CN115381574B - 基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷及抗菌方法 - Google Patents

基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷及抗菌方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷及抗菌方法。本发明的电动牙刷包括牙刷头和用于驱动所述牙刷头振动的驱动机构，所述驱动机构设置为能够产生低强度脉冲超声波，所述牙刷头设置有压电刷毛，其通过超声振动增强压电刷毛的电响应性，实现优异的抗菌效果，所提供的电动牙刷不仅能够对静置的牙刷头进行有效抑菌，而且在刷牙操作过程中具有提高的抑菌活性，能够有效抑制牙菌斑和预防牙周炎等口腔疾病。

Description

基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷及抗菌方法
技术领域
本发明涉及电动牙刷领域，具体地涉及基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷及抗菌方法。
背景技术
电动牙刷是指利用高速振动的机芯带动刷头旋转或振动以达到洁牙的效果的牙刷。电动牙刷有两大类，即旋转类电动牙刷和振动类电动牙刷。旋转类的牙刷原理是电动机驱动圆形刷头旋转，在执行普通刷牙动作的同时加强摩擦效果，旋转类的牙刷力度大，牙面清洗干净，但牙缝清洗相对较弱，且对牙齿磨损大。振动类型的电动牙刷更复杂，一般其内部有一个电驱动的振动电机，能让刷头产生垂直于刷柄方向的高频摆动，但摆动的幅度很小，一般为上下各5毫米左右，行业最大的摆幅是6毫米。刷牙的时候一方面高频摆动的刷头能高效完成洗刷牙齿的动作，另一方面超过高频振动也让口腔里的牙膏和水的混合物产生大量微小的气泡，气泡爆裂时产生的压力可以深入牙缝清洁污垢。然而，传统的电动牙刷，无论是旋转类电动牙刷还是振动类电动牙刷均没有抗菌功能。
目前公开了一部分具有抗菌功能的新型电动牙刷。例如，CN 115068150 A公开了一种电动牙刷，其包括牙刷本体、底座以及套筒，所述牙刷本体安装在所述底座的顶部，且所述底座的顶部固定有卡块，所述套筒的筒口对应开设有 卡槽，所述卡块与所述卡槽卡接设置，所述底座的顶部安装有多个紫外线灯，多个所述紫外线灯沿所述底座的中轴线呈圆周阵列设置，且所述紫外线灯与所述牙刷本体呈相互错位设置，所述套筒的内侧壁安装有反光层。该专利申请通过紫外线灯来对电动牙刷刷头进行杀菌，并不涉及口腔抗菌功能。
背景技术中的信息仅仅在于说明本发明的总体背景，不应视为承认或以任何形式暗示这些信息构成本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为解决现有技术中的至少部分技术问题，本发明提供基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷及抗菌方法，其不仅能够对静置的牙刷头进行有效杀菌，而且在使用时具有提高的杀菌活性，能够有效抑制牙菌斑，可用于预防牙周炎等口腔疾病。具体地，本发明包括以下内容。
本发明的第一方面，提供一种基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其包括牙刷头和用于驱动所述牙刷头振动的驱动机构，所述驱动机构设置为能够产生低强度脉冲超声波，所述牙刷头设置有压电刷毛。
在某些实施方案中，根据本发明所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其中，所述超声波的有效声强为0.20-2.50W/cm2。
在某些实施方案中，根据本发明所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其中，所述超声波的频率为0.5-4MHz。
在某些实施方案中，根据本发明所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其中，所述压电刷毛由选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷和左旋聚乳酸中的至少一种聚合物作为原料制备得到。
