CN1406142A - 牙科设备和操作该设备的方法 - Google Patents

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雅各布斯·西奥多勒斯·马雷
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Radical Waters IP Pty Ltd
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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Abstract

本发明涉及牙科设备，其包括：具有水管线路和相关牙科器具排布的牙科装备；和电解装置，用于产生电解活化的杀微生物水溶液，所述溶液用于消除和控制牙科设备水管线路中的生物膜，其特征在于pH值介于6.75到10之间，具有杀微生物性以及抗氧化性、分散性和表面活性剂特性，使该溶液具有生物相容性而无腐蚀性，并且能消除牙科设备水管线路中的生物膜，同时从水管线路驱散和移除生物膜，以将其中的微生物降低到牙科用水中微生物的预设水平；以及将该水溶液引入水管线路以处理生物膜的装置。本发明还涉及这种溶液、分液装置、一种牙科操作和消除生物膜的方法。

Description

牙科设备和操作该设备的方法
                            发明
1.发明领域
本发明涉及一种用于牙科治疗，包括牙备填洞准备、超声波刮牙术和牙根管治疗的牙科操作设备；一种具有抗氧化以及分散、表面活性剂和合成代谢性能的杀微生物溶液的用途，该溶液适合作为杀微生物素以及作为牙科治疗中的冷却、润滑和冲洗介质；一种用于处理生物膜以及在牙科治疗中作为冷却、润滑和冲洗介质的水溶液；一种用这种水溶液处理生物膜的方法；调配这种水溶液的调配方法和用这种牙科设备和水溶液进行牙科治疗的方法。
2.发明背景
2.1.牙科操作设备：
城市蒸馏水或无菌水经常用于牙科操作设备(此后分别称为“牙科设备”或“DU’s”和“牙科设备水”或“DUW”)。然而，国际上对于DU’s中水管线路可能的污染相当关注，关注很大程度上是由于在通向DU’s的管道中发生和存在的生物膜是在设备内，并从设备引向机头。
生物膜内经常停留潜在的病原体，已经证实诸如假单胞菌属、分枝杆菌属和军团菌属已经从牙科设备水系(这里用“DUWL’s”代替)中分离。
病原体被医源性地传播到接受牙科治疗的患者的可能性和牵连是显而易见的，包括疾病和甚至死亡的危险。看来直接将城市用水连接到DU’s的做法应被认为是不符合治疗水平的标准。在很多第三世界国家，城市用水不是一直被有效地消毒的。
为了克服这些问题和将这些危险降到最小，已提出使用独立的给水系统，无菌水系统和/或微滤器。独立给水系统或无菌水系统(本文分别称为“IWS’s”和“SWS’s”)包括一个容器，其被来自标准的牙科压缩机的压缩空气加压。也建议遵循严格的维护制度，包括每天冲洗和用次氯酸钠净化。建议的制度的一些缺点是每天更换滤器所需的时间、工作和训练，次氯酸钠的腐蚀作用和毒性，未净化的压缩空气对无菌水的可能污染，获得无菌水的通常花费和生物膜的形成，事实上，因为缺乏任何残余的消毒剂，SWS’s有着比连接于市政供应的系统更严重的生物膜的形成。
2.2.生物膜
2.2.1.介绍
粘附于表面是贫营养环境中微生物常见和熟知的行为。这种粘附和随后的微生物生长导致生物膜的形成。细菌性生物膜促进了生物质沉积增加，造成对液流的阻力，微生物诱导的腐蚀和在工业水冷却系统中热交换能量的丧失。
工业上用杀生物剂控制有害生物膜取得了不同程度的成功。然而在水网和热交换系统中使用杀生物剂尤其是氯，仅仅当生物膜被机械或物理去除时是有效的。成熟的生物膜的氯化经常是不成功的，因为杀生物剂仅仅与生物膜的外层反应，在底物的表面上留下健康和可观的细菌群落将快速再生。在重复施用后，生物膜中的细菌也将发展出对杀生物剂抗性的增加。已经发现杀生物剂还进一步诱导对其他杀生物剂的交叉抗性。
微生物生物膜在一系列工业环境中是个问题，这些环境中大面积的浸没表面暴露于相当高的营养液流中，提供了形成丰富的表面相关生长的小境。在含水环境中细菌在表面定居是细菌在自然界生存的基本策略，因为在固-液界面可以获得更多的营养。所造成的聚集物形成小菌落，其发展为生物膜。
可以获得一系列杀菌物质，通常称为杀生物剂或杀微生物剂。它们的生产商声称所有的这些物质可以定量杀灭出现在水系统中的细菌。杀生物剂作用于多个细胞位点，从细胞质膜到呼吸功能，酶和遗传物质。然而，不同的细菌对杀菌剂反应不同，其原因归结于固有的差异如独特的细胞被膜构成和非易感性蛋白，或归结于通过适应或遗传交换而出现抗性。因此杀菌剂应当根据它们被挑选要控制的微生物来评价，也就是在需要处理的系统中最占优势的微生物。系统中微生物群落的组成随应用不同的水而不同，并在用不同杀菌剂处理后通过抗性菌株的选择而显著改变。以生物膜生长的细菌也对大多数目前已知的抗菌药物显著地更耐药，对控制它们的方法施加了挑战。
2.2.2.牙科操作设备中生物膜的粘附
生物膜包括一个固着的，也就是附着/粘附的微生物(可包括细菌)的活性层和惰性的多糖-蛋白质复合物基质(此后称为“GCM”)。生物膜可以粘附在任何与液体接触的表面，包括用于液体运输的管道。生物膜可以生长在任何溶液中，包括航空燃料。用于本讨论目的中的溶液限于DUML’s中的水溶液。
生物膜污染是一个动态的过程，其归结于很多因素，包括：
长时间的停滞，
高的表面积/体积比，
水中微生物生长的营养成分，
水的矿物质含量和硬度有利于管腔的包被，
液体动力学，
低流速，和
进入系统的水中的微生物性质。
生物膜在DU’s中常规被发现。当浮游细菌粘附于DUWL’s和/或牙科设备水运送系统(此后称为“DUWDS’s”)的管腔内壁，生物膜形成。在水环境中，如DUWL’s中，具有疏水性或其他功能基团的分子能吸附到DUWL’s的内表面形成条件膜。水中的浮游细菌粘附于这些条件膜，形成了生物膜基质的基础。
一些细菌能快速形成对表面的坚实的被动粘附。其他的细菌的附着是一种更为主动的粘附过程，通过分泌外多糖多糖-蛋白质复合物多聚体，后者使生物膜固定至表面。微生物当与诸如DUWL’s内表面的底物接触时，激活它们通过其优先粘附于表面的机制。这些所谓的粘附机制是特别由静电吸引和氢键介导的。另外，粘附于底物后微生物发生大量的代谢变化，固着的微生物生成特殊的代谢副产物。这些副产物作为构成生物膜惰性成分的GCM的建造基础。
大多数消毒化学品当以推荐剂量应用时，用于控制水中和DUWL’s内表面的浮游或固着的微生物。很少(如果有的话)具有首先控制或消除生物膜中的微生物菌群和其次永久清除粘附于DUWL’s的惰性GCM的能力。
