RU2694936C1 - Частицы диоксида кремния типа "ядро-оболочка" и их использование в качестве антибактериального агента - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к частицам диоксида кремния типа «ядро-оболочка», содержащимся в композиции по уходу за полостью рта, которая используется в производстве лекарственного средства для уменьшения количества или устранения бактерий в полости рта пациента, нуждающегося в этом. Указанная композиция содержит частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка», в которых каждая частица диоксида кремния типа «ядро-оболочка» содержит ядро из диоксида кремния и силикат металла I группы, образованный на поверхности ядра из диоксида кремния. Способ ухода за полостью рта пациента для уменьшения количества или устранения бактерий на съемном устройстве для полости рта пациента включает нанесение упомянутой композиции на поверхность съемного устройства для полости рта. Обеспечивается композиция для ухода за полостью рта многофункционального действия. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил., 20 табл., 16 пр.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[1] Частицы диоксида кремния (SiO₂) обычно используются в качестве абразивов и/или загустителей в композициях для ухода за полостью рта, как правило, в форме пирогенного диоксида кремния или осажденного диоксида кремния. Одним из преимуществ использования диоксида кремния является его низкая стоимость. Однако диоксид кремния помимо его абразивного и/или загущающего действия имеет ограниченное применение. Вследствие этого в композицию для ухода за полостью рта необходимо добавлять другие активные агенты, чтобы получить желаемый эффект (например, добавление антибактериального агента для обеспечения антибактериального эффекта, добавление агента, предупреждающего появление зубного камня, для предупреждения появления зубного камня). Необходимость добавлять другие активные агенты не только повышает возможность того, что композиция для ухода за полостью рта не будет соответствовать нормативным ограничениям, которые могут возникать при использовании других активных агентов, но также повышает возможность того, что композиция для ухода за полостью рта не будет соответствовать желаниям потребителя композиции (например, чувствительность потребителя к поверхностно-активному веществу додецилсульфату натрия (ДСН), неприятие потребителем вкуса соединения цинка, соленый вкус и кристаллизационные проблемы с существующими агентами для предупреждения появления зубного камня и т.д.). Кроме того, могут возникать дополнительные проблемы. Например, распространенной проблемой при использовании антибактериального агента является развитие устойчивости у бактерий к агенту.

[2] Коллоидные частицы, имеющие структуру «ядро-оболочка», известны в течение нескольких десятилетий. Наиболее распространенным примером является рассеивающий свет драгоценный опал, который медленно образуется в течение нескольких тысяч лет в естественных условиях. Его структура «ядро-оболочка» была обнаружена с помощью электронного микроскопа в 1960-ы годы. С того времени были получены различные синтетические коллоидные частицы типа «ядро-оболочка». Однако синтез таких материалов типа «ядро-оболочка» часто является сложным, требующим многостадийного нанесения покрытия (См. Kalele et al, "Nanoshell particles: synthesis, properties and applications", current science, vol. 91, no. 8, 25 October 2006). Поэтому, хотя технология получения частиц типа «ядро-оболочка» известна в течение нескольких десятилетий, ее еще не применяли в производстве средств для ухода за зубами, возможно вследствие высокой стоимости получения абразивных материалов CSS.

[3] Поэтому до сих пор в данной области техники существует необходимость в композициях для ухода за полостью рта многофункционального действия, но с минимальным количеством ингредиентов, необходимых для достижения многофункционального действия. Также до сих пор существует необходимость в разработке дополнительных антибактериальных агентов и агентов для предупреждения появления зубного камня, пригодных для использования в композициях для ухода за полостью рта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[4] Настоящее изобретение относится к частицам диоксида кремния типа «ядро-оболочка», в которых каждая частица диоксида кремния типа «ядро-оболочка» содержит ядро из диоксида кремния, а поверхность ядра из диоксида кремния вытравлена с образованием силиката металла I группы.

[5] Настоящее изобретение также относится к композициям, содержащим частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка».

[6] Настоящее изобретение также относится к способу получения частиц «ядро-оболочка», включающий смешивание некоторого количества частиц диоксида кремния в воде с некоторым количеством основания, причем основание содержит ион металла I группы, чтобы получить частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка».

[7] Настоящее изобретение также относится к способу уменьшения количества или устранения бактерий в полости рта пациента, нуждающегося в этом, включающий нанесение на поверхности полости рта пациента композиции изобретения.

[8] Упоминание частиц металл-CSS относится к металлу с соответствующим зарядом +1, например для Na-CSS, Na представляет собой Na⁺, для K-CSS, K представляет собой K+ и т.д.

[9] Везде в данном документе диапазоны используются в качестве краткого обозначения для описания всех и каждого значения, которые находятся в пределах диапазона, и для описания поддиапазонов внутри диапазона. Любое значение в диапазоне может быть выбрано в качестве верхнего конечного значения поддиапазона. Любое значение в диапазоне может быть выбрано в качестве нижнего конечного значения поддиапазона.

[10] Дополнительно, все источники, книги, патенты и опубликованные патентные заявки, цитируемые в данном документе, включены в данный документ в полном объеме посредством ссылок. В случае противоречия в определении, представленном в настоящем описании, и в определении цитируемого источника, книги, патента или опубликованной патентной заявки, руководствоваться следует настоящим описанием.

[11] Если не указано иное, упоминание температуры окружающей среды или комнатной температуры относится к интервалу температур 20-25°С.

[12] Если не указано иное, следует понимать, что все процентные содержания и количества, представленные тут и в другом месте в описании изобретения, относятся к процентам по массе в пересчете на общую массу композиции.

[13] Фраза «и/или», при использовании в данном документе, например, вариант А и/или вариант В, охватывает индивидуальные варианты реализации изобретения: (i) вариант А; (ii) вариант В; и (iii) вариант А плюс вариант В.

[14] Понятно, что повсюду, где варианты реализации изобретения описаны в данном документе с помощью слова «содержащий», также предусмотрены другие аналогичные варианты реализации изобретения, описанные при помощи слов «состоящий из» и/или «главным образом состоящий из».

[15] Когда аспекты или варианты реализации изобретения описаны при помощи группы Маркуша или другой группы альтернатив, настоящее изобретение охватывает не только полную группу, перечисленную как целое, но и каждый член группы и все возможные подгруппы главной группы, а также главную группу, в которой отсутствуют один или более членов. Настоящее изобретение также предусматривает явное исключение одного или нескольких любых членов группы в заявленном изобретении.

[16] Все комбинации различных элементов, описанных в данном документе, находятся в рамках изобретения, если в данном документе не указано иное или контекст явно этому не противоречит.

[17] Дополнительные области применения настоящего изобретения станут очевидны из подробного описания, представленного далее в данном документе. Понятно, что подробное описание и конкретные примеры представлены только с иллюстративной целью и не ограничивают объем изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[18] Фиг. 1 иллюстрирует схему частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» по данному изобретению.

[19] Фиг. 2 иллюстрирует схему частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка», на которой представлены параметры, заданные в модели рассеяния света, описанной в абзаце [0141] ниже.

[20] Фиг. 3 иллюстрирует схему частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» по данному изобретению, в которой на внутренней поверхности ядра из диоксида кремния вытравлен силикат металла.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[21] Следующее описание предпочтительного(-ых) варианта(-ов) реализации изобретения носит лишь иллюстративный характер и никоим образом не предназначено для ограничения изобретения, его применения или использования.

Описание частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка»

[22] В настоящем изобретении предложены частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка», в которых каждая частица диоксида кремния типа «ядро-оболочка» содержит ядро из диоксида кремния, а поверхность ядра из диоксида кремния вытравлена с образованием силиката металла I группы.

[23] Частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» получают травлением диоксида кремния (SiO₂) основанием с образованием коллоидов со структурой: ядро (диоксид кремния)-оболочка (силикат металла). Например, при использовании NaOH в качестве основания образуются коллоиды со структурой: ядро (SiO₂)-оболочка (Na₂SiO₃). Реакция представлена ниже:

На поверхности коллоидных частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» показаны молекулы Na₂SiO₃ (дают 2 отрицательных заряда с 2 противоионами Na⁺).

[24] Поверхность ядра из диоксида кремния вытравлена с образованием силиката металла. Термин «вытравленный» означает, что поверхность ядра из диоксида кремния растворяется, а сверху на ядре из диоксида кремния образуется силикат металла I группы. Способ получения частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» (CSS) по данному изобретению включает травление исходного диоксида кремния, чтобы получить Na₂SiO₃. Реакция частицы диоксида кремния с основанием приводит к уменьшению диаметра частицы диоксида кремния, которая превращается в ядро, а сверху на ядре из диоксида кремния образуется силикат металла I группы. Слои Na₂SiO₃ не являются дополнительными слоями, покрывающими сверху исходную поверхность диоксида кремния.

[25] Способы получения частиц путем покрытия диоксида кремния силикатом описаны в данной области техники (например, Kalele et al, "Nanoshell particles: synthesis, properties and applications", current science, vol. 91, no. 8, 25 October 2006). Однако эти способы получения частиц диоксида кремния/силиката являются более сложными и дорогостоящими, чем способы травления, описанные в настоящей заявке.