在某些实施方案中，根据本发明所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其中，所述压电刷毛的原料进一步包括纳米压电颗粒，优选地，所述纳米压电颗粒选自钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸锶、铌酸锂和铌酸钾钠中的至少一种。
在某些实施方案中，根据本发明所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其中，所述压电刷毛的制备方法包括：
(1) 加热聚合物制备纺丝熔体，通过挤压使其经喷丝孔中挤出冷却得到丝线，在80℃-100℃温度下以2m/min-80m/min的牵伸速度对丝线进行机械拉伸处理，从而提高纤维丝中铁电相占比；
(2) 将所述丝线在100℃-150℃温度下高温处理1.5h-3h；和
(3) 将所述丝线进行电晕极化处理，其中所述电晕极化处理条件包括电压10kV-50kV、极头与样品间距离为10mm-50mm、极化温度为25℃-50℃、时间为10min-60min。
在某些实施方案中，根据本发明所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其中，所述拉伸方向与极化时的电场方向实质上垂直。
在某些实施方案中，根据本发明所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其中，所述刷毛的单丝直径为100-500μm，在静置状态下刷毛的压电常数为0.4pC/N以上，在外力作用下产生的电压为1.0V-2.0V。
本发明的第二方面，提供一种抗菌方法，其包括在超声振动条件下使压电刷毛产生电响应性的步骤。
在某些实施方案中，根据本发明所述的抗菌方法，其进一步包括对使压电刷毛进行电晕极化处理的步骤，其中所述电晕极化处理条件包括电压10kV-50kV、极头与样品间距离为10mm-50mm、极化温度为25℃-50℃、时间为10min-60min。优选地，本发明的抗菌方法为体外非治疗性抗菌方法。
附图说明
图1 不同超声振动条件下压电刷毛的最高输出电压。
图2 不同超声振动条件下压电刷毛的清洁率结果。
图3 不同超声振动条件下压电刷毛的抑菌率结果。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“%”为基于重量的百分数。
电动牙刷
本发明的第一方面，提供一种电动牙刷，其为基于脉冲超声压电响应原理而提供优异的抗菌功能的电动牙刷。一般而言，本发明的电动牙刷至少包括牙刷头和用于驱动牙刷头振动的驱动机构。其中，所述驱动机构设置为能够产生低强度脉冲超声波，所述牙刷头设置有压电刷毛。本发明通过机械力(特别是高频机械振动)和声波的组合作为外力使压电刷毛实现高效抗菌的目的。
本发明中，牙刷头只要设置有压电刷毛，则不特别限定。其中，压电刷毛是指在满足牙刷刷毛的基本要求的情况下还同时具有压电活性的刷毛，其优选通过压电聚合物作为原料制备得到。其中，压电聚合物的实例包括但不限于聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷和左旋聚乳酸。本发明可以使用上述聚合物中的一种，或组合使用两种以上聚合物。组合使用两种以上的聚合物时，各聚合物之间的比例不特别限定，可以是任意比例。
本发明中，刷毛单丝的直径为100-500μm，优选120-400μm，还优选130-300μm，进一步优选150-200μm。在静置状态下刷毛的压电常数一般为0.4pC/N以上，如0.5 pC/N以上，0.6 pC/N以上。在外力作用下产生的电压一般为1.0V-2.0V，如1.5V以上，1.6V以上等。
在某些实施方案中，本发明的压电刷毛的原料还包括无机压电材料，其一般为纳米级陶瓷颗粒，其实例包括但不限于钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸锶、铌酸锂和铌酸钾钠。本发明可以使用上述成分中的一种或多种的组合。在组合的情况下，各成分的用量比不限定，可根据需要而自由设定。无机压电材料的粒径一般为1-500nm，优选10-300nm，更优选20-200nm，进一步优选30-100nm。本发明中，无机压电材料在压电刷毛原料中的用量基于重量一般为0-20%，优选1-15%，更优选5-10%。在某些实施方案中，本发明的压电刷毛还包括物理处理步骤。示例性的物理处理包括退火处理和/或极化处理，由此进一步大大提升刷毛的抗菌活性。退火处理一般包括使压电刷毛于高温下静置30分钟至3小时，优选50分钟至2.5小时，还优选1小时至2小时。高温一般是指100-150℃，优选110-140℃，还优选120-130℃。极化处理的条件一般包括极化介质为空气、甲基硅油两种中的一种，极化电压为1kV-30kV，更优选2kV -25 kV。设置极头与样品间距离为1mm-50mm，例如5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm和35mm等。极化温度20℃-50℃，例如25、30、35或40℃。极化时间为1分钟-60分钟，例如5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、40分钟等。