在DUWL’s的内表面，特别是在GCM覆盖的内表面区域和暴露表面区域之间的界面，生化氧化还原反应影响着GCM对DUWL’s的连续粘附。在这些反应中DUWL’s暴露的内表面作为带正电荷的阳极，GCM覆盖的表面做为带负电荷的阴极。DUWL’s的GCM覆盖的表面和暴露的内表面之间的跨界面电势差的建立和维持保证了活性生物膜的连续生长和稳定，这因此成为瓦解特异粘附机制的关键。
传统的化学消毒剂不能影响微生化氧化还原反应，因此不能移走和/或清除消毒剂处理的生物膜中的GCM。
具有特别表面活性剂性能的分散产品已经被应用，在移走GCM上获得有限的成功，但是这些产品既没有杀微生物性能，也与已知的杀微生物化学品不相容。
在短短的两周内在塑料DUWL’s内已经观察到生物膜的生长。通过扫描电子显微镜(此后称为“SEM”)观察，发现生物膜特点是微生物埋藏在基质中。这种基质，厚度从30到50微米不等，可使材料/生物膜的片段脱落，因此污染DUWDS’s的其他区域。
2.2.3.牙科设备水系中的微生物的致病性
DUW和DUWL’s中许多和不同种微生物的定居和增殖已经被充分阐述。尽管在这种环境中发现的许多微生物具有潜在的致病性，三个属的微生物在牙科诊所尤其受关注，即假单胞菌属，分枝杆菌属和军团菌属。洋葱假单胞菌，是革兰氏阴性杆菌，通过存在于无菌水溶液中而传播给住院的患者。这种菌对化学药物非常耐药，当“加满”葡萄糖酸洗必泰贮器而不首先清洗贮器时，在其中发现了这种菌的定殖。几个种的分枝杆菌已经从医院供水系统中分离，其中一些已经和医院相关的感染相关。在一个病例中，蟾分枝杆菌涉及发生在退伍军人管理医院的19例肺病。当病人用喷头时这种播散通过感染性气溶胶发生。水喷雾气溶胶在牙科中是常见的，如在高速机头操作中和用高速排出装置的气-水注射漱口。牙科机头的水冷却装置产生的气溶胶被发现是在牙科学校环境中嗜肺军团菌亚临床感染的来源。发现测试的270份血清中，20％与已知的阴性对照相比，对混合的军团菌属抗原的IgG抗体活性显著要高。还发现在牙科人员中嗜肺军团菌抗体发生率高。研究表明通常直接暴露于当高速钻头和喷雾应用时产生的气雾的牙医中发生率最高(50％)。另一个研究发现，在美国的6个州从28个牙科设备收集的DUW样本中68％表明有军团菌属存在。这项研究还显示，作为比较的来自家庭、院校龙头和饮水喷泉的饮用水中61％样本也含有军团菌属，这两者之间没有显著差异。
2.2.4生物膜引起的腐蚀
生物膜通过造成跨表面的电势差异以及为还原硫细菌提供停留地，从而促进金属腐蚀。而且它们提高摩擦阻力并增加液流的丢失，充当绝缘层从而降低热传递速度。这类腐蚀现象总称为微生物诱导的腐蚀(以下称之为“MIC”)。因为MIC相关的耗费巨大，在工业含水环境中有效控制细菌数量是必要的。微生物所致腐蚀是由水系统中存在细菌引起的，特别是细菌生物膜所致。
2.3生物膜的清除
美国牙科协会(ADA)在1996年声称，截至2000年，所有DUW包含的菌落形成单位(CFU)(细菌及其他形成菌落的微生物)应少于每毫升200个。目前所知，绝大多数牙科操作区的DUW中包含的CFU超过50万/ml。检验技术越复杂，在DUW中发现的细菌越多。
因此绝对必须从DUWL’s中清除细菌生物膜。以下是目前最常应用的清除生物膜的方法，即：
通过施用致死剂量的杀菌化合物或所谓的杀生物剂化学杀死细菌。
生物膜可被表面活性剂和/或分散剂释放和/或驱散。
生物膜可通过多种方法被物理地除去。
生物膜结构可被酶或二价阳离子螯合剂削弱。
生物膜可通过通以交流电或透过生物膜施加超声波的方法被物理性除去。
紫外线照射控制浮游细菌的数目。
2.3.1清除生物膜的物理方法
已经有几种方法被建议用来在物理上将DUWL’s的污染降至最低或避免。现在很多DU’s都配备有抗回缩阀防止回吸和/或设计成在操作后通过机头给出短的“终末冲洗”水流。以前也提倡在治疗病人开始和结束时冲洗DUWL’s。所提议的冲洗方案，正如美国健康和人类服务部所推荐的，可以减少浮游生物，但不能消除或控制生物膜。有研究表明，两分钟的冲洗平均减少三分之一的浮游生物计数，但不能减至零。许多研究者建议用各种消毒溶液冲洗水管线路，包括过氧化氢，葡葡糖酸洗必泰，次氯酸钠，聚烯吡酮碘和漱口药。然而这些方法都未能消除生物膜或防止生物膜的形成。
自来水中微生物性质和矿物质含量多变，取决于水的来源，处理过程，距离处理工厂和贮水池的距离，和季节变化。ADA关于牙科设备水管线路的声明表明，对在社区中诸如“沸水警报”之类事件中所用的水的水质必须加以控制。光靠周期性清洁或消毒DUWL’s不能做到这一点。防止市政来源的污染的一个方法是，用一个自备的独立的储水器改进DUWL’s，并使DUWL’s脱离市政水源。有很多容量、功能和价格不一的独立水系统。然而，这一系统安装后不久，以自身为食“独立的”新的生物膜就能而且的确会形成，导致同样的污染。事实上，仅仅靠安装独立水系统并不能消除任何已存在的生物膜。
自来水可以用不同方法处理，使之满足ADA’s要求。煮沸，巴斯德消毒法，过滤，蒸馏，灭菌和应用化学添加剂(批准的杀菌剂)是有效控制自来水中污染水平的方法中的一些。一些滤器(比如在高强度紫外线下融合的活性炭套管)已经被用来改善水源。市售的蒸馏瓶装水就其微生物含量来说用于牙科并不可靠。在任何情况下，污染的真正来源并不在于引入系统的水，而是自持的“定居”的生物膜。如果在系统中有良好发展的生物膜存在的情况下引入无菌水，最终引出的水将被严重污染。
有很多物理和化学方法可以用来改善牙科治疗用水的质量。现在，浸有抗菌剂的膜滤器/滤筒和有控制水中微生物和内毒素功能的膜滤器正投放市场用于DUWL’s。绝大多数膜滤器在控制牙科治疗用水中的微生物/浮游微生物方面是一致的，而有附加的内毒素储留功能的膜滤器则更有用。根据厂家推荐的最佳性能时间来更换滤器是必要的。为使滤器发挥有效功能，必须把它安装在接近出口(机头和喷射冲洗器)处，因为生物膜可能存在于DUWL’s的出口处以及朝向出口处的管道中。这一“接近”代表一种不能始终占据的情形，因为滤器很大，因而会对牙科机头和三冲洗器的人类工程学操作特征产生负面影响。
2.3.2 DUWL’s中生物膜的化学处理