[26] Силикат металла, как правило, имеет формулу M₂SiO₃.x H₂O, где М представляет собой металл I группы, а х равен 0-10. Силикат металла может быть безводным, т.е. х=0, или может быть гидратированным. М предпочтительно представляет собой Na или K.

[27] Поверхность ядра из диоксида кремния может представлять собой внешнюю поверхность ядра из диоксида кремния (см. фиг. 1А).

[28] В альтернативном варианте или дополнительно поверхность ядра из диоксида кремния может представлять собой внутреннюю поверхность ядра из диоксида кремния (см. фиг. 2).

[29] В одном варианте реализации изобретения внешние 10 нм каждой частицы содержат от 0,1 до 10, необязательно - от 0,1 до 2% масс. M₂SiO₃.xH₂O.

[30] В одном варианте реализации изобретения внешние 10 нм каждой частицы имеют общую формулу:

где О* представляет собой кислород в форме силиката; М представляет собой ион металла I группы; р, о, m, h, j и q представляют собой атомные концентрации для каждого компонента (р представляет собой атомную концентрацию SiO₂, О представляет собой атомную концентрацию кислорода в форме силиката, m представляет собой атомную концентрацию металла I группы, h представляет собой атомную концентрацию Н⁺, j представляет собой атомную концентрацию ОН^-, и q представляет собой атомную концентрацию H₂O); а общий заряд каждой частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» равен нулю.

[31] Атомную концентрацию каждого компонента кроме Н+, как правило, определяют с помощью электронной спектроскопии для химического анализа (ЭСХА).

[32] Внешние 10 нм каждой частицы необязательно имеют один из следующих составов:

(SiO₂)_30,30Na_0,41.8,70Н₂О

(SiO₂)_30,67Na_0,36.7,63H₂O

(SiO₂)_23,25[O*_11,73H_10,26Na_13,20].5,33H₂O

[33] d(0,5) или d50 частиц представляет собой диаметр (как правило в мкм), который разделяет распределение так, что половина совокупности частиц имеет диаметр больше, и половина - меньше данного диаметра. Следует отметить, что этот параметр представляет собой величину для совокупности частиц, а диаметр отдельной частицы может быть больше или меньше, чем величины d(0,5), представленные в данном документе. Dv50 (или Dv0,5) представляет собой медиану объемного распределения, Dn50 используется для количественных распределений, a Ds50 используется для поверхностных распределений. В контексте настоящего документа d(0,5) используется для обозначения среднего размера частиц для объемного распределения.

[34] В одном варианте реализации изобретения значение d(0,5) частиц CSS составляет от 5 нм до 50 мкм.

[35] В другом варианте реализации изобретения значение d(0,5) частиц CSS может составлять от 26 мкм до 40 мкм. Частицы, имеющие значение d(0,5) в пределах этого интервала, как правило, пропускают свет. Просвечивающими частицами являются те, которые позволяют проходить свету, хотя изображение сквозь частицы увидеть невозможно. Этим они отличаются от прозрачных композиций, которые позволяют проходить свету, и сквозь композицию можно увидеть изображение. Способы определения размера частиц хорошо известны в данной области техники. Например, размер частиц можно определять с использованием принципов рассеяния света, например, с использованием Mastersizer 2000, Hydro 2000S, Malvern Instruments Limited.

[36] В другом варианте реализации изобретения значение d(0,5) частиц CSS может составлять от 18 мкм до 25 мкм. Частицы, имеющие значение d(0,5) в пределах этого интервала, как правило, полупрозрачные.

[37] В другом варианте реализации изобретения значение d(0,5) частиц CSS может составлять от 10 мкм до 15 мкм. Частицы, имеющие значение d(0,5) в пределах этого интервала, как правило, непрозрачные.

[38] В другом варианте реализации изобретения значение d(0,5) частиц CSS может составлять от 5 мкм до 15 мкм.

[39] В другом варианте реализации изобретения значение d(0,5) частиц CSS может составлять от 2,5 мкм до 4,5 мкм.

[40] В другом варианте реализации изобретения значение d(0,5) частиц CSS может составлять от 5 нм до 20 нм.

[41] В другом варианте реализации изобретения значение d(0,5) частиц CSS может составлять от 10 нм до 15 нм.

[42] Величина d(0,1) частиц CSS представляет собой диаметр, который разделяет распределение так, что 10% совокупности частиц имеет диаметр меньше, а 90% - больше данного диаметра.

[43] Величина d(0,9) частиц CSS представляет собой диаметр, который разделяет распределение так, что 90% совокупности частиц имеет диаметр меньше, а 10% - больше данного диаметра.

[44] Величина, которая используется для описания ширины распределения частиц по размерам, представляет собой размах:

Размах=(d(0,9)-d(0,1))/d(0,5)

[45] Размах для частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» согласно настоящему изобретению, как правило, составляет от 1,5 до 3.

[46] В предпочтительном варианте реализации изобретения частицы CSS имеют d(0,1) от 10 до 13 мкм, d(0,5) - от 30 до 33 мкм, и d(0,9) - от 61 до 64 мкм.

[47] В другом предпочтительном варианте реализации изобретения частицы CSS имеют d(0,1) от 6 до 9 мкм, d(0,5) - от 18 до 21 мкм, a d(0,9) - от 41 до 45 мкм.

[48] В дополнительном предпочтительном варианте реализации изобретения частицы CSS имеют d(0,1) от 3 до 5 мкм, d(0,5) - от 11 до 14 мкм, a d(0,9) - от 33 до 36 мкм.

[49] В предпочтительных вариантах реализации изобретения значение d(0,5) частиц CSS меньше, чем средний диаметр дентинных канальцев человека. Это позволяет частицам CSS проникать в дентинные канальцы, которые могут быть обнажены на поврежденном участке без защитного слоя эмали. В зубах человека средний диметр дентинных канальцев на дентино-эмалевой границе составляет 0,9 мкм, сечение в средней части дентинного канальца имеет диаметр около 1,2 мкм, а возле пульпы диаметр составляет 2,5 мкм.

[50] В другом варианте реализации изобретения источник диоксида кремния выбран так, чтобы получать частицы CSS, которые вместимы в дентинный каналец (например, Aerosil® 200 представляет собой пирогенный диоксид кремния (синтетический аморфный диоксид кремния) с d(0,5), который составляет 0,012 мкм). В другом варианте реализации изобретения значение d(0,5) частиц CSS составляет менее 0,9 мкм. Еще в одном варианте реализации изобретения частицы CSS имеют d(0,5) в интервале 0,010 мкм - менее 0,9 мкм. В другом варианте реализации изобретения частицы CSS по данному изобретению могут закупоривать, блокировать отверстия в эмали.

[51] Частицы CSS могут быть сферическими или практически сферическими, однако понятно, что частицы могут иметь другие формы, например форму стержня, иголки или овальную форму. Частицы могут иметь неправильные формы. Частицы могут также образовывать агрегаты большего размера.

[52] M₂SiO₃.xH₂O может состоять из большого количества монослоев M₂SiO₃.xH₂O. Количество монослоев может составлять от 2 до 100, от 2 до 40, от 2 до 12 или от 12 до 40 монослоев.

[53] Частица может содержать 2, 4, 16, 32 или 36 монослоев M₂SiO₃.xH₂O на поверхности.

[54] Диоксид кремния предпочтительно выбран из группы, состоящей из осажденного диоксида кремния, пирогенного диоксида кремния и плавленого кварца.

[55] Частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» предпочтительно имеют высокую поверхностную плотность заряда и ионообменную емкость. Частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» необязательно имеют общую катионообменную емкостьь от 0,5 до 5,0 мэкв/г.

[56] В одном варианте реализации изобретения частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» имеют мутность от 0,0 до 0,2 при длине волны от 300 до 800 нм с использованием кварцевой оптической кюветы длиной 0,20 мм для измерений в УФ-диапазоне. Эти частицы можно описать как просвечивающие или прозрачные.

[57] В другом варианте реализации изобретения частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» имеют мутность от 0,8 до 1,6 при длине волны от 300 до 800 нм с использованием кварцевой оптической кюветы длиной 0,20 мм для измерений в УФ-диапазоне. Эти частицы могут быть описаны как полупрозрачные.

[58] В дополнительном варианте реализации изобретения частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» имеют мутность от 1,8 до 2,4 при длине волны от 300 до 800 нм с использованием кварцевой оптической кюветы длиной 0,20 мм для измерений в УФ-диапазоне. Эти частицы могут быть описаны как непрозрачные.

[59] В дополнительном аспекте в настоящем изобретении предложена композиция, содержащая частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка», описанные выше.

[60] Композиция может представлять собой абразивный порошок. Эта композиция не содержит увлажнитель.

[61] Композиция может содержать частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка», описанные выше, и носитель.

[62] Композиция предпочтительно представляет собой композицию для ухода за полостью рта и дополнительно содержит перорально приемлемый носитель.