在某些实施方案中，本发明的压电刷毛通过熔融纺丝法制备。示例性地，其制备方法包括：
(1) 加热聚合物制备纺丝熔体，通过挤压使其经喷丝孔中挤出冷却得到丝线，在80℃-100℃温度下以2m/min-80m/min的牵伸速度对丝线进行机械拉伸处理，从而提高纤维丝中铁电相占比；
(2) 将所述丝线在120℃-150℃温度下高温处理1.5h-3h；和
(3) 将所述丝线进行电晕极化处理，其中所述电晕极化处理条件包括电压10kV-50kV、极头与样品间距离为10mm-50mm、极化温度为25℃-50℃、时间为10min-60min。
本发明中，通过牵伸可提高刷毛的抗菌活性，牵伸速度一般为2m/min-80m/min，优选5m/min-50m/min，还优选10m/min-30m/min，例如15m/min、20m/min、25m/min。优选地，拉伸方向与极化时的电场方向实质上垂直。
本发明中，驱动机构不特别限定，只要能够同时提供使刷毛振动的机械力，优选进一步提供超声波，可以是任何动力提供装置或单元。优选地，驱动机构的振动周期与刷头或刷毛的振动周期同步。进一步优选地，驱动机构的振动周期与超声波的声波频率数量级相当，此时称为超声振动。
本发明中，当驱动机构进一步提供超声波的情况下，优选地，驱动机械产生的超声波的有效声强为0.20-2.50W/cm2，优选0.25W/cm2以上，更优选2.4 W/cm2以下。发明人意外发现，当有效声强越大时，压电刷毛产生的电压不是升高反而降低，当有效声强控制在上述范围内时具有较高的输出电压及抗菌活性。另外，超声波的频率一般为0.5-4MHz，如1 MHz、2 MHz、3 MHz等。发明人发现随着频率变大，输出电压反而减小，这种效果是预料之外的。当超声波的频率在上述范围内具有较高的输出电压。
在某些实施方案中，本发明的驱动机构同时产生机械振动和超声波。机械振动和超声波可由同一部件或装置产生，也可以驱动机构的不同部件或装置产生，例如由马达产生机械振动，由例如压电换能器，通过MCU驱动电路激励产生、发射超声波。
在某些实施方案中，本发明的驱动机构设置为能够以脉冲方式提供振动或超声波。脉冲方式是指以固定和/或可变的时间间隔输出振动或超声，或者以固定和/或可变的时间内输出不同的振动或超声的方式提供振动或超声，时间间隔例如可以是1-20ms，优选1-10ms，例如2ms、3ms、4ms、5ms、6ms等。不同的振动是指例如振动频率不同的振动或振动强度不同的振动等。不同的超声是指例如不同频率的超声或不同强度的超声。在示例性实施方案中，脉冲方式以每1ms的固定时间间隔同时输出振动和超声。在另外的示例性实施方案中，脉冲方式以可变的时间间隔同时输出振动和超声，例如第一脉冲波后间隔例如1ms，然后进行第二脉冲波，第二脉冲波之后的间隔为例如2ms。可变时间间隔可以是规则性的，例如，逐渐变大或变小，也可以是非规则性的。
除了驱动机构和牙刷头之外，本发明的电动牙刷还可包括本领域已知的其他部件或机构。例如，牙刷柄、微控制器、检测器、电源或充电接口等。
在某些实施方案中，本发明的电动牙刷进一步包括微控制器、检测器，且微控制器、检测器和驱动机构之间通信连接。其中，检测器设置为能够检测口腔内牙齿，例如龋齿的状况，并将检测结果传输至微控制器，由微控制器根据检测结果向驱动机构传输不同的执行命令。优选地，执行命令包括驱动机构输出所需工作频率或振动频率的指令等。
抗菌方法
本发明的第二方面，提供一种抗菌方法，其包括在超声振动条件下使压电刷毛产生增强的电响应性的步骤。
本发明中，通过超声实现抗菌，超声抗菌不仅通过超声的声能破坏细菌的结构，更重要的是通过超声转变为压电刷毛的机械振动，再通过机械振动产生的压电活性来实现抗菌。本发明发现压电活性越强，抗菌效果越高。优选地，本发明通过超声的上述两种作用的组合协同实现优异抗菌效果。
