CN115399906A - 含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器及抗菌方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器及抗菌方法。本发明的清洁器包括手柄部、支架部和驱动机构。其中，支架部包括第一支点和第二支点以及设置于两者之间的压电响应丝线，驱动机构设置为能够产生作用于所述压电响应丝线的低强度脉冲超声波，通过压电响应丝线与低强度脉冲超声波的组合实现清洁和抗菌功能。

Description

含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器及抗菌方法

技术领域

本发明涉及牙齿清洁领域，具体地涉及含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器及抗菌方法。

背景技术

变形链球菌被认为是人类龋齿的主要病因，因为许多研究已经证明了龋齿的存在与牙菌斑中这些生物体数量的增加之间存在相关性，这些微生物在牙齿表面的定植是诱导龋齿的第一步，所以为了防止龋齿，必须清除含有变异链球菌的牙菌斑。日常刷牙只能清除牙齿唇舌面的菌斑，而牙齿邻面的菌斑往往还需要通过使用其他清洁工具进行清洁达到预防龋病的目的，比如目前常用的邻面清洁工具有牙线、冲牙器等等。

目前牙线的主要材质为尼龙、涤纶等，主要通过机械摩擦来清除菌斑，无法保证能够清洁彻底。近来开发了各种电动牙线器，例如CN203802592U公开了一种电动牙线器，包括壳体，壳体的上部具有用于支撑牙线的分叉结构，壳体的下部形成电动牙线器的握持部分；缠绕机构，缠绕机构用于缠绕牙线，并带动牙线运动；用于驱动的电机；传动机构，传动机构设置于电机和缠绕机构之间，将电机的转动转换为缠绕机构绕固定轴的往复旋转运动。在该申请中电动牙线器的牙线沿着固定部件往复运动，而电动牙线器的外部部件保持静止不动，能够避免电动牙线器在使用过程中对牙龈粘膜造成损伤。然而，这些电动牙线器没有抑菌功能，从而不能控制斑块。

发明内容

为解决现有技术中的至少部分技术问题，本发明提供含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器及抗菌方法。具体地，本发明包括以下内容。

本发明的第一方面，提供一种含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其中，包括手柄部、支架部和驱动机构，其中，所述支架部包括第一支点和第二支点以及设置于两者之间的压电响应丝线，所述驱动机构设置为能够产生作用于所述压电响应丝线的低强度脉冲超声波，通过压电响应丝线与低强度脉冲超声波的组合实现清洁和抗菌功能。

在某些实施方案中，根据第一方面所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其中，所述驱动机构进一步设置为能够使所述压电响应丝线振动，和/或所述压电响应丝线的宽度为50μm-3mm，厚度为50μm-150μm。

在某些实施方案中，根据第一方面所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其中，所述超声波的有效声强为0.20-2.50W/cm²，和/或所述超声波的频率为0.5-4MHz。

在某些实施方案中，根据第一方面所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其中，所述超声波以固定和/或可变的脉冲方式产生，或者以固定和/或可变的时间段输出不同的振动或超声的方式产生。

在某些实施方案中，根据第一方面所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其中，所述压电响应丝线包括无机压电材料和/或有机压电材料。

在某些实施方案中，根据第一方面所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其中，所述有机压电材料选自聚偏氟乙烯及其聚合物或聚乳酸，如聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物中的至少一种；所述无机压电材料选自钛酸钡、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，根据第一方面所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其中，所述压电响应丝线的制备方法包括以下步骤：

(1) 将重均分子量为30-70万的有机压电材料和可选的无机压电材料溶解或分散于有机溶剂中得到分散液，其中压电聚合物与有机溶剂的重量比为10-25:100；

(2) 使所述分散液装入静电纺丝机的注射器内进行静电纺丝，形成纤维布；

(3) 裁剪所述纤维布得到线丝状纤维，拉伸所述线丝状纤维；和

(4) 在80-150℃条件下高温处理2-3小时所述拉伸后的线丝状纤维。

在某些实施方案中，根据第一方面所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其中，进一步包括在10kV-50kV、距离10mm-50mm、温度25℃-50℃条件下极化10min-60min。

