模型的示例性方法通过图5所示的流程图表示。在用于制备演示模型的方法100中，上述基底在步骤105中提供。所述基底的基底表面可提供用于包括仿牙釉质层的层结构在基底上形成的天然成核模板，或可在基底表面上形成合成成核模板。在示例性方法中，成核模板的制备如图5中的步骤110所示。天然的和合成成核模板可有效地支撑仿牙釉质层。示例性天然成核模板5在图6中描述为在基底10的基底表面11上的天然硅烷醇基65，其中所述基底是例如玻璃或石英的材料。天然成核模板5不需要制备，不同的是基底表面可按需进行清洁，如图5中步骤120所示。任何天然模板的精确结构取决于基底自身。因此应当理解，供选择的基底如聚合物膜或带材也可具有天然的成核模板，其结构不同于图6的硅烷醇模板，但适用于在其上形成仿牙釉质。

示例性合成成核模板6在图7中描述为规则的、二维排列的羧基62的横截面，其通过羧化硫醇在金属层50的金属层表面51上自组装以形成在金属层表面51上的自组装单层60来制备。金属层50可包含例如沉积在基底10的基底表面11上的金或金合金。不受理论的限制，据信合成成核模板如图7所示的合成成核模板6可再生地促进粗糙的仿釉质层形成。然而，在一些示例性实施方案中，为了将自组装单层60粘附到基底表面11，首先沉积金属层50。金属层50可包含例如金或金合金。

为了制备示例性的合成成核模板6，基底10可首先涂覆有厚度为约

至约

的金属层50。这一步骤如在图5中步骤130所示。然后在步骤140中，自组装单层60在与基底10相背的金属层50表面上形成。在示例性实施方案中，由于金对单层形成基团如长链硫醇的高亲和力，因此选择金来用于金属层50。然而，应当理解，可使用具有能够键合有机官能团的表面的任何金属，所述有机官能团能够在表面上排列形成自组装单层。金属层50可通过金属沉积领域已知的任何装置沉积，包括但不限于溅射、蒸发、脉冲激光沉积、化学气相沉积、它们的组合、或其它类似的技术。因此，将金属层50暴露于溶液，所述溶液包含每个均具有反应末端和链末端并易于形成自组装单层的分子。示例性的分子包括但不限于官能化的硫醇。官能化硫醇的一个特定的、非限制性实例是羧基封端的烷基硫醇。所述分子的反应末端结合到金属层50，并且所述分子的链末端延伸到金属层50上方，通常形成从垂直方向到金表面0°至60°角度的偏移，反应末端结合到金表面。链末端可用官能团如羧基封端，所述羧基赋予酸性给远离金属层50的自组装单层60的表面。因此，自组装单层60作为二维的、规则的成核模板使用，在其上可形成仿牙釉质层。

在一个示例性实施方案中，包括自组装单层的合成成核模板可在金表面上形成，这通过使金在室温(25℃±2℃)下暴露于包含1mM 11-巯基十一烷酸的乙醇溶液一段时间如约24小时来完成。在所得结构中据信硫原子结合到金上，长链烷基以规则方式排列在金表面上方，并且羧基末端提供适于仿牙釉质层在其上形成的成核模板。

在基底表面上制备天然或合成成核模板后，可根据图5中步骤150使基底暴露于生长溶液以在成核模板上形成第一层。所述第一层可包含矿物质如羟基磷灰石、无定形磷酸钙、氟磷灰石、氯磷灰石、或它们的组合。例如在一个包括步骤160的实施方案中，所述第一层可包括基本上均质的仿牙釉质材料层，所述材料如羟基磷灰石。羟基磷灰石可直接在成核模板上形成以产生在天然成核模板上的单层演示模型1(参见图1)或在合成成核模板上的单层-单层演示模型3(参见图3)。