在某些实施方案中，本发明的抗菌方法具有更强的效果，因此，可以理解为一种提高抗菌效果的方法，其不仅包括向压电刷毛提供超声，还进一步包括向压电刷毛提供机械力，机械力优选为机械振动，进一步优选地，机械振动的频率与超声频率相同或相当。此处，“相当”是指振动频率在超声频率的±30%范围内，例如超声频率为1MHz，则机械振动频率在0.7MHz-1.3MHz范围内。优选地，“相当”是指振动频率在±20%范围内，如±10%范围内。
在某些实施方案中，本发明的抗菌方法为提高抗菌效果的方法，其进一步包括对压电刷毛进行物理处理的步骤。物理处理退火处理和电晕极化处理。其中，退火处理和电晕极化处理的条件已在上述“电动牙刷”部分进行了说明，在此不再赘述。
在某些实施方案中，本发明的抗菌应用于体外环境杀菌，例如在使用毛刷对物体表面进行清洁的同时进行杀菌。
实施例
一、刷毛制作
1、刷毛1
(1) 称取1Kg的PVDF，加入单螺杆熔体纺丝机，以10℃/min的升温速率升至PVDF的熔融温度175℃，待粒料完全熔融后，由喷丝头挤出并卷绕，得到直径为160μm的丝线。其中，PVDF的压电常数为19pC/N。
(2) 在85℃温度下以5m/min的牵伸速度对丝线进行机械拉伸处理，然后在120℃下高温处理2h；
(3) 经电晕极化处理得到牙刷丝，电晕极化处理的电压为35kV、距离为35mm、温度为25℃、时间为30mins。
经测刷毛1的拉伸强度为493.1Mpa，弹性模量为853.5MPa，毛束拉力为31.3N，毛束弯曲力2.90N，单丝弯曲恢复率66.43%。
2、刷毛2
(1) 称取1Kg的PVDF，加入单螺杆熔体纺丝机，以10℃/min的升温速率升至PVDF的熔融温度175℃，待粒料完全熔融后，加入BaTiO3，其加入量为陶瓷颗粒BaTiO3与聚合物的比为1:10。由喷丝头挤出并卷绕，得到直径为160μm的丝线。其中，PVDF的压电常数为19pC/N。
(2) 在85℃温度下以5m/min的牵伸速度对丝线进行机械拉伸处理，然后在120℃下高温处理2h；
(3) 经电晕极化处理得到牙刷丝，电晕极化处理的电压为35kV、距离为35mm、温度为25℃、时间为30mins。
经测刷毛2的拉伸强度为483.5Mpa，弹性模量为832.2MPa，毛束拉力为28.3N，毛束弯曲力2.81N，单丝弯曲恢复率62.76%。
刷毛1和2的拉力均大于或等于15N、弯曲力均小于6N，并具有良好的单丝弯曲恢复率、拉伸强度、弹性模量，满足国家标准GB 19342-2013中的要求。
二、电动刷牙模拟
将刷毛通过耦合剂固定于超声治疗仪的探头，由探针施加刷毛振动的动力，同时探头还产生超声波，超声波同时作用于刷毛。由此模拟电动刷牙过程。具体工作条件如表1所示。
三、实验效果
1、电压输出
将刷毛裁剪成10cm长度，使用夹具夹持使刷毛处于绷紧状态，在2端粘接导电胶和电极，将连接两端的电极分别连接至吉时利静电计(Keithley 6514)，施加超声脉冲工作频率为0MHz或1MHz±10%或3MHz±10%，超声有效声强为0.25-2.25W/cm2的超声震动，使刷毛运动发生有规律的拂动，在屏幕上接收电压输出。
表1不同超声条件下刷毛产生的最高输出电压
Figure 583274DEST_PATH_IMAGE001
由表1的数据可以看出，随着有效声强的增大，输出电压成反比减小，同时随着超声工作频率的增大，输出电压成反比减小。
2、脉冲超声刷牙清洁率
选取牛牙作为污渍载体，经前期喷砂清洁处理后，按顺序分别在清蛋白溶液、茶与咖啡的混合液和柠檬酸铁溶液中浸泡30min，重复上述过程至污渍牢固地附着在牛牙的表面，备用。
取污渍样品放到刷牙机的样品槽内，使污渍表面与样品槽的表面在同一水平面上，调整刷头及力臂使其与污渍表面吻合。将普通牙膏倒入样品槽，按不同超声工作频率及超声有效声强加载在刷头上并加载规定的载重进行模拟脉冲超声刷牙试验。污渍清洁能力通过污渍去除面积来衡量。
3、脉冲超声抑菌率
将牛牙与口腔牙菌斑菌液在BHI液体培养基中共培养12小时，用移液枪吸去培养基，无菌生理盐水小心轻洗1次，洗去悬浮菌，取污渍样品放到刷牙机的样品槽内，使污渍表面与样品槽的表面在同一水平面上，调整刷头及力臂使其与污渍表面吻合。将普通牙膏倒入样品槽，按不同超声工作频率及超声有效声强加载在刷头上并加载规定的载重进行模拟脉冲超声刷牙试验。刷牙实验结束后在牛牙表面滴加适量染色液室温暗室下孵育15min，用PBS缓冲液小心冲洗以去除过量染料，使用激光共聚焦显微镜(CLSM)观察拍照，并得到红色荧光强度和绿色荧光强度，与未处理组对比得出抑菌率。
由图2和图3可知，抑菌效果及清除率与输出电压成正比。
对比例1