控制DUWL’s中微生物和生物膜的化学方法也是牙科医生可选择的。有两件事需要讨论：安全性和有效性。该化学制剂必须杀死所有微生物，不仅是在水中的还有在生物膜中的。该化学制剂还必须溶解，分散和清除生物膜。所选的化学制剂必须是FDA批准用于美国管辖区内，对患者安全，对牙齿和其他口腔内及其附近的人体组织无作用，对DUWS’s部件无腐蚀性，以及与病人口腔中所用的其他材料相容。这样的例子之一是DUWS’s中的低浓度柠檬酸，其他例子有二氧化氯，双氯苯双胍己烷和碘。这些化学制剂对于可疑过敏、有超敏体质的病人来说是禁忌的，与一些美容修复材料一起使用时也可能禁忌。使用杀菌剂控制水冷却系统中的生物污染是一项可接受的操作。按正确的频率使用正确的剂量是必要的。杀生物剂的不正确使用产生效果很差而且很昂贵。一个成功的杀生物剂程序的基础被认为包括以下知识：需要杀灭的微生物，杀生物剂或组合物的正确选择以及它们各自的浓度，剂量频率的科学性确定，通过分析和数据处理监测微生物的控制情况，及监测微生物在表面的附着。
水处理杀菌剂分为两类：氧化杀菌剂(比如氯和过氧化氢)和非氧化杀菌剂，后者根据其化学性质和作用方式可分为五组。
氧化杀菌剂是普通的化学氧化剂。它们对活的生物不具选择性，只是与任何可氧化的物质反应。不过，它们具有杀菌作用，因为某些细菌的细胞成分很容易与它们反应，这些细胞成分比水中的绝大多数其他化学物质具有更高的还原电位。有三类氧化杀生物剂可用于杀菌：氧化卤素，过氧化物和臭氧。过氧化物是不稳定的氧化合物，可分解生成游离的氢氧根，后者可与有机化合物起氧化反应。过氧化物包括过氧化氢，过乙酸，芳族过氧酸，过硫酸盐和过氧化钙。
过氧化氢是一种理想的水处理杀菌剂，因为如果正确储存则性质稳定，无腐蚀性，且与水易混溶。它具有良好的抗微生物的性能，并且分解成水和氧气，不遗留毒性废物。然而过氧化氢可以穿透细胞，由于金属依赖性OH形成而导致定向的损伤。它引起DNA链断裂和碱基羟基化。鸟嘌呤和胸腺嘧啶是过氧化产生的自由基攻击的两个主要对象。产生的7，8-二氢-8-氧代鸟嘌呤与腺嘌呤错配，而胸腺嘧啶氧化产物抑制DNA聚合酶，使复制停止。由于代谢过程不连贯绝大部分细菌突变体不能存活，因此低浓度的过氧化处理导致缓慢死亡。过氧化氢还会抑制线粒体ADP磷酸化。
在生物污染控制文献中，对氧化性杀菌剂的耐药性尚未有报道。但是，多种细菌，主要是发酵菌，通过产生氧化剂降解酶和修复酶，表现出氧化应激反应。这些细菌包括大肠杆菌，伤寒沙门氏菌，枯草杆菌，荧光假单胞菌。应激反应指的是在暴露于亚抑制量的有害因素几个小时之内，细胞就对这一因子更具有抗性。已经发现大肠杆菌中有多个防卫基因，编码各种超氧化物歧化酶，过氧化氢酶，烷基过氧化氢还原酶，谷胱甘肽还原酶，以及DNA修复酶。此外，还发现了各种调节基因，包括OxyR，Re～和SoxR。这些调节基因决定了细胞内的氧化还原电位，当细胞暴露于氧化剂时活化应激反应。
过乙酸是最熟知的有机过氧化物。正如过氧化氢那样，它产生游离氢氧基，后者会与许多蛋白质结构和DNA反应。并且，过乙酸分解产生的乙酸本身也是温和的抗菌剂。将过乙酸应用与于系统不会遗留任何毒性废物。水的硬度或有机污染不会影响过乙酸的抗菌活性。
次氯酸和次溴酸具有出色的抗菌活性，尽管在特定的pH范围内。次氯酸广泛应用于预防，控制和降低细菌活性。次氯酸盐特别用于工业水系统以控制生物污染。次氯酸盐的抗菌机制至今还不清楚，尽管已经做了很多工作研究其在真核细胞中的作用机制。次氯酸不自由进入真核细胞，但作用于其表面及质膜蛋白质，破坏溶质运输和电解质平衡。它氧化硫氢基团并抑制细胞膜ATPase。暴露后低浓度的次氯酸似乎可以抑制细胞蛋白质合成约2小时。但是它对真核细胞基因物质不产生任何破坏。次氯酸的稳定性和抗菌活性依赖于pH值。pH大于7时次氯酸分解，而未分解的部分具有抗菌活性。pH大于7.5时失去抗菌活性。它对于生物污染控制效果显著，因为它削弱胞外多糖结构(EPS)，导致生物膜部分脱落和清除。
臭氧是一种强氧化物质，它能杀死细菌和藻类，灭活病毒。它是一种不稳定的气体。它可以进一步降解将生物膜连在一起的EPS，从而导致生物膜疏松化，最终从表面脱落。臭氧的半衰期很短，必须即时产生。在蒸馏水中它在20℃时的半衰期仅20分钟。它在水中的溶解度是氧气的13倍。与有机物反应时它分解成氧气。然而它的确也会与几种阳离子和阴离子反应，如Fe2+，Mn2+，MnO4，NO2-和CN。臭氧对人类有毒，因此在安装臭氧发生器的同时应安装臭氧检测器。不过处理过的水是绝对安全的，因为臭氧已降解为氧气。
次氯酸钠(NaOCl)被广泛用于根管冲洗，它在根管治疗中的主要功能是杀菌，溶解有机物质和润滑。次氯酸钠在生物膜控制和改善牙科治疗用水质量方面非常有效，但也有实质性的缺点，比如它在浓缩时毒性很高甚至是致命的，尤其在它作为冲洗介质最有效的浓度时。而且次氯酸钠腐蚀性很强，长期下去会破坏介质中的DUW系统。最近的研究表明次氯酸钠对牙齿具有腐蚀性，引起牙齿脆化。与有机物质(如生物膜)接触时产生大量三卤甲烷。在有机物质存在时经常暴露于低浓度的次氯酸钠提高了总三卤甲烷水平，甚至超过美国环境保护属设定的水平。因此容易理解美国FDA至今仍拒绝批准次氯酸钠的使用，以维持这一特定标准。
电解活化(“EA”)技术是基于亚稳态的活化溶液的产生，后者是通过特殊的电解系统产生的。这些溶液是基本的水分子的衍生物，具有异常的物化和催化活性。这些活化水溶液的源成分只是简单的饮用水和少量(一般是0.1-10g/l)盐。在水的电解活化(下面称之为“EA”)过程中，将稀释的盐水溶液通过多种设计中的任何一种电解设备而将其“活化”。
2.4电解活化
2.4.1电解活化水和生物膜的处理
作者根据该发明的要求，使用一个柱状电解装置，装置中有至少一个电解设备，其中阳极室和阴极室被一通透膜隔开，而通透膜的特殊设计使得可以利用活化水产生的两种不同的，隔开的，电性相反的产物流而产生电能。
在活性提高的阶段中，这些亚稳态溶液可应用于许多技术过程中，经常可用作传统化学制剂的替代品。不管这一特殊溶液的性质，活化状态可以持续数小时至数天，活化状态衰退后产生的亚稳态溶液回复为良性的水或稀释盐水。
持续产生具特殊性质，具有独一无二的、已证实的属性的溶液的能力，而且有广泛需求，对环境无不利影响，没有毒性产物生成，这些都使得电解活化技术显著有别于当前常用的生物膜处理技术。
另外，从具有独一无二的、已证实的属性的特殊性质的活化水中持续产生两种不同的，隔开的，电性相反的产物流的能力，而且有广泛需求，对环境无不利影响，也使得用于本发明中的电解装置显著有别于以往使用或提出用于牙科行业中的电解装置。
2.4.2柱形电解装置中的EA技术的原理
使不同矿化程度的水通过柱形电解设备，后者的特殊设计允许从电解活化的低浓度盐水溶液产生两股不同的，电性相反的产物流。
作者用于此发明的特殊柱形电解设备的设计是为了确保一个均匀一致的高压电场，每一微量的水都必须通过这一高压电场。在电极表面的薄层中，大约每厘米一百万伏的电势梯度产生单极电解活化，后者导致这样一种溶液产生，其pH、氧化还原电位(ORP)和其他物化属性超出了传统化学或大多数电解方式所能获得的范围。