[63] Композиция для ухода за полостью рта находится в твердой, пастообразной форме или в виде гелевой или жидкой композиции. Композиция может находиться в любой лекарственной форме, пригодной для перорального введения. Их иллюстративные примеры включают, но не ограничиваясь этим, средство для ухода за зубами, например зубную пасту, стоматологический гель, стоматологический крем или зубной порошок; средство для полоскания рта, средство для промывания рта или спрей для ротовой полости; пастообразное или жидкое средство для ухода за зубами; жевательную резинку или другую конфету; пастилку; зубную нить или зубную ленту; профилактическую пасту или порошок; одно- или многослойную пероральную пленку или гелевую полоску, например зубные полоски или полоски для освежения дыхания, предпочтительно с использованием биодеградируемой или предназначенной для перорального потребления пленки или геля; функциональные пленочные или гелевые хлопья или функциональные милли-, микро- или наночастицы; пленкообразующую композицию, содержащую предварительный(-е) гель(-и) или предполимер(-ы), например пленкообразующие средства для ухода за зубами, краски для зубов; агент для упрочнения зубов; или покрытие для ротовой полости, например ортодонтический аппарат или имплантат.

[64] Перорально приемлемый носитель предпочтительно представляет собой воду.

[65] В случае твердых средств для ухода за зубами, таких как зубные пасты, количество воды в композиции выбрано из количеств менее 10% по массе, менее 5% по массе, менее 1% по массе. Для каждого из этих количеств нижний интервал количества воды составляет 0% или не более 0,1% воды.

[66] Перорально приемлемый носитель может дополнительно включать увлажнитель. Увлажнитель может представлять собой этанол, многоатомный спирт, включающий, но не ограничиваясь ими, глицерин, гликоль, инозит, мальтит, маннит, сорбит, ксилит, пропиленгликоль, полипропиленгликоль (ППГ), полиэтиленгликоль (ПЭГ) и их смеси, и сахарид, включающий, но не ограничиваясь ими, фруктозу, глюкозу, сахарозу и смеси сахаридов (например, мед).

[67] В варианте реализации композиции частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» присутствуют в количестве от 0,1% масс. до 35% масс. в пересчете на массу композиции. В другом варианте реализации композиции частицы CSS присутствуют в количестве от 0,1% до 1%. В другом варианте реализации композиции частицы CSS присутствуют в количестве от 0,5% масс. до 20% масс. В другом варианте реализации композиции частицы CSS присутствуют в количестве от 1% масс. до 10% масс.

[68] В варианте реализации композиции, содержащей носитель, коэффициент преломления частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» находится в пределах ±0,1 единицы от коэффициента преломления носителя.

[69] Носитель может включать, но не ограничиваясь ими, воду или другие водные системы растворителей.

[70] Композиция для ухода за полостью рта может дополнительно включать антибактериальный агент. Возможные антибактериальные агенты включают, но не ограничиваясь ими, триклозан (5-хлор-2-(2,4-дихлорфенокси)фенол); 8-гидроксихинолин и его соли, источники ионов цинка и олова, такие как цитрат цинка, сульфат цинка, глицинат цинка, цитрат натрия-цинка и пирофосфат олова(II); соединения меди(II), такие как хлорид, фторид, сульфат и гидроксид меди(II); фталевую кислоту и ее соли, такие как фталат магния-калия; сангвинарин; четвертичные аммониевые соединения, такие как алкилпиридиния хлориды (например, цетилпиридиния хлорид (ЦПХ), комбинации ЦПХ с цинком и/или ферментами, тетрадецилпиридиния хлорид и N-тетрадецил-4-этилпиридиния хлорид); бисгуаниды, такие как хлоргексидина диглюконат, гексетидин, октенидин, алексидин; галогенированные бисфенольные соединения, такие как 2,2'-метиленбис(4-хлор-6-бромфенол); бензалкония хлорид; салициланилид, домифена бромид; йод; сульфонамиды; бисбигуаниды; фенолы; производные пиперидина, такие как делмопинол и октапинол; экстракт магнолии; тимол; эвгенол; ментол; гераниол; карвакрол; цитраль; эвкалиптол; катехин; 4-аллилкатехин; гексилрезорцин; метилсалицилат; антибиотики, такие как аугментин, амоксициллин, тетрациклин, доксициклин, миноциклин, метронидазол, неомицин, канамицин и клиндамицин; и их смеси.

[71] Дополнительный иллюстративный перечень пригодных антибактериальных агентов представлен в патенте США №5776435, который включен в данный документ посредством ссылки. Дополнительный иллюстративный перечень источников ионов цинка включает, но не ограничиваясь этим, соли цинка, в том числе, но не ограничиваясь этим, ацетат цинка, борат цинка, бутират цинка, карбонат цинка, хлорид цинка, цитрат цинка, формиат цинка, глюконат цинка, глицерат цинка, гликолят цинка, лактат цинка, оксида цинка, фосфат цинка, пиколинат цинка, пропионат цинка, салицилат цинка, силикат цинка, стеарат цинка, тартрат цинка, ундециленат цинка и их смеси.

[72] В некоторых вариантах реализации изобретения антибактериальный агент присутствует в концентрации, выбранной из группы, состоящей из от 0,001% до 3% по массе, от 0,05% до 2% по массе и от 0,075% до 1,5% по массе.

[73] В одном варианте реализации изобретения нет никакого дополнительного антибактериального агента кроме частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» по данному изобретению.

[74] Композиция может дополнительно включать противокариозные средства, агенты, уменьшающие чувствительность, модификаторы вязкости, разбавители, поверхностно-активные вещества, эмульгаторы, модуляторы пенообразования, агенты для изменения рН, абразивы, агенты, влияющие на ощущения во рту, подсластители, ароматизаторы, окрашивающие вещества, консерванты, аминокислоты, антиоксиданты, противокалькулезные агенты, источник фторид-ионов, загустители, активный агент для профилактики или лечения патологического состояния или расстройства твердых или мягких тканей полости рта, адгезионный агент, отбеливающий агент и их комбинации.

[75] Понятно, что хотя общие свойства каждой из вышеуказанных категорий веществ могут различаться, могут быть некоторые общие свойства и любое данное вещество может удовлетворять нескольким целям в рамках двух или более таких категорий веществ. Носитель предпочтительно выбирают так, чтобы он был совместим с другими ингредиентами композиции.

[76] Вариант реализации композиции необязательно содержит аминокислоту. Пригодные аминокислоты включают, но не ограничиваясь ими, аргинин, цистеин, лейцин, изолейцин, лизин, аланин, аспарагин, аспартат, фенилаланин, глутамат, глутаминовую кислоту, треонин, глутамин, триптофан, глицин, валин, пролин, серии, тирозин и гистидин и комбинацию двух или нескольких из них. Аминокислоты могут включать R- и L- формы и их соли. Аминокислоты (и их солевые формы) могут также включать сложный эфир кислоты и/или производные алифатических амидов аминокислоты (например, гидрохлорид этиллауроиларгината (ELAH)).

[77] Вариант реализации композиции необязательно содержит антиоксидант. Можно использовать любой перорально приемлемый антиоксидант, в том числе бутилированный гидроксианизол (БГА), бутилированный гидрокситолуол (БГТ), витамин А, каротиноиды, витамин Е, флавоноиды, полифенолы, аскорбиновую кислоту, растительные антиоксиданты, хлорофилл, мелатонин и их смеси.

[78] Вариант реализации композиции необязательно содержит противокалькулезное (для предупреждения появления зубного камня) средство. Пригодные противокалькулезные агенты включают, без ограничения, фосфаты и полифосфаты (например, пирофосфаты), полиаминопропансульфоновую кислоту (AMPS), гексаметафосфатные соли, тригидрат цитрата цинка, полипептиды, сульфонаты полиолефинов, фосфаты полиолефинов, дифосфонаты. Противокалькулезный агент присутствует в концентрации от около 0,1% до около 30%. Композиция для перорального применения может содержать смесь различных противокалькулезных агентов. В одном предпочтительном варианте реализации изобретения используют пирофосфат натрия (TSPP) и триполифосфат натрия (STPP). Противокалькулезный агент содержит TSPP в количестве около 1-2% и STPP в количестве от около 7% до около 10%.

[79] Вариант реализации композиции необязательно содержит по меньшей мере один перорально приемлемый источник фторид-ионов. Можно использовать любой известный или разрабатывающийся в данной области техники. Пригодные источники фторид-ионов включают фторид, фторид олова(II), фторид натрия, фторид калия, аминофторид, фторид аммония, монофторфосфат олова(II), монофторфосфат натрия, монофторфосфат калия, монофторфосфат амина, монофторфосфат аммония, фторсиликат олова(II), фторсиликат натрия, фторсиликат калия, фторсиликат амина, фторсиликат аммония и их смеси. Одно или более соединений, выделяющих фторид-ион, необязательно присутствуют в количестве, обеспечивающем в общем от около 100 до около 20000 ppm, от около 200 до около 5000 ppm или от около 500 до около 2500 ppm фторид-ионов.

