CN114392485A

CN114392485A - 一种口腔低温等离子体消毒方法、低温等离子体发生装置

Info

Publication number: CN114392485A
Application number: CN202111634854.1A
Authority: CN
Inventors: 韩琪; 刘卓; 王旭; 赵好为; 孙小钦
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-04-26

Abstract

本发明属于口腔材料技术领域，公开了一种口腔低温等离子体消毒方法、低温等离子体发生装置，包括：将采用双环型DBD放电结构、介质材料为内径4mm，外径6mm，长100mm的石英管、金属铜导电胶带为电极的DBD低温等离子体发生装置的石英管出口放置于距口腔待消毒位置2cm处；向石英管的顶部通入放电气体，DBD低温等离子体发生装置产生紫色等离子体，并在气流作用下喷出，进行口腔消毒。本发明的口腔低温等离子体消毒方法能短效控制窝洞控制微生物增殖代谢，降低消毒后耐药菌产生比例，无或极小的对人体软组织损伤，促进口腔脱矿牙体组织再矿化。

Description

一种口腔低温等离子体消毒方法、低温等离子体发生装置

技术领域

本发明属于口腔材料技术领域，尤其涉及一种口腔低温等离子体消毒方法、低温等离子体发生装置。

背景技术

目前。龋病是口腔中最常见的疾病之一，对人类是一个重大的健康挑战，全球疾病负担（Global Burden of Disease, GBD）的研究报告显示全球共有约39亿人有龋病相关问题。龋病有发病率高，治疗难度高，复发高的特点。

控制致龋微生物和诱导天然牙再矿化是提高龋病治疗成功率的关键。口腔是一个富含微生物的环境，存在多达700余种的天然菌群。致龋微生物在牙表面形成牙菌斑生物膜，产酸导致牙体组织发生脱矿，导致牙面矿化-再矿化循环平衡破坏，形成牙体硬组织崩解，造成龋病。龋病的治疗目前多采用树脂类充填材料，但临床上该类型材料表面活性度高，易黏附口腔微生物，同时又不具备抗菌及再矿化能力，因而会导致龋病治疗后发生继发龋的危险。继发龋的发病依旧是微生物参与的复杂的、多因素的过程，容易导致“现有修复体边缘的龋齿”或“与修复体或密封剂相关的龋齿”的出现，预防继发龋被认为是牙科未来20年最重要的问题之一。（原发性及继发性）龋病的治疗需要去除感染牙体硬组织，现有的治疗方式对微生物的控制多不彻底，致龋微生物被保留了在剩余硬组织中，导致充填失败，甚至是不可逆的牙髓炎、牙髓坏死和根尖牙周炎的发生。因此，预防继发龋和治疗龋病需要攻克的关键问题是对窝洞洞壁牙本质进行深度消毒，消除或减少残留的微生物，并增强洞壁牙体组织抗酸能力，从而在一定程度上提高龋病治疗成功率。

目前临床常用的窝洞消毒剂有洗必泰（Chlorhexidine，CHX）、75%乙醇以及樟脑酚等，大都局部一定抗菌能力，但是缺点明显。洗必泰，又名氯己定或双氯苯双胍己烷，是一种广谱的抗菌药，其抗菌机理是破坏细菌的细胞膜导致胞质物质的渗漏。洗必泰的局限性在于：长期应用会使牙面着色，不良味道有使患者感到恶心的风险，部分患者可能会对洗必泰产生严重的过敏反应，以及孕妇和哺乳期患者禁用等。最新的研究还发现口腔微生物有对CHX产生耐药性的潜在风险。75%乙醇可渗入细菌内部，使蛋白质脱水、凝固、变性，从而起到杀菌作用。但有研究表明乙醇可使成牙本质细胞突起变性，诱发牙髓细胞的炎症。樟脑酚由樟脑、苯酚和乙醇组成，其杀菌机制是使细菌的蛋白变性，但其具有较强的细胞毒性，处理深洞时会导致牙髓严重的病变，易使牙髓发生炎症性改变。传统的窝洞消毒方法有以上诸多缺点，因此迫切需要一种新型的窝洞消毒方法，满足抗菌作用的同时具有良好矿化性能及生物安全性。