可通过溶液生长来制备多个包含矿物质如羟基磷灰石和无定形磷酸钙的层。示例性生长溶液可包含例如钙离子源和磷酸根离子源。生长溶液还可包含调节pH的添加剂，例如酸、碱、缓冲液、或它们的组合。钙离子的示例性来源可包括具有足够的水溶解度以与缓冲水溶液中的磷酸根离子反应的钙盐。就这一点而言，适宜的钙盐包括但不限于氯化钙、氟化钙、碳酸钙、溴化钙、碘化钙、硝酸钙、亚硝酸钙、苯甲酸钙、乙酸钙、甲酸钙、氯酸钙、高氯酸钙、葡萄糖酸钙、高锰酸钙、硫代硫酸钙、连二硫酸钙、铬酸钙、叠氮化钙、氰亚铁酸钙、延胡索酸钙、异丁酸钙、马来酸钙、甲基丁酸钙、丙酸钙、奎尼酸钙、硒酸钙、硫氰酸钙、戊酸钙、以及任何其它适宜的钙盐。磷酸根离子的示例性来源可包括磷酸盐化合物，其具有足够的水溶解度以与缓冲水溶液中的钙离子反应。就这一点而言，适宜的磷酸根离子来源可包括但不限于碱金属磷酸盐；氢磷酸盐或二氢磷酸盐；盐如磷酸二氢镁；磷酸铵，包括磷酸季铵盐如四甲基磷酸铵或四丁基磷酸铵；任何这些的组合；或任何其它来源的磷酸根离子。矿物质溶液也可包含氟化物、碳酸盐、或它们的组合。

可选择不同浓度的离子来源使得水溶液针对期望的矿物相达到过饱和。不受理论的限制，据信钙离子和磷酸根离子的浓度之和低于约10mM的话，与非结晶材料如无定形磷酸盐的形成相比，可更促进结晶矿物质如羟基磷灰石的形成。通常，当在生长过程中pH几乎保持中性时，与非结晶材料如无定形磷酸盐相比，溶液生长过程通常更促进结晶矿物质如羟基磷灰石的生长。因此，在形成羟基磷灰石的示例性实施方案中缓冲生长溶液可具有接近或等于7.0的pH。

例如通过使基底暴露于水溶液，可直接在选择的成核模板上形成羟基磷灰石，所述水溶液包含4mM氯化钙(CaCl₂)，4mM磷酸二氢钾(KH₂PO₄)，1ppm氟化钠(NaF)，和20mM HEPES缓冲液，用氢氧化钠(NaOH)调节pH至约7.0。在这个实例中使用的HEPES缓冲液包含4-(2-羟基乙基)哌嗪)-1-乙磺酸盐；然而应当理解，许多其它已知缓冲液也可适于羟基磷灰石的生长。在另一个实施方案中，提高生长溶液的氟化钠含量可促进作为仿釉质组分的含氟羟基磷灰石、氟磷灰石、或它们的组合的显著形成。据信，与促进非结晶矿物质的形成相比，即使当略微提高钙离子和磷酸根离子的总浓度(例如在约10mM至约25mM的范围内)时，中等水平的氟化物(例如0.25ppm至10ppm)的存在和在约40℃至约100℃范围内的生长温度可更促进结晶矿物质的形成。

可通过任何有效的装置使基底暴露于矿物质生长溶液中以在基底的表面上形成矿物质膜。例如，可将基底浸没在矿物质生长溶液中，或可将基底重复浸泡在溶液中，并在每次浸泡之间进行干燥。作为另外一种选择，可对基底喷洒矿物质生长溶液。基底暴露于矿物质溶液可在略高温度下发生，高温可加速溶解。如果需要，可选择略高的温度如37℃以模拟生物学条件。示例性羟基磷灰石层可生长直至清晰可见，通常需要约20分钟至约24小时范围的暴露期，这取决于期望的厚度。在一个示例性实施方案中，约16小时的生长周期可生成平均厚度约200nm的羟基磷灰石层。移出基底使其不再暴露于矿物质溶液并干燥基底。基底可重复暴露于生长溶液以生成期望厚度的层或在矿物质层和裸露基底表面之间期望水平的明显视觉对比。