[80] Вариант реализации композиции необязательно содержит различные ингредиенты для ухода за зубами для регулирования реологических свойств и ощущения от композиции, такие как поверхностно-активные вещества, загустители или гелеобразующие агенты и т.д.

[81] Вариант реализации композиции необязательно содержит двухвалентный ион олова или источник двухвалентных ионов олова. Пригодные источники двухвалентных ионов олова включают, без ограничения, фторид олова(II), другие галогениды олова(II), такие как дигидрат хлорида олова(II), пирофосфат олова(II), органические карбоксилаты олова(II), такие как формиат, ацетат, глюконат, лактат, тартрат, оксалат, малонат и цитрат олова(II), этиленглиоксид олова(II) и тому подобное. Один или более источников двухвалентных ионов олова необязательно и иллюстративно присутствуют в общем количестве от около 0,01% до около 10%, например от около 0,1% до около 7% или от около 1% до около 5%.

[82] Вариант реализации композиции необязательно содержит поверхностно-активный агент (поверхностно-активное вещество). Пригодные поверхностно-активные вещества включают, без ограничения, водорастворимые соли С₈-С₂₀ алкилсульфатов, сульфонированные моноглицериды С₈-С₂₀ жирных кислот, саркозинаты, таураты, лаурилсульфат натрия, натриевую соль сульфоната моноглицеридов кокосового масла, лаурилсаркозинат натрия, лаурилизоэтионат натрия, лауреткарбоксилат натрия, и додецилбензолсульфонат натрия, и кокамидопропилбетаин.

[83] Вариант реализации композиции необязательно содержит загуститель. Можно использовать любой перорально приемлемый загуститель, в том числе, без ограничения, карбомеры, также известные как карбоксивиниловые полимеры, каррагинаны, также известные как ирландский мох, и более конкретно

(йота-каррагинан), высокомолекулярные полиэтиленгликоли (такие как Carbowax®, имеющийся в продаже у Dow Chemical Company), целлюлозные полимеры, такие как гидроксиэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) и ее соли, например КМЦ натрия, природные камеди, такие как карайя, ксантан, гуммиарабик и трагакант, коллоидный алюмосиликат магния и коллоидный и/или пирогенный диоксид кремния и их смеси. Один или более загустителей необязательно присутствуют в общем количестве от около 0,1% до около 90%, например от около 1% до около 50% или от около 5% до около 35%.

[84] Вариант реализации композиции необязательно содержит ароматизатор, подсластитель, окрашивающее вещество, модуляторы пенообразования, агенты, влияющие на ощущения во рту, другие агенты можно дополнительно включать в композицию, если необходимо.

[85] Вариант реализации композиции необязательно содержит одно или более дополнительных активных веществ, которые пригодны для профилактики или лечения патологического состояния или расстройства твердых и мягких тканей ротовой полости, профилактики или лечения физиологического расстройства или патологического состояния или для получения косметического действия. Примеры таких дополнительных активных ингредиентов включают слюногонный или стимулирующий слюноотделение агент, агент против образования зубного налета, противовоспалительный агент и/или агент, снижающий чувствительность.

[86] Также в композицию для ухода за полостью рта можно добавлять агенты, увеличивающие прилипание, в том числе, но не ограничиваясь этим, воски, включая пчелиный воск, минеральное масло, пластигель (смесь минерального масла и полиэтилена), петролатум, медицинский вазелин, шеллак, версажель (смесь жидкого парафина, гидрогенизированных сополимеров бутилена/этилена/стирола), полиэтиленовые воски, микрокристаллические воски, полиизобутен, сополимеры поливинилпирролидона/винилацетата и нерастворимые полиакрилатные сополимеры.

[87] Также эффективными в качестве агентов, увеличивающих прилипание, являются жидкие гидрофильные полимеры, в том числе полиэтиленгликоли, неионные полимеры этиленоксида, имеющие общую формулу: HOCH₂(CH₂OCH₂)_n1CH₂OH, где n1 представляет среднее количество оксиэтиленовых групп. Полиэтиленгликоли, имеющиеся в продаже у Dow Chemical, обозначают такими числами, как 200, 300, 400, 600, 2000, которые представляют приблизительную среднюю молекулярную массу полимера, а также неионный блок-сополимер этиленоксида и пропиленоксида, имеющий формулу: НО(C₂H₄O)_а1(С₃Н₆О)_b1(C₂H₄O)_с1Н. Предпочтительно выбирают такой блок-сополимер (касательно а1, b1 и с1), что этиленоксидный компонент составляет от около 65 до около 75% масс, молекулы сополимера, и сополимер имеет среднюю молекулярную массу от около 2000 до около 15000, при этом сополимер присутствует в жидкой отбеливающей композиции для зубов в такой концентрации, что композиция жидкая при комнатной температуре.

[88] Особенно подходящий блок-сополимер для практического осуществления настоящего изобретения коммерчески доступен у BASF и обозначен Pluraflo L1220 (ПЭГ/ППГ 116/66), который имеет среднюю молекулярную массу около 9800. Гидрофильный блок поли(этиленоксида) в среднем составляет около 65% от массы полимера.

[89] Синтетические анионные поликарбоксилаты можно также использовать в композициях для перорального применения по настоящему изобретению в качестве эффективного усиливающего агента для любого антибактериального, предупреждающего образование зубного камня или другого активного агента в композиции для ухода за зубами. Такие анионные поликарбоксилаты, как правило, применяют в форме свободных кислот, а предпочтительно или более предпочтительно в форме полностью нейтрализованных водорастворимых солей щелочных металлов (например, калия и предпочтительно натрия) или аммония. Предпочтительными являются сополимеры малеинового ангидрида или кислоты с другим способным к полимеризации этиленненасыщенным мономером (от 1:4 до 4:1), предпочтительно метилвиниловый эфир/малеиновый ангидрид, имеющий молекулярную массу (мол. массу) от около 30000 до около 1800000, наиболее предпочтительно - от около 30000 до около 700000. Примеры этих сополимеров доступны у GAF Corporation под торговым названием GANTREZ® (метилвиниловый эфир/малеиновый ангидрид), например AN 139 (мол. масса 500000), AN 119 (мол. масса 250000); S-97 фармацевтической степени чистоты (мол. масса 700000), AN 169 (мол. масса 1200000-1800000) и AN 179 (мол. масса выше 1800000); причем предпочтительным сополимером является S-97 фармацевтической степени чистоты (мол. масса 700000).

[90] Если присутствуют, анионные поликарбоксилаты применяют в количествах, эффективных для достижения желаемого увеличения эффективности любого антибактериального, предупреждающего образование зубного камня или другого активного агента в композиции для перорального применения. Как правило, анионные поликарбоксилаты присутствуют в композиции для перорального применения в количестве от около 0,05% до около 4% масс., предпочтительно - от около 0,5% до около 2,5% масс.

[91] Агенты, увеличивающие прилипание, которые используются в композициях согласно различным вариантам реализации изобретения, присутствуют в количестве от около 0 до около 20% масс. Агенты, увеличивающие прилипание, предпочтительно присутствуют в количестве от около 2 до около 15% масс.

[92] Вариант реализации композиции необязательно содержит отбеливающий агент, включающий, но не ограничиваясь ими, пероксидные соединения, такие как пероксид водорода, пероксиды щелочных или щелочноземельных металлов, органические пероксисоединения, пероксикислоты, их фармацевтически приемлемые соли, и их смеси. Пероксиды щелочных и щелочноземельных металлов включают пероксид лития, пероксид калия, пероксид натрия, пероксид магния, пероксид кальция, пероксид бария и их смеси. Органические пероксисоединения включают пероксид карбамида (также известный как гидроперит), глицерилгидропероксид, алкилгидропероксиды, диалкилпероксиды, алкилпероксикислоты, сложные пероксиэфиры, диацилпероксиды, пероксид бензоила, и монопероксифталат, и их смеси. Пероксикислоты и их соли включают органические пероксикислоты, такие как алкилпероксикислоты, и монопероксифталат, и их смеси, а также соли неорганических пероксикислот, такие как персульфаты, диперсульфаты, перкарбонаты, перфосфаты, пербораты и персиликаты щелочных и щелочноземельных металлов, таких как литий, калий, натрий, магний, кальций и барий, и их смеси. В различных вариантах реализации изобретения пероксидные соединения включают пероксид водорода, пероксид мочевины, перкарбонат натрия и их смеси.

[93] В некоторых вариантах реализации изобретения может использоваться непероксидный отбеливающий агент. Среди них отбеливающие агенты, пригодные для настоящего изобретения, включают такие непероксидные соединения, как диоксид хлора, хлориты и гипохлориты. Применяют хлориты и гипохлориты щелочных и щелочноземельных металлов, таких как литий, калий, натрий, магний, кальций и барий. Непероксидные отбеливающие агенты также включают окрашивающие вещества, такие как диоксид титана и гидроксиапатит, пигменты или красители. В некоторых вариантах реализации изобретения отбеливающий агент отделен от водного носителя. В некоторых вариантах реализации изобретения отбеливающий агент отделен от водного носителя за счет заключения отбеливающего агента в капсулу.