产生活化溶液的两种隔开的产物流，即阳极电解液和阴极电解液，阳极电解液的pH范围通常在2-9，氧化还原电位(ORP)在+150mV至+1200mV，取决于产生条件。阳极电解液是一种氧化剂，因为它是自由基的混合物并具有抗菌效应。产生的阴极电解液的pH范围通常在8.5-13，ORP在-150mV至-900mV，取决于产生条件。阴极电解液具有还原属性、分散属性和表面活性剂属性，是一种抗氧化剂。
作者用于此发明的特殊柱形电解设备的设计的优点之一是：两种溶液的化学组成可以改变，只要通过使用不同的水压安排，将电解设备模块与其他附加装置连接，以最佳地满足特定领域使用的要求。其他一些变量有使用的水的质量，流速；水压；电流密度；和电极上的电压。
除了它独特的属性和混合两种溶液的可能性外，至少一部分带负电的抗氧化溶液，即阴极电解液可以流回阳极室，因此调整了带正电的氧化溶液即阳极电解液的性质。同理，至少一部分阳极电解液可以流回阴极室，因此调整了带负电的抗氧化溶液即阴极电解液的性质。根据所需应用的说明，可以改变该水系统的设计以满足必要的目的。
作者用于此发明的柱形电解设备的特殊设计是为了确保一个均匀一致的高压电场，每一微量的水都必须通过这一高压电场。
因此当在生产后在产生装置外以“如所产生的”比率混合在一起时，或当至少一部分阳极电解液或阴极电解液通过产生装置再循环以进一步活化时，阳极电解液和/或阴极电解液形成独特的溶液，具有特殊性质，包括杀菌、抗氧化和表面活性剂属性。在本说明书中，“混合”一词应解释为在产生后在产生装置外将阳极电解液和阴极电解液加在一起；而“再循环”、“活化”和“产生”应解释为产生装置中特殊溶液的再活化，其同类的词具有相应的含义。
2.4.3电解活化溶液的性质
电解活化溶液的性质取决于很多因素。这些因素包括溶液通过电解设备的流速，盐的类型，所用的电压和电流，温度，溶液在阳极室和阴极室之间流动的动力学(比如阴极电解液返流回阳极室和/或相反混合的程度，再循环)，电解设备的设计和几何结构，以及水的矿化程度。
在作者使用的在电解设备中电解活化过程中，据信有三大类产物产生：
稳定产物——酸(在阳极电解液)和碱(在阴极电解液)，这些会影响溶液的pH及其他活性物种。
高度活泼的不稳定产物——包括自由基和其他通常寿命少于48小时的活泼离子。包括电活泼和化学活泼的电解气体的微泡，直径0.2-0.5微米，浓度高至107/毫升，均匀分布于溶液中。所有这些种类都可提高具有氧化性的阳极电解液的ORP。
准稳定结构——这些结构是由于在或接近电极表面区域有很高的电压下降(每厘米106伏)而在这些区域形成的离子，分子，自由基和原子周围的水合膜的自由结构复合物。这些水簇的大小降至大约每簇5-6个分子。所有这些特点加强了水的扩散，催化和生物催化特性。
用来产生最佳亚稳态溶液的输入水的矿化程度与饮用水的组成的差异无足轻重，注意到这一点很重要。虽然，溶液被提高的电活性和被改变的物化属性与未活化状态有很大不同，但对哺乳动物组织和环境仍无毒。不保持活化状态的情况下，这些不同的产物降解成良性水的松弛状态，活化溶液的异常属性如改变的传导性和表面张力又类似地回到活化前状态。
2.4.4阳极电解液和混合/再循环的阳极电解液和阴极电解液的杀生物特性
早期绝大多数用电解活化的方法产生杀生物溶液的技术不能在电解设备中将阳极电解液和阴极电解液分开，在这些早期技术中两种相反溶液的潜在电活性大部分互相中和了。
更现代的EA系统的优点之一是：试验中已经观察到这些系统中产生的次氯酸的杀生物活性比以往系统产生的次氯酸钠的杀生物活性高出多达300倍。而且，中性阳极电解液(pH＝7)和碱性戊二醛(pH＝8.5)之间的比较表明：取得相同的杀生物效应，后者需要2％的浓度而前者只需0.05％浓度。同样，在相同试验条件下，5％次氯酸钠溶液(Jik)只能用于消毒，而0.1％到0.03％的中性阳极电解液既具消毒又具灭菌效应。总的来说，非活化的中性阳极电解液的杀生物活性是次氯酸盐溶液潜在活性的80倍，但仍表现出最佳活化ECA溶液的全部杀生物潜能的三分之一。
与传统化学溶液相比提高的杀生物活性使得只需引入相当低剂量的活化溶液，因而可以降低毒性和对环境的不良影响，同时提供成本效应佳的方法。
2.4.5牙科设备中的酸性阳极电解液
将电解活化的低浓度盐水溶液作为DUWL’s中的杀生物剂，这一方案曾在许多文献中提出，包括公开号为WO 00/33757的国际专利申请PCT/US99/29013。PCT/US99/29013提出使用pH2.5到6.5的酸性电解水在牙科器具操作中持续接触DUWL’s的内表面，既作为对生物膜的杀生物剂，又作为牙科器具的操作液。
PCT/US99/29013集中于两种电解系统，两者都从平板反应器型电解设备中产生其酸性阳极电解液，并提议将其引入牙科系统中，以消毒和减少DUWL’s中的生物膜。第一个系统使用一个膜来隔开和产生不同的阳极电解液和阴极电解液。这一系统产生非常酸性的阳极电解液，pH在2到3.5。第二种系统不使用膜，而只产生一种溶液流。PCT/US99/29013提议在第二种系统中添加HCl(盐酸)用来提高氯离子浓度和进一步降低pH，以改善阳极电解液的杀微生物活性。
PCT/US99/29013提出的酸性阳极电解液的一个实质缺点是其毒性，由于其具有相对较高的氯和次氯酸钠含量。事实上，据信所述酸性阳极电解液和漂白剂之间区别很小，后者实质上更简单、更便宜而易获取。
PCT/US99/29013提出的酸性阳极电解液的另一个缺点是，只是提倡将它们用于减少生物膜，而它们显然不能消除生物膜，这样可能使DUWL’s中产生生物膜的耐药株，伴随产生严重的健康危险。更特别的是，PCT/US99/29013对照所引用的微生物结果只提出DUWL’s的消毒，但没有提出DUWL’s的灭菌，也没有揭示任何关于DUWL’s内表面的生物膜被清除的证据。实际上，水的消毒不能表明/证明生物膜的清除或甚至仅仅是减少，这是个常识。
而且，PCT/US99/29013提到使用日本产的电解槽，但据Horiba等人发表于1999年1月第87卷第一期《口腔外科、口腔医学、口腔病理学》上的一篇论文所报道，该电解槽对枯草杆菌无效，表明不同的电解装置产生具有不同效应水平的不同溶液。
此外关于在电解槽中添加稀HCl溶液以提高氯浓度从而产生额外的氯离子以提高杀菌效应，现认为未添加HCl的酸性溶液是次最有效的。已经证明，尽管HCl是非常有效的杀生物剂，它对于生物膜是次最有效的——因此在处理水中添加HCl可以在一定程度上提高产物的杀菌效应，但不能清除生物膜。而且，这样的产物比起具有更高pH和更低氯含量的产物腐蚀性更强。