甚至纳米级别厚度(例如大于约25nm)的羟基磷灰石层也能较好地散射环境光线，因此当干燥时在基底上非常明显。然而，不受理论的限制，据信视觉上均质的羟基磷灰石膜的直接制备可被所述晶体生长诱导期对于对流和表面能量的微小变化的敏感性复杂化。可通过使用一种或多种供选择的制备方法达到较高水平的再现性。在可供选择的实施方案中，羟基磷灰石的形成可先于沉积前体层如无定形磷酸钙。

无定形磷酸钙可通过沉淀生成，例如从包含钙盐和磷酸盐的水溶液中生成。不受理论的限制，据信与促进结晶矿物质如羟基磷灰石的形成相比，提高钙离子和磷酸根离子的总浓度更有利于无定形磷酸钙的形成。在一个示例性方法中，无定形磷酸钙可在溶液中生成，其中钙离子和磷酸根离子的浓度之和大于约10mM。不受理论的限制，据信与促进结晶层的形成相比，较低的温度例如低于约40℃更有利于无定形层的形成。在一个用于生成无定形磷酸钙层的示例性方法中，水溶液可包含约8mM的碳酸氢钙(CaHCO₃)和约4.6mM的磷酸二氢钾(KH₂PO₄)。在此类条件下，无定形磷酸钙可在置于溶液容器底部上的基底的成核模板上积聚。取决于期望的厚度，可允许矿物质层生长直至清楚可见，通常生长时间周期为约5分钟至约24小时，或者约10分钟至约20小时，或者约30分钟至约10小时，或者约1小时至约5小时范围。

回看图5中的流程图，尤其是步骤160，一旦在成核模板上形成第一层，一旦形成仿牙釉质层，可简单地从生长溶液中移出基底。因此，形成的第一层可作为演示模型的仿牙釉质层使用。在示例性实施方案中，所述第一层可包含羟基磷灰石。在特定的示例性实施方案中，所述第一层可为基本上羟基磷灰石的均质层。取决于成核模板，如上所述，演示模型的示例性所得结构因此可装配成图1或图3中描述的其中一个结构。图1中的结构包括天然成核模板，而图3中的结构包括合成成核模板。

作为另外一种选择，根据图5中步骤170可在生长溶液中形成釉质前体层。釉质前体层可包含例如无定形磷酸钙。然后，可根据图5中步骤175通过热转化方法将无定形磷酸钙的至少一部分转化成结晶羟基磷灰石。热转化方法可包括在含水或无水环境中，在高于约40℃的温度下加热设置在成核模板上的无定形磷酸钙层约10分钟至约24小时，加热时间取决于期望的转化度。在示例性实施方案中，热转化可在约40℃至约100℃的范围内进行；然而预期转化可在非常高的温度下进行，如果需要的话高达900℃，前提条件是基底能够承受此类高温。在一个实施方案中，基本上将所有无定形磷酸钙层转化成羟基磷灰石。在本文中，应当理解，当羟基磷灰石对无定形磷酸钙的重量比为至少10∶1时，基本上所有的无定形磷酸钙被转化。不旨在受理论的限制，据信因为诱导期相对较短，所以来源于无定形前体的羟基磷灰石层表现出比根据上述溶液生长技术形成的羟基磷灰石的均质层改善的均匀度。在示例性实施方案中，热转化的第一层在演示模型中行使仿牙釉质层的功能。取决于成核模板，如上所述，演示模型的示例性所得结构因此可装配成图1或图3中示出的其中一个结构。例如图1中的结构包括天然成核模板，而例如图3中的结构包括合成成核模板。