[94] В дополнительном аспекте в настоящем изобретении предложен способ получения частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка», описанных выше, включающий смешивание некоторого количества частиц диоксида кремния в воде с некоторым количеством основания, причем основание содержит ион металла I группы, чтобы получить частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка».

[95] Основание особым образом не ограничено при условии, что оно содержит ион металла I группы. Основание, как правило, представляет собой сильное основание. Основание предпочтительно выбрано из группы, состоящей из гидроксида натрия, гидроксида калия, карбоната натрия, карбоната калия, фосфата натрия, гидрофосфата натрия, фосфата калия, гидрофосфата калия, пирофосфата натрия и пирофосфата калия. Основание может иметь значение pKb в интервале от 0,1 до 3. Например, гидроксид натрия имеет pKb, который составляет 0,2, а гидроксид калия имеет pKb, который составляет 0,5.

[96] В одном варианте реализации композиции она содержит около 65% - 99,9% носителя и включает дополнительные ингредиенты, т.е. один или более из противокариозных агентов, агентов, уменьшающих чувствительность, модификаторов вязкости, разбавителей, поверхностно-активных веществ, эмульгаторов, модуляторов пенообразования, агентов для изменения рН, абразивов, агентов, влияющих на ощущения во рту, подсластителей, ароматизаторов, окрашивающих веществ, консервантов, аминокислот, антиоксидантов, противокалькулезных агентов, источника фторид-ионов, загустителей, активного агента для профилактики или лечения патологического состояния или расстройства твердых или мягких тканей полости рта, отбеливающего агента и их комбинаций. В другом варианте реализации композиции она содержит около 80% - 99,5% носителя и включает дополнительные ингредиенты. В другом варианте реализации композиции она содержит около 90% - 99% носителя и включает дополнительные ингредиенты.

[97] Подразумевается, что описание необязательных ингредиентов выше также включает любую комбинацию ингредиентов.

Компоненты для получения частиц CSS

[98] Как отмечено выше, диоксид кремния предпочтительно выбран из группы, состоящей из осажденного диоксида кремния, пирогенного диоксида кремния и плавленого кварца. Диоксид кремния может представлять собой синтетический аморфный осажденный диоксид кремния, такой как Zeodent® 114 или Zeodent® 165 (J.М. Huber Corp), Absil 100 С или MFIL Р (Madhu Silica). Диоксид кремния может представлять собой пирогенный диоксид кремния, такой как Aerosil 200 (Evonik). В другом варианте реализации изобретения диоксид кремния представляет собой плавленый кварц, включающий, но не ограничиваясь этим, CAB-O-SIL^® НР-60 производства Cabot Corporation, TECO-SIL^® 10 и TECO-SIL^® 44css производства C-E Minerals и Spheron P1500 производства Japanese Glass Co.

[99] Пригодные типы диоксида кремния, подходящие для использования в данном изобретении, также включают различные типы коллоидного диоксида кремния (загущающий диоксид кремния), такие как аэрогель Syloid 244 и 266 (имеются в продаже у W.R. Grace Company), Aerosil (имеется в продаже у DeGussa Со.) и различные типы пирогенного диоксида кремния, которые продаются под торговыми названиями Cab-O-Sils (имеется у Cabot Corporation), Tixosil 333 и Tixosil 43 В (имеются в продаже у Rhodia Ltda.), Zeodent 165 (имеется в продаже у J.М. Huber Corporation).

[100] Другие типы диоксида кремния, пригодные для использования в данном изобретении, включают абразивы на основе диоксида кремния, которые в свою очередь включают силикагели и различные типы осажденного аморфного диоксида кремния. Эти типы диоксида кремния представляют собой коллоидные частицы/взвеси со средним размером частиц в интервале от около 3 мкм до около 12 мкм, более предпочтительно - между около 5 и около 10 мкм, а рН изменяется от 4 до 10, предпочтительно - от 6 до 9 при измерении для 5% масс, суспензии. Иллюстративные типы абразивов на основе диоксида кремния, пригодные для практического осуществления настоящего изобретения, имеются в продаже под торговыми названиями Sylodent XWA производства Davison Chemical Division, W.R. Grace & Co., Балтимор, Мэриленд, 21203, Sylodent 650 XWA, гидрогель диоксида кремния, состоящий из частиц коллоидного диоксида кремния с содержанием воды 29% масс. и средним диаметром от около 7 до около 10 мкм.

[101] Другие типы абразивов на основе диоксида кремния, пригодные для использования в данном изобретении, включают различные типы осажденного диоксида кремния со средним размером частиц до около 20 мкм, такие как Zeodent 115, производства J.M. Huber Chemicals Division, Хавр-де-Грас, Мэриленд, 21078 или Sylodent 783 производства Davison Chemical Division, W.R. Grace & Company.

[102] Процесс можно проводить при температуре в интервале от 17°С до 90°С. В одном варианте реализации изобретения процесс проводят при комнатной температуре, т.е. от 20 до 26°С. В другом варианте реализации изобретения процесс проводят при температуре от 70 до 90°С. При получении частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» в промышленном масштабе, смеситель, который используют для перемешивания реагентов, такой как смеситель Lee (Lee Industries), предпочтительно не нагревают.

[103] В одном варианте реализации изобретения основание представляет собой гидроксид натрия, а процесс проводят при температуре от 70 до 90°С. Температура предпочтительно составляет от 80 до 90°С. Основание предпочтительно представляет собой 50%-й водный раствор гидроксида натрия.

[104] В другом варианте реализации изобретения основание представляет собой гидроксид калия. Когда используют гидроксид калия, процесс можно проводить при комнатной температуре. Использование гидроксида калия предпочтительнее, так как более высокая реакционная способность гидроксида калия (по сравнению с гидроксидом натрия) означает, что нет необходимости в нагревании, и реакцию можно проводить при комнатной температуре. Комнатная температура, иногда называемая температурой окружающей среды, составляет, как правило, от 20 до 26°С, и является температурой, полученной в отсутствии внешнего нагрева реакционной смеси. При получении частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» в промышленном масштабе, смеситель, который используют для перемешивания реагентов, такой как смеситель Lee (Lee Industries), как правило, не может быть нагрет.

Реакция представляет собой:

[105] Образование частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка», как правило, завершается через период времени, равный 2 ч.

[106] Массовое отношение количества основания (например, 50%-ого водного раствора NaOH) к количеству частиц диоксида кремния, как правило, составляет от 1:1 до 1:20. В предпочтительном варианте реализации изобретения массовое отношение количества основания (например, 50%-ого раствора NaOH) к количеству частиц диоксида кремния составляет от 1:1 до 1:6, необязательно около 1:4. В одном типичном примере использовали 20% эффективно очищающего диоксида кремния и 4,5% NaOH (50%), и отношение составляет 4,5%:20%=1:4,44). Это отношение можно использовать для композиций зубных паст.

[107] Мутность частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка», как правило, уменьшается с увеличением массового отношения количества основания к количеству частиц диоксида кремния. Для прозрачного диоксида кремния типа «ядро-оболочка» (CSS) массовое отношение количества основания (например, 50%-ого NaOH) к количеству частиц диоксида кремния выше чем 0,5:1, и все частицы диоксида кремния растворяются. Для просвечивающих частиц CSS массовое отношение 50%-ого NaOH к диоксиду кремния составляет от 0,45 до 0,49. Для полупрозрачных и непрозрачных частиц CSS массовое отношение 50%-ого NaOH к диоксиду кремния составляет от 0,20 до 0,45. Для типичных композиций зубных паст, содержащих CSS, используется отношение 1:4,44=0,225:1.

[108] В предпочтительном варианте реализации изобретения реакция частиц диоксида кремния с основанием приводит к уменьшению величины d(0,5) частиц диоксида кремния на от 1 до 15 нм с образованием ядра из диоксида кремния, а сверху на ядре из диоксида кремния образуется M₂SiO₃.xH₂O. Как правило, большее уменьшение величины d(0,5) частиц диоксида кремния наблюдается с увеличением массового отношения количества основания к количеству частиц диоксида кремния (см. Таблицу 1).

[109]

[110] Уменьшение величины d(0,5) частиц диоксида кремния может составлять от 1 нм до 6 нм. Количество вытравленного диоксида кремния зависит от удельной поверхности частиц диоксида кремния по теории БЭТ. Частицы с большей удельной поверхностью, например пористые частицы, такие как стоматологические абразивы на основе аморфного диоксида кремния: эффективно очищающий диоксид кремния Zeodent 105; обычный диоксид кремния Zeodent 114, загущающий диоксид кремния Zeodent 165, будут вытравлены менее глубоко. Твердые частицы диоксида кремния будут характеризоваться большей глубиной вытравливания.