另外，产生的相对高浓度的次氯酸钠可导致相对较高水平的三卤甲烷产生，尤其在较低pH值时，这样就增加了溶液的致癌可能。PCT/US99/29013提议使用和引入次氯酸钠产生器，后者有附带的缺点，并不能达到使用电解活化的盐水溶液作为杀生物剂的全部目的。
3.本发明的目的
本发明的目的提供牙科设备；具有抗氧化性、分散性和表面活性剂特性的杀微生物溶液，以用于牙科设备水管线路中消毒、清除和有效控制生物膜，而且还适于用作牙科设备和相关牙科器械中的冷却、润滑和冲洗介质；以及使用这种牙科设备、溶液和水溶液处理DU’s中生物膜的方法。
发明的另一个目的是提供牙科设备，具有抗氧化性、分散性和表面活性剂特性的杀微生物溶液，和处理牙科设备中生物膜的方法，这种方法可以
1.有效清除水管线路中的生物膜；
2.与其他各种类型的阳极电解液相比，降低腐蚀可能和腐蚀性；
3.与次氯酸钠(漂白剂，Jik)以及其他各种类型的阳极电解液相比，提高与哺乳动物组织的相容性，因此有病人时以及对病人可持续应用，并以“在线”的方式用于DUWL’s和DUWS’s中；
4.由于不存在流出液流，因此不需要独立的和专门的流出液处理设施；和
5.减少卤代甲烷如三卤甲烷形成的危险。
4发明概述
根据本发明的第一方面，提供了牙科设备，其包括：一个配有水管线路排布的牙科设备；电解装置，用于产生电解活化的含阳离子和含阴离子的水溶液以用于处理牙科设备水管线路中的生物膜，该溶液特征为具有杀菌活性以及分散性和表面活性剂特性，能清除来源于液体的和固着的生物体并分散惰性的多糖-蛋白质复合物基质(以下称之为”GCM”)，因而有助于水管线路中生物膜的清除；和将水溶液引入水管线路以处理生物膜的装置。
所述水溶液可以包括电解活化的含阳离子的溶液和/或电解活化的含阴离子的溶液的混合物，其比例和状态如由合适的电解装置所产生，所述合适的电解装置能产生独立的分开的电解活化的含阳离子的溶液和电解活化的含阴离子的溶液。优选的比例是约4到5体积的电解活化的含阴离子的溶液与约1体积的电解活化的含阳离子的溶液混和。
含阴离子的溶液和/或含阳离子的溶液可由电解盐的水溶液而制备。所述盐可以是氯化钠。特别地，它可以是非碘化的氯化钠或氯化钾。
在电解装置阳极室中产生的含阴离子的溶液，以下称之为“阳极电解溶液”或“阳极电解液”；在电解装置阴极室中产生的含阳离子的溶液，以下称之为“阴极电解溶液”或“阴极电解液”。
这种水溶液还适合用作牙科设备和相关牙科器械中的冷却、润滑和冲洗介质，因此适合在治疗牙科病人时至少半持续地应用。
该牙科设备进一步还可包括分液装置，不固定地与电解装置相连，以用于在整个牙科设备水管线路和牙科器械中分配水溶液作为冷却、润滑、冲洗和消毒介质。
分液装置适合用于牙髓、畸齿矫正、牙周、外科、儿童牙科、修复和假牙修复治疗，优选能用于以下任何一种或多种治疗，包括钻孔、漱口、超声除垢和根管治疗。分液装置还具有空气驱动、或者水压或电驱动钻孔的机构。
牙科设备可以与电解装置整合或与之分开。
电解装置可包括具有预设计和几何关系的电解槽，确保最佳的液流方式和再循环方式。电解槽可以有一个相对较小的、环状的、横切面完全开放的区域用作液体流动，优选面积大约是90mm2，这样液体流经此处时产生涡流，使溶液和电场最大限度的接触。
该电解槽也可以是贯流式电解槽，具有两个共轴的柱形电极，两个电极之间有与之共轴的管状陶制隔膜，这样把环形的电极间区域分割成共轴的环形阴极室和环形阳极室。
电解槽适合于在预先设定的操作参数下操作，参数包括约1到15安培的相对较低的电流，优选约5-7A大约1到48伏的相对较高的电压，优选约6到18伏，更优选12伏，这样可以在电极表面及电解液之间的界面上产生相对较高的电压梯度或电场强度，估计大约是106伏/厘米。
根据该发明的第二方面，提供电解活化的含阳离子和阴离子的水溶液，用于处理牙科设备水管线路中的生物膜，该溶液特征在于具有杀菌活性，同时具有分散活性和表面活性剂特性，能清除来源于液体的和固着的生物体，并分散惰性的多糖-蛋白质复合物基质(以下称之为”GCM”)，因而能清除牙科设备水管线路中的生物膜。
所述水溶液可以选自：含阴离子的溶液；含阳离子的溶液；含阴离子溶液和含阳离子溶液的混合液；从含阴离子的溶液、含阳离子的溶液或含阴离子溶液和含阳离子溶液的混合液制备的含阴离子的溶液；和从含阴离子的溶液、含阳离子的溶液或含阴离子溶液和含阳离子溶液的混合液制备的含阳离子的溶液。
所述水溶液可以包括电解活化的含阴离子溶液与电解活化的含阳离子溶液的混合液，两者可以是任何预先设定的比例，比如可以按产生中性阳极电解液的比例，该比例由一个合适的电解装置产生，该电解装置可以产生独立的电解活化的含阴离子溶液和电解活化的含阳离子溶液。优选水溶液包含混合物的比例为约4到5体积的电解活化的含阴离子溶液与约1体积的电解活化的含阳离子溶液。
含阴离子的溶液和/或含阳离子的溶液可以由电解一种盐的水溶液而制备。所述盐可以是氯化钠。特别的，它可以是非碘化的氯化钠或氯化钾。
在电解装置阳极室中产生的含阴离子的溶液，以下称之为“阳极电解溶液”或“阳极电解液”；在电解装置阴极室中产生的含阳离子的溶液，以下称之为“阴极电解溶液”或“阴极电解液”。
中性到碱性的混合的阴极电解液和中性的阳极电解液杀菌溶液还可适合用作牙科设备和相关牙科器械中的冷却、润滑和冲洗介质。
牙科设备中使用的杀菌溶液可以由氯化钠水溶液制备，氯化钠的浓度可在0.01％到1％范围内变动，更特别在0.05％到0.5％之间，优选在0.1％到0.4％之间，经其电解产生自由基正离子和自由基负离子。
阳极电解液具有大约+200到+1100mV的氧化还原电位，更特别大约+600到+850mV，优选等于或大于+713mV，TDS大约2-4克/升。阳极电解液的pH范围大约在6.75-10之间，优选7.0到7.6，电导率大约是0.1到10mS/cm，更特别是0.15到4.08mS/cm，产生时电流大约是5安培，电压大约是12伏，流速大约是200到500毫升/分钟，更特别是约300到350毫升/分钟。阳极电解液可以包括诸如Cl2，HClO，HCl，HO2 *，HO*，ClO-，H2O2，1O2，Cl*，HClO2，ClO2，O*，ClO，ClO-，HClO，OH-，H2O2，S2O8 2-，ClO3 -，Cl2O6 2-，HO2 -和O3。
现已发现阳极电解液中的以上根/基在对抗病毒体，形成芽孢或包囊的细菌，真菌和酵母时具有适合的协同抗菌作用。以上阳极电解液具有有利的协同抗细菌和/或抗病毒效应，其可与次氯酸钠相比，并且发现抗中间普雷沃氏菌，牙龈卟啉单胞菌，变异链球菌，粪肠球菌特别有效效应。