本发明的第二方面，提供一种通过超声波和机械振动组合来提高压电响应丝线抗菌活性的方法，其中，向压电响应丝线同时施加超声波和机械振动，并通过两者的协同作用实现抗菌。

在某些实施方案中，根据第一方面所述的通过超声波和机械振动组合来提高压电响应丝线抗菌活性的方法，其中，所述机械振动的频率和所述超声波的频率相同或相当。

附图说明

图1 不同超声振动条件下牙线的最高输出电压。

图2 不同超声振动条件下牙线的清洁率结果。

图3 不同超声振动条件下牙线的抑菌率结果。

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。

清洁器

本发明的第一方面，提供一种含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，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含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器。一般而言，本发明的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器包括手柄部、支架部和驱动机构。其中，支架部包括第一支点和第二支点以及设置于两者之间的压电响应丝线。所述驱动机构设置为能够产生低强度脉冲超声波，其作用于压电响应丝线。本发明通过机械力(特别是高频机械振动)和超声波的组合作为外力使压电响应丝线实现高效抗菌的目的。

本发明中，支架部只要设置有压电响应丝线，则不特别限定。优选地，支架部的第一支点和第二支点分别以可拆卸方式与丝线的两端固定连接，从而可以方便地更换牙线。可拆卸方式的实例包括但不限于通过夹持器固定等。

本发明中，压电响应丝线是指在满足牙线的基本要求的情况下还同时具有压电活性的细丝或细线，其优选通过包括压电聚合物的原料制备得到。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，压电响应丝线的宽度一般为50μm-3mm，优选100μm-2mm，更优选200μm-1.5mm，如500μm、600μm、800μm、1200μm、1500μm等。本发明中，压电响应丝线的厚度一般为50μm-150μm，优选80μm-120μm，更优选90μm-100μm。在静置状态下牙线的压电常数一般为0.4pC/N以上，如0.5pC/N以上，0.6pC/N以上。在外力作用下产生的电压一般为1.0V以上的电压，如1.2V以上，如10V、15V、20V等。

在某些实施方案中，本发明的压电响应丝线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响应丝线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，本发明的压电响应丝线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牙线的抗菌活性。退火处理一般包括使压电响应丝线于高温下静置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℃。高温静置后，接下来进行冷却。冷却可以是室温下自然冷却，也可以例如0.5-5℃/min钟的速度，优选1-3℃/min的速度降低至室温。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2 kV -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，本发明的压电响应丝线通过静电纺丝制备。示例性地，其制备方法包括：

(1) 将重均分子量为30-70万的压电聚合物溶解于有机溶剂中得到分散液，其中压电聚合物与有机溶剂的重量比为10-25:100；

(2) 使所述分散液装入静电纺丝机中的注射器内进行静电纺丝，形成纤维布，所述静电纺丝的参数包括电压8-25kV、推注速率0.01-1ml/h、接收距离为5-30cm；

(3) 裁剪所述纤维布得到线丝状纤维，拉伸所述线丝状纤维；和

(4) 在80-150℃条件下高温处理2-3小时所述拉伸后的线丝状纤维。

可选地，进一步包括(5)在10kV-50kV、距离10mm-50mm、温度25℃-50℃条件下极化10min-60min。

本发明中，压电聚合物的体积百分含量可以为70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%或为其间任意数值之间的范围，压电陶瓷颗粒的体积百分含量可以为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%或为其间任意数值之间的范围。压电聚合物的体积百分含量在上述范围内，可以形成具有一定压电性能的电活性抗菌静电纺丝纤维，并且静电纺丝纤维具有适宜的柔性和韧性，可操作性强。压电陶瓷颗粒作为无机压电材料，当压电陶瓷颗粒的体积百分含量在上述范围内，压电陶瓷颗粒在提供带电功能的同时，还可以提高牙线的强度和摩擦强度。

在某些实施方案中，静电纺丝时压电聚合物与有机溶剂的重量比为10-25:100，还优选为12-22:100，进一步优选为15-20:100，更优选为16-20:100。

在某些实施方案中，在分散液中进一步包括纳米级银颗粒，其与压电聚合物的重量比为0.01-0.5:1，优选0.5-0.4:1，进一步优选为0.1-0.3:1，在该重量比范围内，纳米级银颗粒能够进一步提高静电纺丝牙线的抗菌活性。