[111] Так как ковалентные связи решетки SiO₂ превращаются в ионные связи между Na⁺ и SiO₃ ^2-, поверхность становится поляризованной и адсорбирует воду и гигроскопическое вещество с образованием частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка». По мере прохождения реакции частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» могут также стать менее прозрачными и более светонепроницаемыми, а рН реакционного раствора уменьшается.

[112] Массовое отношение количества гигроскопического вещества к количеству воды может быть выбрано из группы отношений, состоящей из от 4:1 до 1:4; от 3:1 до 1:3; от 2:1 до 1:2; и от 5:3 до 3:5.

[113] В одном варианте реализации изобретения значение d(0,5) частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка», образовавшихся в процессе реакции, по меньшей мере на 5% больше, чем значение d(0,5) исходных частиц диоксида кремния. Необходимо отметить, что хотя диаметр частицы диоксида кремния уменьшается в процессе реакции, образуя более маленькое ядро из диоксида кремния, диаметр всей частицы CSS вместе со слоем силиката обычно выше, чем диаметр исходной частицы диоксида кремния.

[114] За образованием частиц типа «ядро-оболочка» можно наблюдать, определяя рН реакционной смеси. Частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» образуются, когда рН реакционной смеси уменьшается по меньшей мере на 0,5 единиц рН по сравнению с исходной смесью реагентов. Как правило, частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» образуются, когда рН реакционной смеси уменьшается по меньшей мере на 0,8 единиц рН по сравнению с исходной смесью реагентов. В другом варианте реализации изобретения конечная точка процесса наступает, когда рН реакционной смеси уменьшается по меньшей мере на 0,8-1,5 единицы рН по сравнению с исходной смесью реагентов, и не происходит дополнительное уменьшение рН. Образование частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» обычно завершается, когда рН составляет около 11.

[115] За образованием частиц типа «ядро-оболочка» можно также наблюдать, определяя удельную электропроводность реакционной смеси. Конечная точка процесса наступает, когда удельная электропроводность реакционной смеси уменьшается по меньшей мере на 250 микросименс/см (мкСм/см), так как электрические заряды переходят от высокоподвижных ионов (NaOH) к намного менее подвижной поверхности диоксида кремния (подвижность ≈ 0). Еще в одном варианте реализации изобретения конечная точка процесса наступает, когда удельная электропроводность реакционной смеси уменьшается на 250-400 мкСм/см. Как правило, частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» образуются, когда удельная электропроводность реакционной смеси уменьшается по меньшей мере на 2 миллисименс/см (мСм/см). Обычно, частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» образуются, когда удельная электропроводность реакционной смеси уменьшается по меньшей мере на 5 мСм/см.

[116] Пирогенный диоксид кремния

Пирогенный диоксид кремния (иногда называют пирогенным кремнеземом или микрокремнеземом) представляет собой очень мелкие частицы или коллоид диоксида кремния. Его получают сжиганием SiCl₄ в насыщенном кислородом углеводородном пламени, чтобы образовался «дым» SiO₂. Частицы диоксида кремния сплавляются друг с другом с образованием разветвленных трехмерных цепочечных агрегатов.

SiCl₄+2Н₂+O₂→SiO₂+4HCl.

[117] Осажденный диоксид кремния

[118] Аморфный диоксид кремния, силикагель, получают подкислением растворов силиката натрия. Изначально образовавшийся студенистый осадок затем промывают, а затем обезвоживают, чтобы получить бесцветный микропористый диоксид кремния. Представлено теоретическое уравнение, включающее трисиликат и серную кислоту:

Na₂Si₃O₇+H₂SO₄→3SiO₂+Na₂SO₄+H₂O

[119] В большинстве силикатов атом Si имеет тетраэдрическую координацию, при этом 4 атома кислорода окружают центральный атом Si. Наиболее распространенный пример встречается в такой кристаллической форме диоксида кремния SiO₂, как кварц. В каждой из наиболее термодинамически стабильных кристаллических форм диоксида кремния в среднем все 4 вершины (или атома кислорода) тетраэдра SiO₄ являются общими, давая общую химическую формулу: SiO₂. SiO₂ имеет несколько кристаллических форм (полиморфных модификаций) в дополнение к аморфным формам. За исключением стишовита и волокнистого кремнезема, все кристаллические формы включают тетраэдрические единицы SiO₄, связанные вместе общими вершинами, с различным расположением.

[120] Силикат натрия

[121] Силикат натрия представляет собой общеупотребительное название для соединений с формулой Na₂(SiO₂)_nO. Хорошо известным членом этого ряда является метасиликат натрия, Na₂SiO₃. Также известные как водорастворимое стекло или жидкое стекло, эти материалы пригодны для использования в виде водного раствора и в твердой форме. Карбонат натрия и диоксид кремния реагируют при сплавлении с образованием силиката натрия и диоксида углерода:

Na₂CO₃+SiO₂→Na₂SiO₃+CO₂

[122] Безводный силикат натрия содержит цепной полимерный анион, который состоит из тетраэдра {SiO₄}, имеющего общие вершины, а не отдельный ион SiO₃ ^2-. В дополнение к безводным формам существуют гидраты с формулой Na₂SiO₃⋅nH₂O (где n=5, 6, 8, 9), которые содержат отдельный приблизительно тетраэдрический анион SiO₂(OH)₂ ^2- с гидратной водой. Например, коммерчески доступный пентагидрат силиката натрия Na₂SiO₃⋅5H₂O имеет формулу Na₂SiO₂(OH)₂⋅4H₂O, а нонагидрат Na₂SiO₃⋅9H₂O имеет формулу Na₂SiO₂(OH)₂⋅8H₂O.

[123] В промышленности различные марки силиката натрия характеризуются массовым соотношением SiO₂ : Na₂O (массовые соотношения могут быть преобразованы в мольные соотношения умножением на 1,032), которое может изменяться между 2:1 и 3,75:1. Марки с этим соотношением ниже 2,85:1 называют «щелочными». Те, которые имеют более высокое соотношение SiO₂ : Na₂O, считают «нейтральными».

[124] В другом варианте реализации изобретения диоксид кремния представляет собой осажденный диоксид кремния, включающий, но не ограничиваясь этим, Zeodent^® 114 и Zeodent^® 165 (частицы осажденного диоксида кремния производства J.M. Huber - химическое название: синтетический аморфный диоксид кремния), Sylodent® 783 производства W.R. Grace, Sorbosil® АС-43 производства Ineos (PQ Corp.).

[125] В другом варианте реализации изобретения диоксид кремния представляет собой плавленый кварц, включающий, но не ограничиваясь этим, CAB-O-SIL^® НР-60 производства Cabot Corporation, TECO-SIL^® 10 и TECO-SIL^® 44css производства C-E Minerals и Spheron P1500 производства Japanese Glass Co.

[126] В одном варианте реализации изобретения гидроксид натрия реагирует с поверхностью частицы SiO₂, вытравливая оболочку из слоя(-ев) Na₂SiO₃ в соответствии с реакцией:

SiO₂+2NaOH→Na₂SiO₃+H₂O

[127] Как можно увидеть из схемы реакции, в отсутствии NaOH с диоксидом кремния не будет происходить никаких изменений, тогда как, с другой стороны, полностью завершенная реакция 2 моль NaOH на 1 моль диоксида кремния будет приводить к полному превращению в Na₂SiO₃. Для того, чтобы получить частицы «ядро-оболочка» по данному изобретению, реакционный процесс необходимо контролировать так, чтобы частицы содержали требуемую долю Na₂SiO₃.

[128] Диоксид кремния типа «ядро-оболочка» обладает адгезионными свойствами после частичного высушивания, например высушивания на воздухе, потому что гидратированный Na₂SiO₃ представляет собой клеящее вещество (водорастворимое стекло).

[129] В варианте реализации изобретения частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» по данному изобретению образуются, когда по меньшей мере 1-6% каждой исходной частицы диоксида кремния вытравлено с образованием одного или нескольких монослоев Na₂SiO₃. В другом варианте реализации изобретения частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» по данному изобретению образуются, когда по меньшей мере 2,5-5% каждой исходной частицы диоксида кремния вытравлено с образованием одного или нескольких слоев Na₂SiO₃. В другом варианте реализации изобретения частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» по данному изобретению образуются, когда по меньшей мере 3,5-4% каждой исходной частицы диоксида кремния вытравлено с образованием одного или нескольких слоев Na₂SiO₃.

[130] Образование частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» по данному изобретению, описанных выше, можно осуществлять, варьируя количество и тип используемого основания, количество используемого диоксида кремния, количество используемого гигроскопического вещества, и изменяя температуру реакции.

[131] В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает смешивание частиц диоксида кремния и основания с гигроскопическим веществом. В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает массовое отношение количества гигроскопического вещества к количеству воды, которое составляет от 4:1 до 1:4. В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает массовое отношение количества гигроскопического к количеству воды, которое составляет от 3:1 до 1:3; от 2:1 до 1:2; или от 5:3 до 3:5. В варианте реализации изобретения гигроскопическое вещество содержит смесь двух или более индивидуальных гигроскопических веществ. В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает стадию высушивания полученного продукта для того, чтобы убрать часть H₂O.