具有强化双层结构的演示模型可通过下述步骤形成：首先根据图5中步骤105至150将快速溶解层沉积在天然或合成成核模板上，二者均如上所述，然后根据步骤180所示，当形成快速溶解层时从生长溶液中移出基底。然后，在步骤185，在快速溶解层表面的至少一部分上形成第二层。例如，快速溶解层可包含无定形磷酸钙，并且第二层可包含羟基磷灰石(即，仿牙釉质)，二者均根据上述示例性方法生成。第二层可包括羟基磷灰石的厚层或薄贴面层。在示例性实施方案中，根据步骤190生长第二层以形成仿牙釉质层可包括使基底和第一层暴露于第二生长溶液，例如上述用于羟基磷灰石生长的溶液，所述暴露时间足以制备具有期望厚度的第二层。当达到期望的厚度时，可从第二生长溶液中移出基底。取决于成核模板，演示模型的示例性所得结构因此可装配成在天然成核模板上的双层演示模型2，如图2所示，或在合成成核模板上的双层-单层演示模型4，如图4所示。

包括根据包括步骤180、185和190的方法制备的强化双层结构的演示模型尤其有利于在可视化演示中使用，尤其是当选择第一层以便它比第二层更快地溶解在酸中时。在一个示例性实施方案中，可根据包括步骤180、185和190的方法制备演示模型，其中第一层可包含无定形磷酸钙，并且第二层可包括羟基磷灰石的薄贴面层。当此类演示模型暴露于下述酸挑战溶液时，薄羟基磷灰石第二层最初以初始溶解速度溶解。一旦酸挑战溶液渗入羟基磷灰石层以暴露出其下的无定形磷酸钙，溶解速度将显著地提高。不受理论的限制，据信溶解速度的提高是因为无定形磷酸钙对酸的抗性低于羟基磷灰石。将期望无定形磷酸钙层在给定时间内比羟基磷灰石均质层显著更快和更彻底地溶解。演示的视觉效果直接与溶解在酸挑战溶液中的材料量有关，因为所述层如仿牙釉质层的溶解产生保留的层和裸露基底之间的视觉对比。因此，将期望用具有包括无定形磷酸钙第一层和羟基磷灰石(仿牙釉质)第二层的强化双层的演示模型进行的演示产生比用包括单层仿牙釉质层的演示模型得到的结果更快的增强视觉效果。

任选地，可把一种或多种着色剂加入上述一个或多个层或层结构中以增强用如本文上文所示和所述的示例性演示材料进行的演示的视觉效果。任选地，多个矿物质层可在彼此顶部连续形成，使得每层包含略微不同的色度或色调的着色剂，每个均在上文中定义。着色剂可包括以下如非限制性实例：染料、颜料、遮光剂、它们的组合、以及既与演示模型的层相容又能有效地赋予层颜色的任何其它添加剂。示例性着色剂还可包括能够指示仿牙釉质层的组分存在的化学化合物。一种此类示例性着色剂是茜素红(AlizarinRed)，其指示钙的存在。可将着色剂加入到上述矿物质层生长溶液中。在一个实施方案中，仿釉质层可通过连续浸没或浸入矿物质生长溶液中形成，每种此类溶液包含不同的着色剂。在所得的演示模型内，形成不同色度或色调的单层复合结构。当在可视化演示中使用演示模型时，复合结构易于定量显示侵蚀的进程。例如在酸挑战后的侵蚀程度将通过挑战后保留在层上的颜色证明。