低温等离体子（Cold atmospheric plasma，CAP）是一种无残留，低耐药，无异常感觉的消毒手段。

当能量足够大以使电子克服静电势垒时，电子将被剥离，产生一个自由电子和一个带正电荷的离子，这个过程叫做电离。一旦电子从原子和分子中剥离，这些粒子就会改变状态，变成等离子体。等离子体是天然的能量，与普通物质不同的是，等离子体可以在很宽的温度范围内存在而不改变状态。等离子体根据温度可分为高温等离子体和低温等离子体。CAP 中气体部分电离，电子温度远高于离子温度，离子温度甚至可与室温相当。CAP 的来源气体包括氦、氩、氮、氦氧（氦和氧的混合物）和空气。 CAP 具有灭活微生物的能力。

目前的研究已经对 CAP 杀菌的原理已经提出了几种可能的机制：活性物质、带电粒子和紫外光被认为起了主要作用。活性物质是指一氧化氮（NO）、超氧物（O₂ ^-）、过氧化氢（H₂O₂）、臭氧（O₃）和羟基自由基（-OH）等。对于基于氧气的CAP，羟基自由基被认为是对微生物失活最有效的，而基于氮气和稀有气体的CAP 发挥作用的活性物质难以精确定位和阐明。研究认为活性物质不仅能破坏细胞壁肽聚糖结构中的重要键，还能氧化 DNA、脂质和蛋白质，导致细胞膜去极化，使细胞膜脱水、溶解，最终直接或间接地导致细菌死亡，尽管其存在时间极短。带电粒子对细菌的破坏可能是由其对细胞膜的静电干扰作用引起的：电荷在细胞膜外表面积聚所产生的静电力可以克服膜的拉伸强度，导致细胞膜破裂。CAP 产生的紫外光尽管很微弱，对杀菌没有起到决定性作用，但是有研究发现 CAP 紫外光可能通过在水溶液中的光解而产生了如羟基自由基的活性物质。

CAP在口腔医学领域的应用已获得了比较广泛的研究，例如种植体表面改性、辅助根管治疗、促进牙本质粘接、牙齿美白等。而CAP辅助龋病治疗的研究目前还比较少。CAP的灭菌主要源于其活性物质、带电粒子和紫外光。与传统的一些牙科灭菌方法如激光，洗必泰等相比，CAP具有非常明显的优势：应用温度较低，不会对人体或修复材料产生热损伤；CAP灭菌依靠的活性氧、活性氮等活性物质是一过性的，应用后很快消失在环境中，不会残留于人体，不会对大气产生污染；灭菌速度相对较快；理论上不会产生微生物耐药问题；CAP很容易进入牙科正常操作无法到达的狭窄的空腔间隙中；随着等离子装置技术的改进与简化，成本日益低廉。CAP也有其缺点，不同的装置需要调整其参数来获得所需的效果；CAP的低渗透力使其不适用于较厚物品的消毒。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有利用消毒剂进行口腔消毒的方法长期应用会引起牙面外源性着色；呼吸道黏膜对刺激性气味不适及引发过敏；细胞毒性大导致口腔黏膜局部炎症及损伤；难以同时满足矿化性能及生物安全性的要求；口腔耐药菌产生的危险。

解决以上问题及缺陷的难度为：1、口腔恒温湿润的环境极易导致局部微生物增殖，常用的口腔消毒剂在满足抗菌杀菌的前提下，难以达到气味温和与对人组织细胞的生物相容性；2、目前可用于口腔临床的消毒剂多局部抗菌和杀菌效果，无矿化性能，对窝洞的处理需结合具备再矿化的材料来实现对现有脱矿牙体组织的保留；3、同一药物，在保持生物相容性的前提下，抗菌和矿化性能难以在同一药品上实现二者共存。

解决以上问题及缺陷的意义为： 1、提供了一种新型拮抗口腔微生物增殖的方法和策略；2、实现了无残留或者低残留的抗菌方式，降低口腔微生物耐药的风险；3、新方法实现抗菌和矿化的有效结合，为未来的复合口腔消毒矿化剂的研发提供思路。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种口腔低温等离子体消毒方法、低温等离子体发生装置。