[132] В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает приведение в контакт некоторого количества частиц SiO₂ с некоторым количеством NaOH и гигроскопическим веществом при 50°С - 140°С. В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает приведение в контакт некоторого количества частиц SiO₂ с некоторым количеством NaOH при 70°С - 100°С. В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает приведение в контакт некоторого количества частиц SiO₂ с некоторым количеством NaOH при 70°С - 90°С. В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает приведение в контакт некоторого количества частиц SiO₂ с некоторым количеством NaOH при 70°С - 80°С. В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает приведение в контакт некоторого количества частиц SiO₂ с некоторым количеством NaOH при 74°С - 76°С. В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает приведение в контакт некоторого количества частиц SiO₂ с некоторым количеством NaOH при 75°С.

[133] Как правило, применение гигроскопического вещества в реакционном процессе позволяет использовать более высокие температуры из интервалов, описанных выше.

[134] Специалист в данной области техники может определить, когда образуются частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» по данному изобретению, с помощью нескольких способов, в дополнение к отбору пробы из реакционной смеси и исследованию полученных частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка», пока не будут получены частицы CSS с требуемыми свойствами, такими как образование слоев и плотность заряда.

[135] В варианте реализации изобретения конечная точка процесса наступает, когда средний диаметр частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка», образовавшихся в процессе реакции, по меньшей мере на 5% больше, чем средний диаметр исходных частиц диоксида кремния (SiO₂). В другом варианте реализации изобретения частица диоксида кремния типа «ядро-оболочка» имеет диаметр больше на 5%-10%, чем средний диаметр исходных частиц диоксида кремния.

[136] В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает смешивание полученных частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» с носителем для получения композиции. В варианте реализации изобретения способ дополнительно включает установление рН композиции в пределах 7-9. рН можно устанавливать, используя кислоту или основание в соответствии с необходимостью. В варианте реализации изобретения рН устанавливают, используя кислоту.

[137] В дополнительном аспекте в настоящем изобретении предложена частица диоксида кремния типа «ядро-оболочка», которую можно получить с помощью способа, описанного выше.

[138] В дополнительном аспекте в настоящем изобретении предложен способ уменьшения количества или устранения бактерий в полости рта, включающий нанесение композиции для ухода за полостью рта, описанной выше, пациенту, которому это необходимо, на поверхности полости рта пациента.

[139] В заключительном аспекте в настоящем изобретении предложен ex vivo способ уменьшения количества или устранения бактерий на съемном устройстве для полости рта пациента, включающий нанесение композиции для ухода за полостью рта, описанной выше, на поверхность съемного устройство для полости рта. Съемное устройство для полости рта предпочтительно представляет собой зубной протез, капу, мундштук, ортодонтическую скобу и фиксатор.

[140] Другой вариант реализации изобретения представляет собой способ использования частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» для уменьшения количества или устранения бактерий в полости рта пациента, нуждающегося в этом, включающий нанесение на поверхности полости рта пациента композиции по данному изобретению.

[141] Другой вариант реализации способа уменьшения количества или устранения бактерий включает нанесение частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» ex vivo пациенту, которому это необходимо, на съемное устройство для полости рта пациента. В контексте данного изобретения съемное устройство для полости рта включает, но не ограничиваясь этим, зубные протезы, капы, мундштуки, ортодонтические скобы и фиксаторы.

[142] В одном варианте реализации способа пациент представляет собой млекопитающее, которое включает, но не ограничиваясь ими, человека и животных (например, собак, котов, лошадей, крупный рогатый скот, овец, лам и т.д.).

[143] Другой вариант реализации изобретения представляет собой использование частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» для получения композиции для уменьшения количества или устранения бактерий в полости рта пациента, нуждающегося в этом, которое включает нанесение на поверхности полости рта пациента композиции по данному изобретению, или для уменьшения количества или устранения бактерий, которое включает нанесение частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» ex vivo на съемное устройство для полости рта пациента, нуждающегося в этом.

[144] Варианты реализации настоящего изобретения дополнительно описаны в следующих примерах. Примеры представлены только с иллюстративной целью и никоим образом не ограничивают объем описанного и заявленного изобретения.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

[145] Композицию, представленную в Таблице 2, использовали для получения частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка». Zeodent^® 114 и Zeodent^® 165 представляют собой частицы осажденного диоксида кремния производства J.M. Huber (химическое название: синтетический аморфный диоксид кремния).

Пример 2

[146] Частицы «ядро-оболочка» по настоящему изобретению сравнивали с другими частицами на основе диоксида кремния. Использованные композиции показаны в Таблице 3.

[147] Без желания быть связанными какой-либо теорией, считали, что частицы, полученные в контрольном эксперименте №1, не обладали адгезионными свойствами из-за отсутствия гигроскопического вещества (например, сорбита), сохраняющего воду на частицах диоксида кремния, что является предпочтительным состоянием для ионизации SiO₂.

[148] Без желания быть связанными какой-либо теорией, считали, что частицы, полученные в контрольном эксперименте №2, также не обладали адгезионными свойствами, так как в этом случае отсутствовал NaOH для превращения некоторой части SiO₂ в слои Na₂SiO₃, покрывающие оставшееся ядро SiO₂. В отличие от этого частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка», полученные в примере 2, обладали адгезионными свойствами, подобными свойствам, полученным в примере 1 выше. Эти сравнения демонстрируют, что NaOH необходим, а вода и/или гигроскопическое вещество предпочтительны для получения частиц типа «ядро-оболочка» по данному изобретению.

Пример 3

[149] В другом сравнительном примере вместо сорбита в качестве гигроскопического вещества использовали глицерин в двух различных массовых соотношениях с водой. Полученные композиции представлены в Таблице 4. Контрольный эксперимент №3 аналогичен примеру 1, но вместо сорбита использовали глицерин в качестве гигроскопического вещества, и 8 г 50% NaOH вместо 4 г твердого NaOH.

[150] Без желания быть связанными какой-либо теорией, считали, что частицы, полученные в контрольном эксперименте №3, не обладали адгезионными свойствами, вероятно, из-за недостаточного количества воды для превращения SiO₂ в Na₂SiO₃. В отличие от этого частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка», полученные в примере 3, обладали адгезионными свойствами.

Пример 4

[151] Проведение реакции абразивов на основе SiO₂ с раствором NaOH для получения частиц типа «ядро-оболочка».

[152] Реакция представляет собой:

[153] 0,8% NaOH (50%-й раствор) использовали в прозрачных коллоидных растворах диоксида кремния (см. Таблицу 5). Когда NaOH реагирует с избытком SiO₂, рН будет выше 11, а затем резко станет ниже 10,0 (для применения в зубных пастах необходим интервал рН между 6 и 10). Время реакции составляет 6-24 часа при комнатной температуре, но оно может быть значительно меньше при нагревании до более высокой температуры, такой как 75°С. Оптические свойства коллоидного раствора изменяются в течение реакции, раствор изменяется от прозрачного до непрозрачного.

[154] Оптические характеристики изменяются, так как на оболочке изменяется коэффициент преломления. Это логично, потому что известно, что SiO₂ может реагировать с NaOH (или Na₂CO₃, или другими сильными основаниями) с образованием Na₂SiO₃, и коэффициент преломления, соответствующий SiO₂ (1,44-1,45) перестает соответствовать полученным частицам, так что прозрачность исчезает.

[155] Авторы настоящего изобретения предположили, что продуктом реакции NaOH+SiO₂ является гидратированный Na₂SiO₃ (коэффициент преломления ниже, чем у SiO₂, или n_D<1,44). Для подтверждения этой гипотезы использовали некристаллизующийся сорбит с более высоким коэффициентом преломления (коэффициент преломления = 1,455-1,465) для повышения коэффициента преломления водного раствора (окружающего частицы диоксида кремния), чтобы он соответствовал коэффициенту преломления диоксида кремния типа «ядро-оболочка». Коллоиды снова становятся полностью прозрачными. Этот простой эксперимент доказывает, что оболочка состоит из гидратированного Na₂SiO₃ с низким коэффициентом преломления, который присоединен к ядру из диоксида кремния. Авторы изобретения установили физическую модель для рассеяния света концентрическими твердыми непористыми сферическими частицами, чтобы объяснить почему коллоиды из прозрачных реагентов становятся непрозрачными.

Пример 5

Физическая модель для рассеяния света частицами типа «ядро-оболочка» (концентрическими)

[156] Эта модель основана на "Light Scattering by Small Particles", H.C. van de Hulst, 2003, pages 67-77.

[157] Интенсивность рассеяния пропорциональна диэлектрической постоянной, α.

Для простых сферических частиц:

Где:

- m=np/nm, где np и nm представляют собой коэффициенты преломления частицы и водной среды, окружающей частицы (вода + сорбит + соли),

- а представляет собой радиус частицы.

Для концентрической частицы, представленной на фиг. 1В:

Для ядра: n1 представляет собой коэффициент преломления, qa представляет собой радиус (q представляет собой соотношение радиусов ядра и оболочки).