在某些实施方案中，本发明的溶剂可选自N,N-二甲基甲酰胺、丙酮中的至少一种。例如溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基甲酰胺和丙酮以体积比1:2混合。基于溶剂的质量，压电聚合物和压电陶瓷颗粒总的添加含量为15wt%-20wt%。本发明通过控制溶剂与压电聚合物和压电陶瓷颗粒的比例，使压电材料可以形成均匀的分散液，同时能够使静电纺丝可操作。当溶剂的添加比例过小时压电材料不能形成均匀地分散液，静电纺丝不可操作或形成的纤维布稳定性差。当溶剂的添加比例过大时，分散液中压电材料的含量过低，导致静电纺丝不可实现。

在本发明的步骤(2)中，如果电压较小，制备的静电纺丝拉伸应力较低，电压过高，静电斥力过大，同样不利于拉伸。优选地，电压为8-25kV，还优选为8-20 kV，进一步优选为14-18 kV。推注速率优选为0.01-1ml/h，还优选为0.1-0.8ml/h，进一步优选为0.5-0.8ml/h。接收距离是指喷头与收集板之间的距离，距离过大制备的静电纺丝直径变小，优选的接收距离为5-30cm，还优选为10-25cm，进一步优选为15-20cm。

本发明中，对静电纺丝机不特别限定，可以采用本领域已知的静电纺丝机，只要能实现本发明的目的即可，本发明对此不做限定。本发明对静电纺丝机的其他工作参数不做特别限定，只要能实现本发明的目的即可。例如静电纺丝接收滚筒转速为900rpm，纺丝温度为常温、湿度为30%，纺丝时间为6h。本发明采用静电纺丝方法，通过控制不同溶剂的比例可以改变静电纺丝纤维表面形貌，如多孔结构，有利于更好地发挥压电性能，同时增加摩擦系数。

本发明中，对纤维布裁剪没有特别限定，只要能实现本发明的目的即可。例如，使用裁刀，按照确定的静电纺丝纤维宽度精确进行裁剪或使用自动化设备定量切割。当所制备静电纺丝纤维最终加工为静电纺丝纤维卷时，除了需要对纤维布先进行裁剪，再进行缠绕处理，以实现静电纺丝纤维成卷。

本发明中，驱动机构不特别限定，只要能够同时提供使牙线振动的机械力，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牙线的振动周期同步。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。发明人发现，当有效声强越大时，压电响应丝线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，驱动机构通过使支架部产生脉冲振动来带动压电响应丝线同步振动。支架部可以平行于手柄部方向的方式振动，也可以垂直于手柄部的方式振动。

在某些实施方案中，驱动机构通过使支点产生脉冲振动的方式来带动压电响应丝线同步振动。支点可以是第一支点或第二支点中的一个，或者两者同步振动。

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、手柄部和支架部之外，本发明的电动清洁器还可包括本领域已知的其他部件或机构。例如，微控制器、检测器、牙线存储装置、牙线回收装置、电源或充电接口等。

在某些实施方案中，本发明的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器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。

在某些实施方案中，本发明的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器进一步包括牙线存储装置、牙线回收装置和/或控制器。其中，牙线存储装置用于存储未使用的牙线，牙线回收装置用于回收使用过的牙线，且在控制器控制下牙线能够从牙线存储装置中连续地移出至支架部，每次移出的距离为固定距离或固定长度(移动距离)。例如移动距离为第一支点到第二支点的距离。当使用完后，控制器控制牙线回收装置从支架部回收固定长度的牙线。

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响应丝线产生增强的电响应性的步骤，即向压电响应丝线同时施加超声波和机械振动，并通过两者的协同作用实现抗菌。

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响应丝线的机械振动，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，其不仅包括向压电响应丝线提供超声，还进一步包括向压电响应丝线提供机械力，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响应丝线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“电动清洁器”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，例如在使用牙线对物体表面进行清洁的同时进行杀菌。

实施例1

1、将PVDF加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌混合，直至形成均匀地分散液，其中PVDF与溶剂的质量比为18:100，PVDF的重均分子量为55万、压电常数d₃₃为30pC/N、熔融温度为235℃；

2、将分散液装入静电纺丝机中的注射器内进行静电纺丝，形成厚度130μm的纤维布；静电纺丝的参数为：电压16kV、推注速率0.7ml/h、接收距离为15cm、接收滚筒转速为900rpm、纺丝温度为常温、湿度为30%、纺丝时间为6h；