阴极电解液的pH范围大约在9.0-12.0，氧化还原电位大约-864mV，电导率大约是5.92到6.03mS/cm。阴极电解液可以包括诸如NaOH，KOH，Ca(OH)2，Mg(OH)2，HO-，H3O2，HO2 -，H2O2 -，O2-，OH-，O2 2-，NaOH，HO2 *，OH*，H2O2，H*和OH*。
现在认为消灭微生物除了普通的作用机理外，阳极电解液中存在的氧化性自由基和其他成分如微泡协同作用于细菌细胞水平，也有助于以静电方式消灭微生物。
混合的阳极电解液和阴极电解液作为特殊操作中的冲洗介质，比如龋洞和/或根管治疗，其效能取决于接受水中混合的阳极电解液和阴极电解液的浓度，可以用pH值，安培数，氧化还原电位(ORP)，电导率和混合阳极电解液和阴极电解液的TDS，暴露时间(比如龋洞和/或根管与混合阳极电解液和阴极电解液的接触时间)以及使用时的温度来测量。
在牙科设备水管线路中，杀菌溶液可以未稀释形式使用，也可以用饮用水稀释后使用。
根据本发明的第三方面，提供分液装置，其不固定地与电解装置相连，用于在牙科设备水管线路和牙科器具中分配电解活化的、中性到碱性的、含阴离子和含阳离子的水溶液，所述溶液适合用于在牙科设备水管线路中处理生物膜，作为冲洗、冷却、润滑和消毒介质。
分液装置适合用于牙髓、畸齿矫正、牙周、外科、儿童牙科、修复和假牙修复治疗，优选能用于以下任何一种或多种治疗，包括钻孔、漱口、超声除垢和根管治疗。分液装置还具有空气、水压或电驱动钻孔机构。
根据本发明的第四方面，提供一种处理配备有水管线路的DU’s中的生物膜的方法，这一方法包括以下步骤：产生电解活化的含阳离子和含阴离子的水溶液，该溶液具有杀菌活性，同时具有分散活性和表面活性剂活性，能清除来源于液体的和固着的生物体，并分散惰性的多糖-蛋白质复合物基质；至少周期性地将这样的溶液引入水管线路中，以清除水管线路中的生物膜。
这一方法特征在于：引入的这种水溶液还可用作牙科设备和相关牙科器械中的冷却、润滑和冲洗介质，使得这种溶液适合在治疗牙科病人时至少半持续地应用。
这一方法的特点还在于：该溶液作为冷却、润滑和冲洗介质连续引入水管线路，并清除水管线路中的生物膜。
根据本发明的第五方面，提供电解活化的含阳离子和含阴离子的水溶液用于处理牙科设备水管线路中的生物膜的用途，该溶液具有杀菌活性，同时具有分散活性和表面活性剂活性，能清除来源于液体的和固着的生物体，并分散惰性的多糖-蛋白质复合物基质(以下称之为”GCM”)，因而能清除牙科设备水管线路中的生物膜。
根据本发明的第六方面，提供一种牙科保健方法，这种方法包括以下步骤：将电解活化的含阳离子和含阴离子的水溶液引入牙科设备水管线路中，该溶液具有杀菌活性，同时具有分散活性和表面活性剂活性，能清除来源于液体的和固着的生物体，并分散糖萼基质(以下称之为”GCM”)，因而能清除牙科设备水管线路中的生物膜；至少周期性地将这样的溶液引入水管线路中，也用作牙科设备和相关牙科器械中的冷却、润滑和冲洗介质，使得这种溶液适合在治疗牙科病人时至少半持续地应用。
下面将介绍该发明的优选实施方案，并参考所附的对比性实施例。
5.发明详述
本说明中所使用的产生电解活化溶液的基本电解槽基本上如美国专利5,635,040中所述。这种电解槽是模块化的单位，以各种反应和装置构成本说明书公开的设备的基础，反应器操作说明可以根据各特定应用进行优化。
这种电解槽包括一个大约长210mm×直径16mm的圆柱形金属容器，中央的杆状阳极(正电极)位于同心的陶瓷管膜之内，电解反应槽的外管壁是阴极(负电极)。电解槽还设有溶液的入口和出口。
陶瓷隔膜有效地将电解槽分隔成两部分，即阳极室和阴极室。水进入电解槽，将分为两股从这两个室中流出，即阳极电解液和阴极电解液。根据实验需要，部分或全部阴极电解液可以流回阳极室，用于改变所产生的阳极电解液的性质，反之亦然。电解槽中还设置了一些其它水压系统以满足特定目标。
电解槽的设计确保均匀高电场的产生，每一微容量的水都必须通过该电场。这样，阳极电解液和阴极电解液中的水分子获得了特殊的性质，这种性质是其它(更传统的化学)方法所不能产生的。这种电解处理产生的阳极电解液和阴极电解液的pH值、氧化-还原电位(ORP)和其它物化性质超越了传统化学方法所能到达的范围。
请注意，除非另指，pH值、氧化-还原电位(ORP)以及氯、氯化物和其它溶解的盐的浓度已按照水和流出废物的标准检测方法确定。
请进一步注意，本说明中所提到的不同电解产生的溶液的注释，可参阅俄文文献和Bakhir等的专利，详见下：
1阳极电解液：
1.1A-电活化的酸性阳极电解液
pH：＜5.0
ORP：+800…+1200mV CSE
活性物质：Cl2，HClO，HCl，HO* 2
这种溶液产生于没有阴极电解液反流和矿化程度较高时(＞5g/l)，同时会产生氯气。这种溶液具有高度氧化性、腐蚀性、杀菌性，非常稳定。
1.2 AN-电活化的中性pH阳极电解液
pH：5.0-7.0
ORP：+600…+900mV
活性物质：HClO，O3，HO*，HO* 2
此时，一些阴极电解液重新循环至阳极室、矿化程度一般较低(＜3g/l)。在这些条件下有利于形成高度活性但不稳定的物质。这种溶液可杀菌，但不具有腐蚀性，对人体和动物组织无害。
1.3 ANK-电活化的中性pH阳极电解液
pH：7.2-8.2
ORP：+250…+800mV
活性物质：HClO，ClO-，HO2 -，HO* 2，HO*，H2O2，1O2，Cl-
此时，一大部分阴极电解液的重新循环产生了更高的pH值。这种溶液仍然具有氧化性，它的性质与AN类似，但短期活化程度更甚。
1.4 AND-电活化的中性pH阳极电解液
pH：6.8-7.8
ORP：+700…+1100mV
活性物质：HClO，ClO-，HO- 2，HO* 2，H2O2，1O2，Cl*，HClO2，ClO2，O3，HO*，O*
这种溶液具有相当高的正ORP，可用于消毒。
2阴极电解液
2.1 K-电活化的碱性阴极电解液
pH：＞9.0
ORP：-700…-820mV
活性物质：NaOH，O- 2，HO* 2，HO-2，OH-，OH*，HO2 -，O2- 2
这种溶液通常pH值11-12，具有高度的还原性。它的活性很高，但张驰时间比阳极电解液显著缩短。
2.2 KN-电活化的中性阴极电解液
pH：＜9.O
ORP：-300…-500mV
活性物质：O- 2，HO* 2，HO2 -，H2O2，H*，OH*
以“如所产生的”比例将阳极电解液和阴极电解液混合制成了一种独特的溶液，它兼具杀菌性、抗氧化性和表面活性。这种混合物的双重性质对人体组织无毒性作用，同时具有低的腐蚀可能。具有很强的氧化-还原电位的这种混合物能实现在溶液中亚稳态基团与生物膜表面特定电荷之间必要的电子传递，因而可使GCM和暴露(无生物膜包被)的导管表面之间界面的电解力不稳，减弱了粘附力，进而除去了生物膜基质。