本发明是这样实现的，一种口腔低温等离子体消毒方法，所述口腔低温等离子体消毒方法包括：

利用采用双环型 DBD 放电结构、介质材料为石英管、金属铜导电胶带为电极的DBD 低温等离子体发生装置进行口腔消毒。

进一步，所述石英管内径 4mm，外径 6mm，长 100mm。

进一步，所述电极宽 8mm。

进一步，所述电极包括：低压电极与高压电极。

进一步，所述低压电极距石英管出口 8 mm，低压电极与高压电极的中心距离为15mm

进一步，所述口腔低温等离子体消毒方法包括以下步骤：

步骤一，将DBD 低温等离子体发生装置的石英管出口放置于距口腔2cm处；

步骤二，向石英管的顶部通入放电气体氩气，所述DBD 低温等离子体发生装置产生紫色等离子体，并在气流作用下喷出，进行口腔消毒。

进一步，所述口腔低温等离子体消毒方法还包括：所述DBD 低温等离子体发生装置工作电压为19kV。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述口腔低温等离子体消毒方法的DBD 低温等离子体发生装置，所述DBD 低温等离子体发生装置设置有：

内径 4mm、外径 6mm、长 100mm的石英管，低压电极、高压电极。

本发明的另一目的在于提供一种所述DBD 低温等离子体发生装置作为口腔医疗设备的用途。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明对人体组织友好的消毒设备：与人体口腔温度相适应的等离子消毒技术；对人体正常口腔粘膜软组织无害；对人口腔牙体组织无害对人口腔呼吸道黏膜组织无害。

本发明针对口腔菌斑微生物的消毒设备：具备短效抑制窝洞微生物膜增殖与代谢；可有效降低口腔致龋菌耐药产生；对口腔致龋抗生素池留菌有抑制作用；对口腔致龋浮游菌有明显的抑制作用及杀灭作用。

本发明适宜口腔内创面愈合的消毒设备：潜在促进口腔软组织创面愈合的消毒技术；有效促进牙体组织再矿化的消毒技术；有潜在对口腔创面血肿机化作用；促骨整合作用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的等离子体实验装置图。

图2是本发明实施例提供的口腔低温等离子体消毒方法流程图。

图3是本发明实施例提供的CAP 的放电状态图。

图4是本发明实施例提供的电流和电压波形图。

图5是本发明实施例提供的李萨如图。

图6是本发明实施例提供的光谱图。

图7 是本发明实施例提供的CAP和UV对变异链球菌生物膜活性影响的比较示意图。

图8是本发明实施例提供的 CAP和UV对唾液生物膜活性影响的比较示意图。

图9是本发明实施例提供的SEM唾液生物膜的表面形态观察（×5000倍）示意图。

图10 是本发明实施例提供的不同时间变异链球菌生物膜乳酸产量的比较示意图。

图11是本发明实施例提供的 CAP处理唾液生物膜后细菌组成变化（平均相对丰度-属）示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种口腔低温等离子体消毒方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供的口腔低温等离子体消毒方法包括：

本发明实施例提供的石英管内径 4mm，外径 6mm，长 100mm。

本发明实施例提供的电极宽 8mm。

本发明实施例提供的电极包括：低压电极与高压电极。低压电极距石英管出口 8mm，低压电极与高压电极的中心距离为 15mm

如图2所示，本发明实施例提供的口腔低温等离子体消毒方法包括以下步骤：

S101，将DBD 低温等离子体发生装置的石英管出口放置于距口腔2cm处；

S102，向石英管的顶部通入放电气体氩气，所述DBD 低温等离子体发生装置产生紫色等离子体，并在气流作用下喷出，进行口腔消毒。

本发明实施例提供的口腔低温等离子体消毒方法还包括：所述DBD 低温等离子体发生装置工作电压为19kV。

如图1所示，DBD 低温等离子体发生装置设置有：

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例：

等离子体实验装置如图 1 所示，所使用的 DBD 低温等离子体发生装置。实验使用双环型 DBD 放电结构，介质材料选用内径 4mm，外径 6mm，长 100mm 的石英管，电极选用金属铜导电胶带，电极宽 8mm，低压电极距石英管出口 8 mm，低压电极与高压电极的中心距离为 15mm，放电气体氩气从石英管的顶部通入，产生的紫色等离子体在气流作用下喷出。实验所有处理样品的表面与石英管出口距离为 2cm。

电学分析-伏安特性曲线：伏安特性曲线能够直接反应 DBD 电压与电流变化情况。伏安特性曲线用示波器采集，采集方法是将示波器的通道 1 和通道 2 分别与高压交流电源的电压（U）和电流（I-R）测试端口连接，同时低压电极与等离子体电源后部 N-R 端口连接。

外加电压为 19kV时，在一个周期内的电流和电压波形如图4所示：从图中可以看出，周期为 116us ，峰值电压为 19kV，正周期内最大电流为0.12mA，波形是一个正弦波，相位差为 90°。