根据上文所示和所述的示例性实施方案制备的演示模型可用作视觉辅助以示出选择的口腔护理产品(例如牙粉)在预防酸有关的牙齿侵蚀方面的比较效果。如本文所用，如果用口腔护理产品处理的仿牙釉质的第一样品在经受酸挑战时表现出比仿牙釉质的第二样品(其结构与第一样品相同，但不用任何口腔护理产品处理，经受相同的酸挑战)更少的侵蚀，则口腔护理产品在预防牙齿侵蚀方面是“有效的”。这些示例性可视化演示可对潜在的消费者、顾客、牙科从业人员、卫生官员、管理者、或其它有兴趣的人呈现或展示。不受理论的限制，已发现对使用本文所述的演示模型尤其有利的是使用例如来自人或牛的真牙，因为真牙随着时间流逝会受到磨损。此外，据信真牙显示的侵蚀预防口腔护理产品的期望效果比制备的演示模型(例如上文描述并展示的演示模型)显示的效果更不精确。此外，如上述实施方案所述的演示模型可重复形成，从而当未处理的或用口腔护理产品处理时使其进行高度客观的比较。

在用于展示包含牙粉的口腔护理产品的效果的示例方法中，根据上文所示和所述的方法可使用一个或多个包括仿牙釉质层的演示模型。如果使用多个模型，所述模型可在多个基底上。在一个可供选择的实施方案中，可对包括仿牙釉质层的单个基底评分或换句话讲进行标记以提供仿牙釉质层中的边界，从而有效地在单个基底上提供多个模型。因此，演示方法的后续阶段可根据期望在仅仅一部分仿牙釉质层上或在全部仿牙釉质层上进行。

可用纯化水漂洗模型，然后用选择的口腔护理产品处理模型。作为另外一种选择，可不处理模型以便将其作为可视化演示中的对照样品。在示例性实施方案中，口腔护理产品可包括牙膏或漱口水，但是应当理解，演示模型的用途不仅仅限于牙膏和漱口水。例如，口腔护理产品可包括含有活性成分的溶液，所述活性成分经研究用于消费品。漂洗可通过快速浸渍一个或多个演示模型到水中并快速将一个或多个模型从水中移出来完成。浸渍和移出可在例如约1至约5秒内发生。

用口腔护理产品处理演示模型的方法取决于待测的口腔护理产品的相特征。例如，如果口腔护理产品是牙膏，所述处理可包括例如将一个或多个演示模型浸入到包含牙膏的浆液中。此外，所述浆液还可包含水、人造唾液混合物、或它们的组合。示例性人造唾液混合物可包括包含钙离子、磷酸根离子、氟离子、缓冲液、酶、或任何这些组分的组合的水溶液。示例性浆液可包括例如1份口腔护理产品和约3份至约10份人造唾液。如果测试液体口腔护理产品，例如漱口水，示例性处理方法可包括将一个或多个演示模型浸入到未稀释的产品或产品浆液中。在一个示例性实施方案中，浸没时间应接近在消费者设定中推荐的口腔护理产品的个人使用时间。示例性浸没时间可包括但不限于约0秒至约10分钟，约5秒至约4分钟，或约30秒至约2分钟。在一个实施方案中，其中可制备并用多个口腔护理产品处理多个演示模型以进行产品间的比较，控制不同的演示模型在产品浆液或未稀释的液体产品中的浸没时间。在另一个实施方案中，可制备并用相同口腔护理产品处理多个演示模型以比较效果，所述比较根据暴露时间，但浸没时间可不同。在用口腔护理产品处理一个或多个演示模型后，可用纯化水漂洗模型。