(1) 称取1Kg的PVDF，加入单螺杆熔体纺丝机，以10℃/min的升温速率升至PVDF的熔融温度175℃，待粒料完全熔融后，由喷丝头挤出并卷绕，得到直径为160μm的细丝。其中，PVDF的压电常数为19pC/N。
(2) 然后在120℃下退火处理2h；
(3) 然后经电晕极化处理得到牙刷丝，电晕极化处理的电压为35kV、距离为35mm、温度为25℃、时间为30mins。
(4) 不施加脉冲超声。
经测最高输出电压为0.665V。
对比例2
(1) 称取1Kg的PVDF，加入单螺杆熔体纺丝机，以10℃/min的升温速率升至PVDF的熔融温度175℃，待粒料完全熔融后，由喷丝头挤出并卷绕，得到直径为160μm的细丝。其中，PVDF的压电常数为19pC/N。
(2) 然后在120℃下退火处理2h；
(3) 然后经电晕极化处理得到牙刷丝，电晕极化处理的电压为35kV、距离为35mm、温度为25℃、时间为30mins。
(4) 将刷毛通过耦合剂固定于超声治疗仪的探头，由探针施加刷毛振动的动力，同时探头还产生超声波，超声波同时作用于刷毛。其中，超声工作频率为1MHz±10%，超声有效声强为0.25W/cm2，脉冲时间间隔为1ms。经测该刷毛的最高输出电压为1.31V。
对比例3
(1) 称取1Kg的PVDF，加入单螺杆熔体纺丝机，以10℃/min的升温速率升至PVDF的熔融温度175℃，待粒料完全熔融后，由喷丝头挤出并卷绕，得到直径为160μm的细丝。其中，PVDF的压电常数为19pC/N。
(2) 然后经电晕极化处理得到牙刷丝，电晕极化处理的电压为35kV、距离为35mm、温度为25℃、时间为30mins。
(3) 将刷毛通过耦合剂固定于超声治疗仪的探头，由探针施加刷毛振动的动力，同时探头还产生超声波，超声波同时作用于刷毛。其中，超声工作频率为1MHz±10%，超声有效声强为0.25W/cm2，脉冲时间间隔为1ms。经测该刷毛的最高输出电压为0.95V。
对比例4
(1) 称取1Kg的PVDF，加入单螺杆熔体纺丝机，以10℃/min的升温速率升至PVDF的熔融温度175℃，待粒料完全熔融后，由喷丝头挤出并卷绕，得到直径为160μm的丝线。其中，PVDF的压电常数为19pC/N。
(2) 在85℃温度下以5m/min的牵伸速度对丝线进行机械拉伸处理，然后在120℃下高温处理2h；
(3) 经电晕极化处理得到牙刷丝，电晕极化处理的电压为35kV、距离为35mm、温度为25℃、时间为30mins。
(4) 通过超声治疗仪产生超声波，使超声波直接施加到刷毛，未对刷毛施加机械振动，超声工作频率为1MHz±10%，超声有效声强为0.25W/cm2，脉冲时间间隔为1ms。经测其最高输出电压为0.78V。
对比例5
(1) 称取1Kg的PVDF，加入单螺杆熔体纺丝机，以10℃/min的升温速率升至PVDF的熔融温度175℃，待粒料完全熔融后，由喷丝头挤出并卷绕，得到直径为160μm的丝线。其中，PVDF的压电常数为19pC/N。
(2) 在85℃温度下以5m/min的牵伸速度对丝线进行机械拉伸处理，然后在120℃下高温处理2h；
(3) 经电晕极化处理得到牙刷丝，电晕极化处理的电压为35kV、距离为35mm、温度为25℃、时间为30mins。
(4) 将刷毛通过耦合剂固定于超声治疗仪的探头，由探针施加刷毛振动的动力，同时探头还产生超声波，超声波同时作用于刷毛，但没有脉冲而是持续作用。具体地，将刷毛裁剪成10cm长度，使用夹具夹持使刷毛处于绷紧状态，在2端粘接导电胶和电极，将连接两端的电极分别连接至吉时利静电计(Keithley 6514)，施加连续振动，频率为1MHz±10%，超声有效声强为2.5W/cm2，使刷毛运动发生有规律的拂动，在屏幕上接收电压输出。经测其最高输出电压为1.25V。
选取牛牙作为污渍载体，经前期喷砂清洁处理后，按顺序分别在清蛋白溶液、茶与咖啡的混合液和柠檬酸铁溶液中浸泡30min，重复上述过程至污渍牢固地附着在牛牙的表面，备用。
取污渍样品放到刷牙机的样品槽内，使污渍表面与样品槽的表面在同一水平面上，调整刷头及力臂使其与污渍表面吻合。将普通牙膏倒入样品槽，加载频率为1MHz±10%，超声有效声强为2.5W/cm2的连续振动在刷头上并加载规定的载重进行模拟刷牙试验。污渍清洁能力通过污渍去除面积来衡量。清除率(3次重复数据)分别为：86.3%、87.1%、86.7%，平均为86.7%。