3、将纤维布进行裁剪，形成牙线丝，其中裁剪宽度为2mm；

4、将牙线丝牵伸2倍，120℃退火2h，然后进行极化，极化电压35kv，极化距离35cm，极化温度25摄氏度，极化时间30分钟，得到电活性抗菌牙线，电活性抗菌牙线的厚度为130μm、宽度为1mm；

5、电动牙线工作模拟，施加超声工作频率为1MHz±10%，超声有效声强为0.25W/cm²，脉冲方式每个振动周期内振动1ms后间隔1ms。

实施例2

1、将PVDF加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌混合，直至形成均匀地分散液，其中PVDF与溶剂的质量比为18:100，PVDF的重均分子量为55万、压电常数d₃₃为30pC/N、熔融温度为235℃；

2、将分散液装入静电纺丝机中的注射器内进行静电纺丝，形成厚度130μm的纤维布；静电纺丝的参数为：电压16kV、推注速率0.7ml/h、接收距离为15cm、接收滚筒转速为900rpm、纺丝温度为常温、湿度为30%、纺丝时间为6h；

3、将纤维布进行裁剪，形成牙线丝，其中裁剪宽度为2mm；

4、将牙线丝牵伸2倍，120℃退火2h，然后进行极化，极化电压35kv，极化距离35cm，极化温度25摄氏度，极化时间30分钟，得到电活性抗菌牙线，电活性抗菌牙线的厚度为130μm、宽度为1mm；

5、电动牙线工作模拟，施加超声工作频率为1MHz±10%，超声有效声强为1.25W/cm²，脉冲方式每个振动周期内振动5ms后间隔5ms。

实施例3

1、将PVDF加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌混合，直至形成均匀地分散液，其中PVDF与溶剂的质量比为18:100，PVDF的重均分子量为55万、压电常数d₃₃为30pC/N、熔融温度为235℃；

2、将分散液装入静电纺丝机中的注射器内进行静电纺丝，形成厚度130μm的纤维布；静电纺丝的参数为：电压16kV、推注速率0.7ml/h、接收距离为15cm、接收滚筒转速为900rpm、纺丝温度为常温、湿度为30%、纺丝时间为6h；

3、将纤维布进行裁剪，形成牙线丝，其中裁剪宽度为2mm；

4、将牙线丝牵伸2倍，120℃退火2h，然后进行极化，极化电压35kv，极化距离35cm，极化温度25摄氏度，极化时间30分钟，得到电活性抗菌牙线，电活性抗菌牙线的厚度为130μm、宽度为1mm；

5、电动牙线工作模拟，施加超声工作频率为1MHz±10%，超声有效声强为2.25W/cm²，脉冲方式每个振动周期内振动9ms后间隔9ms。

实施例4

1、将PVDF加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌混合，直至形成均匀地分散液，其中PVDF与溶剂的质量比为18:100，PVDF的重均分子量为55万、压电常数d₃₃为30pC/N、熔融温度为235℃；

2、将分散液装入静电纺丝机中的注射器内进行静电纺丝，形成厚度130μm的纤维布；静电纺丝的参数为：电压16kV、推注速率0.7ml/h、接收距离为15cm、接收滚筒转速为900rpm、纺丝温度为常温、湿度为30%、纺丝时间为6h；

3、将纤维布进行裁剪，形成牙线丝，其中裁剪宽度为2mm；

4、将牙线丝牵伸2倍，120℃退火2h，然后进行极化，极化电压35kv，极化距离35cm，极化温度25摄氏度，极化时间30分钟，得到电活性抗菌牙线，电活性抗菌牙线的厚度为130μm、宽度为1mm；

5、电动牙线工作模拟，施加超声工作频率为3MHz±10%，超声有效声强为0.25W/cm²，脉冲方式每个振动周期内振动1ms后间隔1ms。

实施例5

1、将PVDF加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌混合，直至形成均匀地分散液，其中PVDF与溶剂的质量比为18:100，PVDF的重均分子量为55万、压电常数d₃₃为30pC/N、熔融温度为235℃；