然后处理的或未处理的演示模型可经受酸挑战以展示侵蚀。一般来讲，酸挑战涉及使仿牙釉质暴露于模拟口腔内酸性环境的腐蚀物中。因此，在示例性实施方案中，使用弱酸的稀溶液。在一个示例性实施方案中，酸挑战可包括将演示模型浸没在酸挑战溶液中。例如，酸挑战溶液可包含1重量％的柠檬酸。可改变暴露于酸挑战(即，侵蚀挑战)的时间长度以最大化差异如视觉差异，这取决于受测试的产品。在示例性实施方案中，酸暴露的时间长度可为约0秒至约24小时，约5秒至约15小时，或约10秒至约10小时的范围；然而，为了有利于对消费者进行短时间的时间演示，酸暴露的时间长度可为约0秒至约10分钟，约5秒至约8分钟，或约10秒至约5分钟。例如，为了直接比较两种或更多种口腔护理产品的效果，用于所有处理的演示模型的酸挑战时间优选地大约相同。又如，可针对酸暴露时间展示单个口腔护理产品的侵蚀预防效果，这通过使每个演示模型暴露于酸不同的时间来进行。在酸挑战后可漂洗、干燥、或既漂洗又干燥所述模型。如上所述，漂洗可包括将一个或多个模型快速浸入在纯化水中。干燥可包括快速将一个或多个模型浸入甲醇，然后暴露于空气、加热、或二者均有。然而应当理解，上述暴露时间的描述仅为例证目的而不是为了进行限制。同样地，应当理解暴露时间可包括期望的任何可能的时间。

如上文定义所述，术语“口腔护理产品”不受适用于消费者的制剂的限制，而是还包括特定化合物，其可具有期望的消费品成分。因此，在一个示例性实施方案中，可示出磷酸盐化合物的侵蚀预防效果。不受理论的限制，据信某些磷酸盐化合物可赋予提高的侵蚀预防效果，这是通过它们的磷酸基螯合矿物质层如羟基磷灰石中的钙的能力。示例性磷酸盐化合物可包括但不限于无机多磷酸盐如酸式焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠；多磷酸化肌醇化合物如植酸和肌醇六磷酸钠；烷基磷酸酯或碱金属、铵或其碱性金属盐；以及任何这些盐的组合。

在示例性方法中，如上述一个或多个实施方案所述的演示模型可用于展示磷酸盐化合物的侵蚀预防效果。例如，演示模型可包括在基底如单测粘合带的至少测试部分上的羟基磷灰石均一层。例如可通过在包含一定量六偏磷酸钠(例如按重量计约2％)的水溶液中浸泡至少测试部分约15秒来处理测试部分。可用新鲜自来水漂洗处理的基底和层一次或多次。任选地，可将所述层浸没在钙特异性染料如0.25重量％的茜素红溶液中。钙离子与茜素红组合并形成亮红色。深红色将指示高水平的钙离子，因此指示羟基磷灰石中低水平的钙离子螯合。因此，据信在演示期间可使用红色水平预测羟基磷灰石被六偏磷酸钠螯合的水平，此外还可甚至在所述层暴露于酸溶液之前预测六偏磷酸钠的侵蚀预防效果。然后可使羟基磷灰石螯合层暴露于酸溶液并任选地可进行漂洗。

在另一个示例性实施方案中，侵蚀预防效果可在用一种或多种成分处理的仿牙釉质层上展示，所述成分选自烷基磷酸酯、氟化亚锡、一种或多种表面活性剂、或这些成分的组合。不受理论的限制，据信烷基磷酸酯可赋予提高的侵蚀预防效果，这是通过它们的磷酸基螯合矿物质层如羟基磷灰石中的钙的能力，并且表面活性剂可进一步提高侵蚀预防效果。据信表面活性剂进一步赋予烷基磷酸酯螯合矿物质层的能力。此外，表面活性剂的疏水尾基团可进一步提高侵蚀预防效果，这是通过用烷基磷酸酯处理后赋予矿物质层表面疏水性。示例性烷基磷酸酯包括但不限于月桂基磷酸酯；月桂基聚氧乙烯醚1-磷酸酯；月桂基聚氧乙烯醚-3磷酸酯；三月桂醇聚醚-4磷酸酯；任何这些物质的钠、钾、或铵盐；以及任何这些物质的组合。在这方面有效的表面活性剂的实例包括但不限于月桂基硫酸钠、月桂基肌氨酸钠、月桂酰乳酸钠、月桂酰谷氨酸钠、甲基椰油酰基牛磺酸钠、椰油酰甘氨酸钠、椰油酰氨基丙基甜菜碱、月桂基甜菜碱、椰油酸精氨酸盐、椰油脂胶酸钾、或任何这些物质的组合。具体的示例性表面活性剂包括椰油酰甘氨酸钠。表面活性剂还可与氟化亚锡相互作用。氟化亚锡是一种常见的牙粉成分，它们的相互作用方式一般可提高侵蚀预防效果并可提高用涉及氟化亚锡处理的演示的视觉效果。不受理论的限制，据信某些表面活性剂不但提高矿物质层的表面疏水性，而且还与氟化亚锡强螯合。与氟化亚锡相互作用的具体示例性表面活性剂包括椰油酰甘氨酸钠、椰油酸精氨酸盐和椰油酸钾。