类似的，当至少一小部分阴极电解液重新循环流入阳极室，所产生的阳极电解液的性质进一步被调节。同样，当至少一小部分阳极电解液重新循环流入阴极室，所产生的阴极电解液的性质也将进一步被调节。根据不同的应用要求，水力系统的设计可因此而进行不同的调整，以生成经混合和/或生成以满足所需目标的活化溶液。
6.“实施例”
材料和方法
使用的微生物：
铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)，从冷却水系统中分离，用于所有实验(10)。
使用的杀菌剂：
阳极电解液和阴极电解液：在第一个实验中，阳极电解液以1∶10稀释。在第二个实验中，阳极电解液和阴极电解液以5∶1的比例混合，并以1∶10稀释。
实验步骤：
使用持续贯流系统Pedersen装置(39)，确定在不锈钢表面和玻璃表面铜绿假单胞菌的生物膜移除。
DAPI染色：
DAPI染色的方法同过去的研究(Wolfaardt等，1996)，用4，6-二脒基-Z-phenylidole(DAPI)对粘附的细菌进行定量。将75×27×1mm规格的取样管从Pedersen装置中移出，用无菌水漂洗，正如关于生物膜形成的SEM研究所述，用DAPI染色并在表面荧光显微镜下观察(Wolfaardt等，1991)。粘附的细菌经油浸用表面荧光显微镜观察。在800×放大倍数下，任选10个视野计数。
扫描电子显微镜(SEM)：
取样管(25×27×1mm)一式两份，在第4，8，24，32，56小时从改良的Pedersen装置中移出，为了保证液流的稳定，使用无菌镊子并用无菌取样管代替。取样管移出后，用无菌蒸馏水漂洗30秒以洗去未粘附的细胞，并依次用下述试剂固定：2％戊二醛(1小时)，0.175M磷酸缓冲液(3×15分钟)，50％乙醇(1×15分钟)，70％乙醇(1×15分钟)，90％乙醇(1×15分钟)，100％乙醇(3×15分钟)。此后，取样管在临界点干燥器中干燥，放置在大头钉上，用金等离子体包被，使用日立S-450扫描电子显微镜观察。
生物膜移除：
为研究生物膜移除，在使用杀生物剂之前，细菌在R2A琼脂中放置168小时以使其粘附在3CR12不锈钢取样管的表面。实验进行78小时。在处理前取出样本和在处理后每小时将样本取出共6小时，通过DAPI染色和SEM确定生物膜移除的情况。
在第一个实验中，阳极电解液以1∶10的比例加入系统中。在第二个实验中，阳极电解液/阴极电解液(5∶1)的混合液以1∶10的比例加入系统中。
两个实验均包含对照系统，对照系统使用拦坝中的水，其中不加杀生物剂。
活细菌计数：
分别在使用杀生物剂前和6小时后计数浮游相活菌总数。平皿计数使用R2A琼脂并在环境温度下培养以模拟实验条件。
结果和讨论：
阳极电解液(1∶10稀释)在6小时内有效地去除了成熟的铜绿假单胞菌生物膜(图1)。在同一时期，阳极电解液也将浮游细菌的数目从2.41×107cfu ml-1减少至＜10cfu ml-1(表1)。DAPI染色的减退表示在一小时内阳极电解液杀灭了生物膜中的细菌。实验又继续进行了72小时以观察生物膜是否会重新生长。在处理后24小时观察到了生物膜的重新生长(图2)。在72小时后，浮游细菌重新增长至1.33×106cfu ml-1(表1)。本次实验的结果与Brozel和Cloete(10)一致，他们曾指出，在正常情况下，使用杀生物剂后48小时内会出现重新生长。重新生长主要可归结于两个因素：第一，在某些情况下，微生物种群转变产生对杀菌剂耐药的个体；第二，杀菌剂被有机物质“消耗”，使得存活的细菌重新生长。
表1使用阳极电解液处理前后浮游细菌的数目
    时间     cfu ml-1
    加入前     2.41×107
    6小时后     ＜10
    24小时后     ＜10
    72小时后     1.33×106
cfu＝菌落形成单位
以1∶10的比例加入阳极电解液/阴极电解液(5∶1)溶液也可以有效地去除成熟的铜绿假单胞菌生物膜。在3～4小时之内，阳极电解液/阴极电解液溶液有效地移除生物膜(图2)。值得注意的是在生物膜的移除发生之前生物膜结构出现分散(1小时之后)(图2)。生物膜的重新生长开始出现于处理后24小时(图2)。浮游细菌的重新生长发生在72小时之后(表2)。
表2使用阳极电解液/阴极电解液处理前后浮游细菌的数目
    时间     cfu ml-1
    加入前     1.14×107
    6小时后     ＜10
    24小时后     ＜10
    72小时后     1.5×106
cfu＝菌落形成单位
图3-8是扫描电镜照片，它们代表了使用杀生物剂处理前后的生物膜行为。图3和4代表处理之前和1小时之后的生物膜。可以清楚的看到有许多小菌落定植在表面。脱水的多糖-蛋白质复合物结构(生物膜)也值得注意。在处理2小时(图5)和3小时(图6)后，这些小菌落仍然可见。然而，与0小时和1小时相比，这些小菌落数目减少了，尺寸也缩小了。在处理4小时后(图7)，仅有极少数的小菌落仍然可见，多糖-蛋白质复合物(生物膜)已观察不到了。在处理24小时后(图8)，情况没有发生变化。然而，此时DAPI染色提示生物膜的重新生长(图2)。这种区别主要是由于DAPI和SEM的制片方法不同所造成的：DAPI玻片的制备不似SEM那样苛刻。
可以理解在不背离下文的权利要求书中所述的本发明的精神和/或范围的前提下，细节上的许多改动是可能的。

Claims (26)

1.牙科设备，其包括：具有水管线路和相关牙科器具排布的牙科装备；和电解装置，用于产生电解活化的杀微生物水溶液，所述溶液用于消除和控制牙科设备水管线路中的生物膜，特征在于其pH值介于6.75到10之间，具有杀微生物性以及抗氧化性、分散性和表面活性剂特性，使该溶液具有生物相容性而无腐蚀性，并且能消除牙科设备水管线路中的生物膜，同时从水管线路驱散和移除生物膜，以将其中的微生物降低到牙科用水中微生物的预设水平；以及将该水溶液引入水管线路以处理生物膜的装置。
2.权利要求1中所述的牙科设备，其特征在于包含有效地不固定地连接至电解活化的杀微生物溶液水源的分液装置，用于将该杀微生物溶液亦作为冲洗、冷却、润滑和消毒介质分配到整个牙科器具中。
3.权利要求2中所述的牙科设备，其特征在于所述分液装置适合用于下列任何一种或多种治疗：钻孔、漱口、超声除牙垢和牙根管治疗，所述治疗在下列任何一种或多种操作期间进行：牙髓、正畸、牙周、外科、儿童牙科、修复以及假牙修复操作。