2、将分散液装入静电纺丝机中的注射器内进行静电纺丝，形成厚度130μm的纤维布；静电纺丝的参数为：电压16kV、推注速率0.7ml/h、接收距离为15cm、接收滚筒转速为900rpm、纺丝温度为常温、湿度为30%、纺丝时间为6h；

3、将纤维布进行裁剪，形成牙线丝，其中裁剪宽度为2mm；

4、将牙线丝牵伸2倍，120℃退火2h，然后进行极化，极化电压35kv，极化距离35cm，极化温度25摄氏度，极化时间30分钟，得到电活性抗菌牙线，电活性抗菌牙线的厚度为130μm、宽度为1mm；

5、电动牙线工作模拟，施加超声工作频率为3MHz±10%，超声有效声强为1.25W/cm²，脉冲方式每个振动周期内振动5ms后间隔5ms。

实施例6

1、将PVDF加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌混合，直至形成均匀地分散液，其中PVDF与溶剂的质量比为18:100，PVDF的重均分子量为55万、压电常数d₃₃为30pC/N、熔融温度为235℃；

2、将分散液装入静电纺丝机中的注射器内进行静电纺丝，形成厚度130μm的纤维布；静电纺丝的参数为：电压16kV、推注速率0.7ml/h、接收距离为15cm、接收滚筒转速为900rpm、纺丝温度为常温、湿度为30%、纺丝时间为6h；

3、将纤维布进行裁剪，形成牙线丝，其中裁剪宽度为2mm；

4、将牙线丝牵伸2倍，120℃退火2h，然后进行极化，极化电压35kv，极化距离35cm，极化温度25摄氏度，极化时间30分钟，得到电活性抗菌牙线，电活性抗菌牙线的厚度为130μm、宽度为1mm；

5、电动牙线工作模拟，施加超声工作频率为3MHz±10%，超声有效声强为2.25W/cm²，脉冲方式每个振动周期内振动9ms后间隔9ms。

对比例1

1、将PVDF加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌混合，直至形成均匀地分散液，其中PVDF与溶剂的质量比为18:100，PVDF的重均分子量为55万、压电常数d₃₃为30pC/N、熔融温度为235℃；

2、将分散液装入静电纺丝机中的注射器内进行静电纺丝，形成厚度130μm的纤维布；静电纺丝的参数为：电压16kV、推注速率0.7ml/h、接收距离为15cm、接收滚筒转速为900rpm、纺丝温度为常温、湿度为30%、纺丝时间为6h；

3、将纤维布进行裁剪，形成牙线丝，其中裁剪宽度为2mm；

4、将牙线丝牵伸2倍，120℃退火2h，然后进行极化，极化电压35kv，极化距离35cm，极化温度25摄氏度，极化时间30分钟，得到电活性抗菌牙线，电活性抗菌牙线的厚度为130μm、宽度为1mm；

5、不施加脉冲超声及振动。

对比例2

1、将PVDF加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌混合，直至形成均匀地分散液，其中PVDF与溶剂的质量比为18:100，PVDF的重均分子量为55万、压电常数d₃₃为30pC/N、熔融温度为235℃；

2、将分散液装入静电纺丝机中的注射器内进行静电纺丝，形成厚度130μm的纤维布；静电纺丝的参数为：电压16kV、推注速率0.7ml/h、接收距离为15cm、接收滚筒转速为900rpm、纺丝温度为常温、湿度为30%、纺丝时间为6h；

3、将纤维布进行裁剪，形成牙线丝，其中裁剪宽度为2mm；

4、将牙线丝牵伸2倍，120℃退火2h，得到电活性抗菌牙线，电活性抗菌牙线的厚度为130μm、宽度为1mm；

5、不施加脉冲超声及振动。

对比例3

1、将PVDF加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌混合，直至形成均匀地分散液，其中PVDF与溶剂的质量比为18:100，PVDF的重均分子量为55万、压电常数d₃₃为30pC/N、熔融温度为235℃；

2、将分散液装入静电纺丝机中的注射器内进行静电纺丝，形成厚度130μm的纤维布；静电纺丝的参数为：电压16kV、推注速率0.7ml/h、接收距离为15cm、接收滚筒转速为900rpm、纺丝温度为常温、湿度为30%、纺丝时间为6h；