在用于展示烷基磷酸酯的侵蚀预防效果的示例性方法中，可使用演示模型。演示模型可包括例如设置在带材基底一个测上的羟基磷灰石均一层。例如可通过在包含一定量烷基磷酸酯(例如约2重量％)的水溶液中浸泡约15秒使层的至少测试部分暴露于烷基磷酸酯。层的至少所述测试部分还可用任选的表面活性剂、氟化亚锡、或二者处理。在一个实施方案中，用螯合增强剂处理可涉及在溶液中浸泡所述层，所述溶液包含表面活性剂和例如按溶液重量计0.5％的氟化亚锡。可用新鲜自来水漂洗浸泡过的层一次或多次。任选地，可将所述层浸泡在钙特异性染料如茜素红的溶液中。该染料可以少量存在，例如按重量计0.25％的溶液。在展示期间可再次使用红色水平预测羟基磷灰石被烷基磷酸酯螯合的水平，以及甚至在所述层暴露于酸溶液之前预测它的侵蚀预防效果。如所期望的，羟基磷灰石层的疏水性可通过观察置于层表面上的一滴水是否铺展开进行评估。这一观察可甚至在酸挑战之前预测侵蚀预防效果。然后可使羟基磷灰石螯合层暴露于酸溶液并任选地进行漂洗。

任何口腔护理产品在预防牙齿侵蚀方面的效果(即，“侵蚀预防效果”)可从经处理后暴露于酸挑战并且任选地进行漂洗和干燥后保留在演示模型基底上的仿牙釉质层量推断出来。因此，用高效口腔护理产品处理的演示模型在暴露于酸挑战后将保留显著量的仿牙釉质层。相反，用较低效口腔护理产品处理的演示模型在暴露于酸挑战后将保留更少的仿牙釉质层。在一些实施方案中，未处理的演示模型可在暴露于酸挑战后保留比经口腔护理产品处理的模型更少的仿牙釉质。在另一个示例性实施方案中，未处理的演示模型可被构造成使得在暴露于酸挑战后基本上不含仿牙釉质层以最大化该演示的视觉效果。在如上所述的实施方案中，如果在制备仿釉质层期间使用着色剂，模拟侵蚀的程度可进一步通过观察暴露后保留的矿物质层的一种或多种特定颜色或颜色来确定或突出显示。

所有在具体实施方式中引用的文献的相关部分均以引用方式并入本文。任何文献的引用不可解释为是对其作为本公开内容的现有技术的认可。当该书面文件中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在该书面文件中赋予该术语的含义或定义。

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改变和变型。因此，随附权利要求书中旨在涵盖本发明范围内的所有这些改变和变型。

Claims (15)

1.一种演示模型，所述演示模型包括：

基底，所述基底优选地选自由下列组成的组：模塑聚合物制品、聚合物膜、聚合物带材、二氧化硅、石英和玻璃；和

设置在所述基底之上的仿牙釉质层，所述仿牙釉质层包含选自由下列组成的组的矿物质：羟基磷灰石、含氟羟基磷灰石、氟磷灰石、氯磷灰石、以及它们的组合，优选地基本上均质的羟基磷灰石的层。