将牛牙与口腔牙菌斑菌液在BHI液体培养基中共培养12小时，用移液枪吸去培养基，无菌生理盐水小心轻洗1次，洗去悬浮菌，取污渍样品放到刷牙机的样品槽内，使污渍表面与样品槽的表面在同一水平面上，调整刷头及力臂使其与污渍表面吻合。将普通牙膏倒入样品槽，加载频率为1MHz±10%，超声有效声强为2.5W/cm2的连续振动及规定的载重进行模拟刷牙试验。刷牙实验结束后在牛牙表面滴加适量染色液室温暗室下孵育15min，用PBS缓冲液小心冲洗以去除过量染料，使用激光共聚焦显微镜(CLSM)观察拍照，并得到红色荧光强度和绿色荧光强度，与未处理组对比得出抑菌率。抑菌率(3个重复数据)分别为：96.1%、95.5%、95.8%，平均为95.8%。
表2不同超声条件下牙线的清除率数据(3个重复)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 对比例1
99.3 98.9 98.26 98 97.65 96.5 93.2
99.19 98.1 98.3 97.9 97.53 97.1 92.7
99.17 98.5 98.28 98.34 97.72 97.61 92.6
表3不同超声条件下牙线的抑菌率数据(3个重复)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 对比例1
99 94.67 91.33 91.67 89.67 87 83.67
98.67 94.33 91.67 92 90 87.33 81
96.3 95.67 91.33 93 91 88.33 80.67
尽管本发明已经参考示例性实施方案进行了描述，但应理解本发明不限于公开的示例性实施方案。在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的示例性实施方案做多种调整或变化。权利要求的范围应基于最宽的解释以涵盖所有修改和等同结构与功能。

Claims (8)

1.一种基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其特征在于，包括设置有压电刷毛的牙刷头和用于驱动所述牙刷头振动的驱动机构，所述驱动机构设置为能够产生有效声强为0.20-2.50W/cm2的低强度脉冲超声波和机械振动，通过机械振动和超声波的组合作为外力使压电刷毛实现高效抗菌；
所述压电刷毛的制备方法包括：
(1) 加热聚合物制备纺丝熔体，通过挤压使其经喷丝孔中挤出冷却得到丝线，在80℃-100℃温度下以2m/min-80m/min的牵伸速度对丝线进行机械拉伸处理；
(2) 将所述丝线在100℃-150℃温度下退火处理1.5h-3h；和
(3) 将所述丝线进行电晕极化处理。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其特征在于，所述超声波的频率为0.5-4MHz。
3.根据权利要求1所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其特征在于，所述压电刷毛由选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷和聚乳酸中的至少一种聚合物作为原料制备得到。
4.根据权利要求3所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其特征在于，所述压电刷毛的原料进一步包括纳米压电颗粒，其中，所述纳米压电颗粒选自钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸锶、铌酸锂和铌酸钾钠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其特征在于，所述电晕极化处理条件包括电压10kV-50kV、极头与样品间距离为10mm-50mm、极化温度为25℃-50℃、时间为10min-60min。
6.根据权利要求1所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其特征在于，所述拉伸方向与极化时的电场方向实质上垂直。
7.根据权利要求1所述的基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷，其特征在于，所述刷毛的单丝直径为100-500μm，在静置状态下刷毛的压电常数为0.4pC/N以上，在外力作用下产生的电压为1.0V-2.0V。
8.一种非治疗目的的抗菌方法，其特征在于，包括在脉冲超声波和机械振动条件下使压电刷毛产生压电响应从而实现抑菌功能的步骤；