3、将纤维布进行裁剪，形成牙线丝，其中裁剪宽度为2mm；

4、将牙线丝牵伸2倍，120℃退火2h，然后进行极化，极化电压35kv，极化距离35cm，极化温度25摄氏度，极化时间30分钟，得到电活性抗菌牙线，电活性抗菌牙线的厚度为130μm、宽度为1mm；

5、施加频率为1MHz±10%，超声有效声强为2.5W/cm²连续振动。

测试例

一、电压输出

将电活性抗菌牙线裁剪成10cm长度，使用夹具夹持使电活性抗菌牙线处于绷紧状态并使电活性牙线表面紧贴准备好的离体牙，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，使牙线运动装置发生有规律的拂动，在屏幕上接收电压输出。

二、脉冲超声清洁率

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。取污渍样品放到样品槽内，使邻面污渍表面与样品槽的表面在同一水平面上，调整牙线使其与邻面污渍表面呈C型吻合。按不同超声工作频率及超声有效声强加载在牙线上并加载规定的载重进行模拟脉冲超声牙线清除邻面菌斑试验。污渍清洁能力通过污渍去除面积来衡量。

三、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，取污渍样品放到样品槽内，使邻面污渍表面与样品槽的表面在同一水平面上，调整牙线使其与邻面污渍表面呈C型吻合。按不同超声工作频率及超声有效声强加载在牙线上并加载规定的载重进行模拟脉冲超声牙线清除邻面菌斑试验。实验结束后在牛牙邻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。

表1不同超声条件下牙线产生的最高输出电压

由表1及附图可知，当超声工作频率为1MHz±10%时，随着有效声强的增大，输出电压无明显变化。当超声工作频率为3MHz±10%时，一开始输出电压随着超声工作频率的增大，输出电压增大，当有效声强由1.25W/cm²继续增大时，电压反而减小。抑菌效果和清除率随着输出电压升高而升高。

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 (10)

1.一种含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其特征在于，包括手柄部、支架部和驱动机构，其中，所述支架部包括第一支点和第二支点以及设置于两者之间的压电响应丝线，所述驱动机构设置为能够产生作用于所述压电响应丝线的低强度脉冲超声波，通过压电响应丝线与低强度脉冲超声波的组合实现清洁和抗菌功能。

2.根据权利要求1所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其特征在于，所述驱动机构进一步设置为能够使所述压电响应丝线振动，和/或所述压电响应丝线的宽度为50μm-3mm，厚度为50μm-150μm；所述超声波的有效声强为0.20-2.50W/cm²，和/或所述超声波的频率为0.5-4MHz。

3.根据权利要求1所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其特征在于，所述压电响应丝线以可拆卸的方式固定于所述支架部。

4.根据权利要求1所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其特征在于，所述超声波以固定和/或可变的脉冲方式产生，或者以固定和/或可变的时间段输出不同的振动或超声的方式产生。

5.根据权利要求1所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其特征在于，所述压电响应丝线包括无机压电材料和/或有机压电材料。

6.根据权利要求5所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其特征在于，所述有机压电材料选自聚偏氟乙烯、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；所述无机压电材料选自钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸锶、铌酸锂和铌酸钾钠中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其特征在于，所述压电响应丝线的制备方法包括以下步骤：

(1) 将重均分子量为30-70万的有机压电材料和可选的无机压电材料溶解或分散于有机溶剂中得到分散液，其中压电聚合物与有机溶剂的重量比为10-25:100；

(2) 使所述分散液装入静电纺丝机的注射器内进行静电纺丝，形成纤维布；

(3) 裁剪所述纤维布得到线丝状纤维，拉伸所述线丝状纤维；和

(4) 在80-150℃条件下高温处理2-3小时所述拉伸后的线丝状纤维。

8.根据权利要求7所述的含有压电响应丝线的电动抗菌牙缝清洁器，其特征在于，进一步包括在10kV-50kV、距离10mm-50mm、温度25℃-50℃条件下极化10min-60min。

9.一种通过超声波和机械振动组合来提高压电响应丝线抗菌活性的方法，其特征在于，向压电响应丝线同时施加超声波和机械振动，并通过两者的协同作用实现抗菌。

10.根据权利要求9所述的通过超声波和机械振动组合来提高压电响应丝线抗菌活性的方法，其特征在于，所述机械振动的频率和所述超声波的频率相同或相当。

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