外加电压为 19kV 时，等离子体放电装置的李萨图形如图5所示：是一个封闭的平行四边形，放电装置的功率 P 可通过简化公式 P= f CS计算，其中 f 为外加电压的频率，C 为外加电压的电容，S 为李萨如图形的面积。图中面积是 1.31， f 是 8.634kHz，C 是 0.47pf，因此它的功率是 5.3W。

外加电压为 19kV 时，距离石英管出口 2cm 处采集的 CAP 的光谱图如图5所示：发射谱线最明显的峰值分别对应了 Ar，羟基自由基（-OH）和 N₂。

实施例2：

下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。

龋齿是全世界最常见的慢性病之一。无论使用何种修复材料，继发龋被认为是修复失败最常见的原因之一。原则上，为了最大限度保存牙体组织，保守去除腐坏的牙本质后，牙本质洞壁可能残留了微生物，随着时间的推移细菌继续滋生繁殖，最后导致继发龋的发生。所以在充填前进行窝洞消毒，尽可能去尽微生物，对于预防继发龋的发生非常重要。

如图7-图11所示，细菌代谢产生的乳酸及其他有机酸是使牙体硬组织脱矿的主要因素。变异链球菌生物膜和唾液生物膜在CAP处理后前8小时内细菌的乳酸产量降低；变异链球菌生物膜在处理后24小时内乳酸产量恢复，而CAP对唾液生物膜的乳酸产量抑制效果延长至24h。因此本实验证实CAP能有效抑制生物膜的产酸，抑制其致龋力。

对唾液生物膜组成成分的16s测序结果显示，CAP处理后乳杆菌属的平均相对丰度下降，说明乳杆菌属对CAP反应相对敏感。乳杆菌属是重要的产酸来源之一，能发酵多种碳水化合物，并能在相对较低的pH环境中存活。本实验结果显示CAP对生物膜中乳酸重要来源-乳杆菌属的具有下调作用，能调控生物膜的微生态。16s结果证实了对此菌的杀伤力。发现CAP对培养24h的变异链球菌/唾液生物膜活性明显的抑制作用，相同作用时间比UV更有效；但其特点为短期杀菌；扫描电镜结果证实了细菌的崩解死亡；CAP对变异链球菌/唾液生物膜的产酸均有抑制作用； CAP对变异链球菌生物膜产乳酸的抑制作用在24h内恢复正常，而CAP对唾液生物膜产乳酸的抑制作用可延长到24h；CAP对唾液生物膜中的乳杆菌属有下调作用，对生物膜微生态有调控作用。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种口腔低温等离子体消毒方法，其特征在于，所述口腔低温等离子体消毒方法包括：

利用DBD 放电结构、介质材料为石英管、金属铜导电胶带为电极组成的DBD 低温等离子体发生装置进行口腔消毒。

2.如权利要求1所述口腔低温等离子体消毒方法，其特征在于，所述石英管内径 4mm，外径 6mm，长 100mm。

3.如权利要求1所述口腔低温等离子体消毒方法，其特征在于，所述电极宽 8mm。

4.如权利要求1所述口腔低温等离子体消毒方法，其特征在于，所述电极包括：低压电极与高压电极。

5.如权利要求4所述口腔低温等离子体消毒方法，其特征在于，所述低压电极距石英管出口 8 mm，低压电极与高压电极的中心距离为 15mm。

6.如权利要求1所述口腔低温等离子体消毒方法，其特征在于，所述口腔低温等离子体消毒方法包括以下步骤：

步骤二，向石英管的顶部通入放电气体，所述DBD 低温等离子体发生装置产生紫色等离子体，并在气流作用下喷出，进行口腔消毒。

7.如权利要求1所述口腔低温等离子体消毒方法，其特征在于，所述放电气体为氩气。

8.如权利要求1所述口腔低温等离子体消毒方法，其特征在于，所述口腔低温等离子体消毒方法还包括：所述DBD 低温等离子体发生装置工作电压为19kV。

9.一种实施如权利要求1-8任意一项所述口腔低温等离子体消毒方法的DBD 低温等离子体发生装置，其特征在于，所述DBD 低温等离子体发生装置设置有：双环型 DBD 放电结构、介质材料为石英管、金属铜导电胶带为电极。

10.一种搭载权利要求9所述DBD 低温等离子体发生装置的口腔医疗设备。