2.如权利要求1所述的演示模型，所述演示模型还包括置于所述基底和所述仿牙釉质层之间的无定形磷酸钙层，优选地其中所述仿牙釉质层为设置在所述无定形磷酸钙层之上的羟基磷灰石的贴面层。

3.如权利要求2所述的演示模型，其中所述无定形磷酸钙层和所述仿牙釉质层中的至少一种还包含至少一种着色剂。

4.如权利要求2所述的演示模型，其中所述无定形磷酸钙层包括渐变结构，所述渐变结构包括多个着色层，每个着色层包含至少一种着色剂并具有不同于其它着色层的色度或色调。

5.如权利要求2所述的演示模型，所述演示模型还包括：

设置在所述基底的基底表面上的金属层，优选地其中所述金属层包含金或金的合金；和

在所述金属层的与所述基底相背的金属表面上形成的自组装单层，优选地其中所述自组装单层包含硫醇化合物，

使得所述无定形磷酸钙层以化学方式连接到所述自组装单层的成核模板侧，所述成核模板侧与所述金属表面相背。

6.如权利要求5所述的演示模型，其中所述硫醇化合物包括羧化硫醇化合物。

7.一种用于制备演示模型的方法，所述方法包括：

将基底暴露于第一水溶液直至第一矿物质层可见地在所述基底的第一侧之上形成，所述第一水溶液包含钙盐和磷酸盐，优选地其中所述第一矿物质层包含选自由下列组成的组的矿物质：无定形磷酸钙、羟基磷灰石、氟磷灰石、氯磷灰石、以及它们的组合；以及

移出所述基底使其不再暴露于所述第一水溶液。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述第一矿物质层包含无定形磷酸钙，所述方法还包括在40℃至100℃的温度下加热所述第一矿物质层以将基本上所有的所述无定形磷酸钙转化成羟基磷灰石。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述第一矿物质层包含无定形磷酸钙，所述方法还包括在所述第一矿物质层上沉积羟基磷灰石层。

10.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括在将所述基底暴露于第一水溶液的步骤之前：

将金层沉积到所述基底上；以及

在所述金层上形成官能化的硫醇化合物的自组装单层，所述自组装单层包括与所述金层相背的成核模板侧，

使得在所述基底暴露于所述第一水溶液期间，所述第一矿物质层在所述自组装单层的所述成核模板侧上形成。

11.一种用于使用第一演示模型来演示牙齿侵蚀的方法，所述第一演示模型包括第一基底和设置在所述第一基底上的第一仿牙釉质层，所述方法包括：

用第一口腔护理产品处理所述第一仿牙釉质层的至少测试部分；以及

将所述第一仿牙釉质层的至少所述测试部分暴露于酸溶液。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述第一口腔护理产品包含无机磷酸盐或烷基磷酸酯。

13.如权利要求12所述的方法，所述方法还包括用表面活性剂处理所述第一仿牙釉质层的至少所述测试部分。

14.如权利要求12所述的方法，所述方法还包括用氟化亚锡和表面活性剂处理所述第一仿牙釉质层的至少所述测试部分，所述表面活性剂选自由下列组成的组：椰油酰甘氨酸钠、椰油酸精氨酸盐和椰油酸钾。

15.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括：

用第二口腔护理产品处理第二仿牙釉质层的至少测试部分，所述第二仿牙釉质层设置在第二演示模型的第二基底之上；

将所述第二仿牙釉质层的至少所述测试部分暴露于所述酸溶液；以及

将在暴露于所述酸溶液后保留在所述第一基底上的所述第一仿牙釉质层的量与在暴露于所述酸溶液后保留在所述第二基底上的所述第二仿牙釉质层的量比较以评估所述第一口腔护理产品相对于所述第二口腔护理产品的侵蚀预防效果。

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