其中，所述压电刷毛的制备方法包括：
(1) 加热聚合物制备纺丝熔体，通过挤压使其经喷丝孔中挤出冷却得到丝线，在80℃-100℃温度下以2m/min-80m/min的牵伸速度对丝线进行机械拉伸处理；
(2) 将所述丝线进行退火处理；和
(3) 将所述丝线进行电晕极化处理。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115869093A (zh) * 2022-10-27 2023-03-31 北京大学口腔医学院 基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷及抗菌方法
CN115634159B (zh) * 2022-12-16 2023-07-07 北京大学口腔医学院 一种抗菌牙膏
CN116270727B (zh) * 2022-12-23 2023-11-14 北京大学口腔医学院 口腔抗菌组合物及制备方法和用途

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2428108Y (zh) * 2000-06-16 2001-05-02 李贵金 一种新型电动、灭菌牙刷
CN109069244A (zh) * 2016-03-30 2018-12-21 罗伯特.T.伯克咨询有限责任公司 空间改进的扩展范围超声波牙刷

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5546624A (en) * 1991-03-25 1996-08-20 Sonex International Corporation Apparatus to selectively couple ultransonic energy in a therapeutic ultransonic toothbrush
CN101820832A (zh) * 2007-10-08 2010-09-01 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于使用频率可变的超声来清洁牙齿的装置
KR20100052073A (ko) * 2008-11-10 2010-05-19 (주)다간 초음파 칫솔 살균기 및 이의 구동 방법
JP7074281B2 (ja) * 2018-03-30 2022-05-24 三井化学株式会社 圧電繊維構造体、圧電織物、圧電編物、圧電デバイス、力センサー、アクチュエータ、及び圧電繊維構造体の製造方法
CN110464674A (zh) * 2019-08-19 2019-11-19 南京理工大学 含压电材料的牙齿美白产品
CN111171359B (zh) * 2020-01-07 2021-03-02 南京大学 活化聚四氟乙烯的方法及应用
CN114953388B (zh) * 2022-05-09 2024-02-02 北京大学口腔医学院 牙刷丝及其制备方法、牙刷
CN114907729A (zh) * 2022-06-08 2022-08-16 上海交通大学 一种海工金属材料表面压电抗菌、防污膜层的制备方法
CN115252467A (zh) * 2022-06-22 2022-11-01 山东大学 基于聚四氟乙烯压电材料的牙齿美白产品
CN114959933B (zh) * 2022-07-08 2023-08-15 北京大学口腔医学院 一种电活性抗菌牙线及其制备方法
CN115869093A (zh) * 2022-10-27 2023-03-31 北京大学口腔医学院 基于脉冲超声压电响应原理的抗菌电动牙刷及抗菌方法
CN115399906A (zh) * 2022-11-01 2022-11-29 北京大学口腔医学院 含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器及抗菌方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2428108Y (zh) * 2000-06-16 2001-05-02 李贵金 一种新型电动、灭菌牙刷
CN109069244A (zh) * 2016-03-30 2018-12-21 罗伯特.T.伯克咨询有限责任公司 空间改进的扩展范围超声波牙刷

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