4.权利要求1或2中所述的牙科设备，特征在于其具有一个电解槽，其预先确定的设计和几何关系确保最佳的液体流动和循环模式以使液体最大限度地暴露于电场，使该电解装置能充分活化杀微生物溶液以消除水管线路中的生物膜，从而将牙科用水有效地消毒至每毫升少于200个菌落形成单位。
5.权利要求4中所述的牙科设备，其特征在于所述电解槽具有约70到约110mm2的环形横切面总开放面积供液体流动，使涡流流过其中以确保溶液最大限度地暴露于电场。
6.权利要求4或5中所述的牙科设备，其特征在于所述电解槽是贯流式电解槽，具有两个共轴的圆柱电极，管状的陶瓷隔膜共轴地位于两个电极之间，以将环状的电极间空间分隔为共轴的环状的阴极电解室和环状的阳极电解室。
7.权利要求4、5或6中所述的牙科设备，其特征在于所述电解槽在预先设定好的运行参数下运作，包括约1A到15A的相对低的电流，和约1V到48V的相对高的电压，以在电极表面和电解液之间的界面上提供约106V/cm的相对高的电压梯度，以及流速为每电解槽约35到350ml/min的完全活化的溶液。
8.一种电解活化的杀微生物水溶液，用于消除和控制牙科设备水管线路中的生物膜，所述溶液特征在于pH值介于6.75到10之间，具有杀微生物性以及抗氧化性、分散性和表面活性剂特性，使该溶液成为生物相容的而无腐蚀性，并且能消除牙科设备水管线路中的生物膜，同时从水管线路驱散和移除生物膜，以将其中的微生物降低到每毫升牙科用水中微生物的预设水平。
9.权利要求8中所述的水溶液，其特征在于能消除牙科设备水管线路中的生物膜，同时从水管线路驱散和移除生物膜，以将其中的微生物降低到每毫升牙科用水中的微生物少于200菌落形成单位。
10.权利要求8或9中所述的水溶液，特征在于其选自含阴离子的溶液与含阳离子的溶液的混合物；从含阳离子的溶液或含阴离子的溶液与含阳离子的溶液的混合物生成的含阴离子的溶液；和从含阴离子的溶液、含阳离子的溶液或含阴离子的溶液与含阳离子的溶液的混合物生成的含阳离子的溶液。
11.权利要求10中所述的水溶液，特征在于其包括电解活化的含阴离子的溶液与电解活化的含阳离子的溶液的混合物，其混合比例和状态由电解装置产生，该装置能生成分离的电解活化的含阴离子的溶液和电解活化的含阳离子的溶液，所述水溶液包括比例为约4到5体积的电解活化的含阴离子的溶液对约1体积的电解活化的含阳离子的溶液的混合物。
12.权利要求8中所述的水溶液，特征在于其通过电解约0.01％到1％的稀释盐水溶液的方法来制备，从而将三卤甲烷的形成和相应的该溶液的致癌潜在可能性降到最低。
13.权利要求8或12中所述的水溶液，特征在于其还适合用作牙科设备以及相关牙科器具中的冷却、润滑和冲洗介质，从而使该溶液适合在治疗牙科患者过程中至少半连续地使用。
14.权利要求10中所述的水溶液，其特征在于所述含阴离子的溶液具有约+200到+1200mV的氧化还原电位，约2-4克/升的TDS，pH值约6.75到10，和约0.1到10mS/cm的电导率，其在约2到15安培的电流、约2到48V电压以及约200到500毫升/分钟的流速情况下产生。
15.权利要求14中所述的水溶液，特征在于所述含阴离子的溶液含有任何一种或多种下列物质：Cl2；HClO；HCl；HO2 *；HO*；ClO-；H2O2；1O2；Cl*；HClO2；ClO2；O*；ClO；ClO-；HClO；OH-；H2O2；S2O8 2-；ClO3 -；Cl2O6 2-；HO2 -和O3。
16.权利要求10中所述的水溶液，其特征在于所述含阳离子的溶液pH值约9.0到12.0，氧化还原电位约-864毫伏，而导电率约5.92到6.03mS/cm。
17.权利要求16中所述的水溶液，其特征在于所述含阳离子的溶液含有任何一种或多种下列物质：NaOH；KOH；Ca(OH)2；Mg(OH)2；HO-；H3O2；HO2 -；H2O2 -；O2 -；OH-；O2 2-；NaOH；HO2 *；OH*；H2O2；H*和OH*。
18.权利要求10中所述的水溶液，其特征在于选择由pH值、氧化还原电位(ORP)、导电率和TDS测量的在接收牙科用水中混合的含阴离子和含阳离子溶液的活化，应用过程中的暴露时间以及温度以使所述水溶液在特定操作中的效能达到最佳。
19.与牙科设备结合起来使用的分液装置，所述分液装置特征在于其有效地不固定地连接至电解装置以将电解活化的杀微生物水溶液分配到整个牙科设备水管线路和牙科器具中，所述溶液用于处理牙科设备水管线路中的生物膜以及作为冲洗、冷却、润滑和消毒介质。
20.权利要求19中所述的分液装置，特征在于其适用于下列任何一种或多种治疗：钻孔、漱口、超声除牙垢和牙根管治疗，所述治疗在下列任何一种或多种操作期间进行：牙髓、正畸、牙周、外科、儿童牙科、修复以及假牙修复操作。
21.权利要求19或20中所述的分液装置，特征在于其具有由空气、水压或电力驱动的钻孔机构。
22.处理牙科设备中的生物膜的方法，所述牙科设备具有水管线路以及相关牙科器具的排布，该方法包括以下步骤：生成电解活化的杀微生物水溶液，该溶液特征在于pH值介于6.75到10之间，具有杀微生物性以及抗氧化性、分散性和表面活性剂特性，使该溶液成为生物相容的而无腐蚀性，并且能消除牙科设备水管线路中的生物膜，同时从水管线路驱散和移除生物膜，以将其中的微生物降低到牙科用水中微生物的预设水平；以及将该水溶液至少周期性地引入水管线路以消除水管线路中的生物膜。
23.权利要求22中所述的处理生物膜的方法，其特征在于包括以下步骤：将所述溶液亦作为牙科设备以及相关牙科器具中的冷却、润滑和冲洗介质在治疗牙科病人过程中至少半连续地引入。
24.权利要求22或23中所述的处理生物膜的方法，其特征在于在操作牙科设备过程中引导杀微生物溶液连续地通过水管线路，从而确保牙科用水的持续消毒，同时提供冷却、润滑和冲洗介质通过牙科器具。
25.电解活化的含阴离子和含阳离子的水溶液用于处理牙科设备水管线路中的生物膜的用途，所述溶液特征在于其pH值介于6.75到10之间，具有杀微生物性以及抗氧化性、分散性和表面活性剂特性，使该溶液具有生物相容性而无腐蚀性，并且能消除牙科设备水管线路中的生物膜，同时从水管线路驱散和移除生物膜，以将其中的微生物降低到牙科用水中微生物的预设水平。
26.牙科保健方法，其特征在于包括以下步骤：在治疗牙科病人过程中将电解活化的含阴离子和含阳离子的水溶液引入牙科设备水管线路中，所述溶液特征在于其pH值介于6.75到10之间，具有杀微生物性以及抗氧化性、分散性和表面活性剂特性，使该溶液具有生物相容性而无腐蚀性，并且能消除牙科设备水管线路中的生物膜，同时从水管线路驱散和移除生物膜，以将其中的微生物降低到牙科用水中微生物的预设水平。
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