Для оболочки: n2 представляет собой коэффициент преломления, а представляет собой радиус.

Где коэффициент преломления (n) определяется следующим образом:

n=n1 для 0<r<qa

n=n2 для qa<r<а

n=1 для r>а (воздух в этом случае)

Диэлектрическую постоянную для частицы типа «ядро-оболочка» (концентрической) можно выразить следующим образом: (зависит только от 4 параметров: n1, n2 и q, а)

[158] Мы можем увидеть, что диэлектрическая постоянная или интенсивность рассеяния света различны для простой сферической и концентрической частиц.

Пример 6

Большое количество слоев: расчеты с использованием ЭСХА, данные титрований, рамановская спектроскопия и масс-спектроскопия указывают на то, что оболочка частицы содержит несколько слоев силиката натрия. Были получены количества монослоев оболочки, равные 2, 4, 16, 32 и 36.

[159] ЭСХА анализ порошка диоксида кремния типа «ядро-оболочка» (CSS)

[160] ЭСХА (электронную спектроскопию для химического анализа) использовали для определения состава поверхности порошка CSS, приготовленного в водной среде из SiO₂ и NaOH. ЭСХА анализирует только внешние 10 нм поверхности образца, поэтому она является идеальным методом для обнаружения силиката на поверхности порошка диоксида кремния. Анализируемые образцы включали высушенный порошок, а также порошок, быстро промытый 3 раза деионизированной водой для удаления любых оставшихся растворимых веществ с поверхности. Данные о составе поверхности порошков CSS, полученные с помощью ЭСХА, представлены в Таблице 6.

[161] Данные показывают, что происходит значительное увеличение количества натрия на поверхности высушенного материала по сравнению с количеством для диоксида кремния. Дополнительно, низкоинтенсивный пик кислорода, который является характеристическим для силиката (O_SiO3), также был обнаружен в полученных данных. Этот пик не наблюдается для SiO₂. Обнаружение Na и пика кислорода из силиката убедительно свидетельствует об образовании силиката натрия на поверхности порошка диоксида кремния. Промывание высушенного порошка CSS деионизированной водой незначительно уменьшает количество Na и кислорода из силиката, свидетельствуя о том, что силикат на поверхности имеет низкую растворимость в воде. Таким образом, силикат натрия хорошо удерживается на поверхности диоксида кремния в водной среде.

[162] Порошки CSS, которые были обработаны 1%-ным раствором CaCl₂, также изучали с помощью ЭСХА для определения поглощения Са материалом. Результаты ЭСХА для высушенного материала четко указывают на присутствие Са на поверхности CSS. Также наблюдалось уменьшение количества Na по сравнению с высушенным CSS, указывая на то, что Са замещает Na на поверхности CSS. Также для образца, обработанного CaCl₂, была обнаружена низкая концентрация Cl, указывая на то, что остаточный CaCl₂ может также присутствовать в материале. Промывание образца деионизированной водой приводило к удалению Cl, однако большая часть Са задерживалась. Таким образом, данные показывают, что частицы CSS способны адсорбировать и удерживать ионы Са из водного раствора. Этот результат подтверждает данные о поглощении ионов Са, описанные выше, и подтверждает способность частиц CSS действовать как агент для предупреждения появления зубного камня.

Пример 7

[163] ИК-спектроскопия в средней области и поляризационный анализ

[164] Для подтверждения присутствия силиката в оболочке на ядре из диоксида кремния использовали ИК-спектроскопию в средней области. Во всех измерениях использовали устройство для ОПО (ослабленное полное отражение) трех-(много)кратного отражения для улучшения спектров поглощения образцов. Это устройство позволяет свету проникать только на 1-2 мкм в образец, увеличивая таким образом сигнал от поверхностных компонентов по сравнению с веществом в объеме. Для дополнительного улучшения соотношения сигнала к шуму, для каждого определения проводили и усредняли 32 сканирования.

[165] Области отпечатков пальцев ИК-спектра в средней области для диоксида кремния и силиката отличаются в достаточной мере и хорошо различимы. Чистый диоксид кремния характеризуется симметричным колебанием SiO при 1074 см^-1 и полосой около 960 см^-1 вследствие валентных колебаний связей SiOH. С другой стороны, силикаты характеризуются заметным асимметричным плечом между 1200 см^-1 и 1100 см^-1. Дополнительно, сильное асимметричное валентное колебание, сдвинутое от колебания диоксида кремния, обнаружено при 1000 см^-1.

[166] На спектральные отпечатки пальцев ОПО для пасты из диоксида кремния типа «ядро-оболочка» значительно влияют эффекты коэффициента преломления, которые могут быть большими для по существу сильного поглощения, такого как в случае валентных колебаний Si-О в диоксиде кремния и силикатах. При измерении пропускания полоса Si-О находится при 1100 см^-1, но в ОПО она, как правило, находится около 1060 см^-1. Также полосы не являются полностью симметричными. Так как образцы представляют собой пасты, полоса поглощения широкая и возможно содержит вклад как от аморфного, так и от кристаллического вещества.

[167] В дополнение к обычным измерениям ОПО было использовано устройство для поляризационного анализа для большего понимания и подтверждения того, что на поверхности присутствовали ионы силиката. Преимущество поляризационных измерений заключается в том, что они дают дополнительную информацию о молекулярной структуре образца, так как имеют отношение к кристаллической или молекулярной ориентации. В этом случае в зависимости от того, как плоскость поляризованного света ориентирована относительно плоскости образца, соотношение диоксида кремния и силиката должно изменяться. Были исследованы следующие углы полной поляризации: 0, 30, 60, 90, 120, 150 и 180 градусов. Было рассчитано спектральное отношение силиката (1022 см^-1) к диоксиду кремния (1074 см^-1), чтобы продемонстрировать присутствие оболочки из силиката. Таблица 7 показывает результаты этого анализа для Na-CSS.

[168]

[169] Анализ демонстрирует оптимальную концентрацию силиката, когда плоскость поляризованного света расположена под углом 0 градусов, свидетельствуя о том, что дипольный момент силиката расположен горизонтально к плоскости ОПО.

Пример 8

Кинетика

[170] Кинетическое исследование было проведено для определения периода времени, требуемого для получения коллоидов Na+-CSS in situ. Следующая рецептура была использована на основании рецептуры зубной пасты, содержащей Na+-CSS (зубная паста №85, содержащая CSS).

[171] Методика: добавляют воду, NaOH и глицерин в реакционный сосуд. Медленно в водную смесь добавляют эффективно очищающий диоксид кремния Zeodent 105. Нагревают смесь с использованием пароводяной бани, чтобы поддерживать температуру в реакционной смеси в интервале 80-90°С. Реакцию проводят 6 часов. Отбирают пробу каждый час, чтобы измерить рН и удельную электропроводность после охлаждения до комнатной температуры. Данные представлены ниже:

[172] Из таблицы 9 можно увидеть, что рН и удельная электропроводность значительно уменьшаются в первый час, а после 2 часов выходят на плато. Реакция с образованием частиц CSS заканчивается приблизительно за 2 часа. Это кинетическое исследование является важным, поскольку необходимо максимально уменьшить время приготовления партии зубной пасты.

[173] Коллоид диоксида кремния типа «ядро-оболочка», содержащий калий, (K-CSS) на основании следующей рецептуры:

[174] Методика: добавляют горячую воду (75°С), 45%-й KOH и глицерин в реакционный сосуд. Медленно в водную смесь добавляют эффективно очищающий диоксид кремния Zeodent 105. Реакцию проводят в течение 6 часов при температуре окружающей среды без дополнительного нагревания. Отбирают пробы в ходе реакции для определения температуры, рН и удельной электропроводности. Кинетические данные приведены ниже:

[175] Таблица 11 показывает, что удельная электропроводность значительно уменьшается в первый час, а после 2 часов выходит на плато. Таким образом, реакция с образованием частиц CSS заканчивается приблизительно за 2 часа при температуре окружающей среды (комнатной температуре).

[176] Рецептура вышеописанного коллоида была изменена для получения зубной пасты, содержащей K-CSS, путем уменьшения 45% KOH/SiO₂ от 101,1 г/220 г до 303,2 г/1321 г, а измерение кинетики было выполнено снова.

Из таблицы 13 можно увидеть, что удельная электропроводность значительно уменьшается в первые полчаса, а после 2 часов выходит на плато. Таким образом, коллоиды K-CSS для зубной пасты, содержащей K-CSS, можно получить приблизительно за 2 часа при температуре окружающей среды без внешнего нагревания (см. зубную пасту, содержащую K-CSS, в Таблице 14). Это кинетическое исследование является важным, поскольку необходимо максимально уменьшить время приготовления партии зубной пасты.

[177]

Зубная паста, содержащая K-CSS, имела рН 7,7 и 10% рН 8,06 (10% рН представляет собой рН для 10%-ого раствора зубной пасты, полученного добавлением 10 г зубной пасты к 90 г воды (10% рН для зубной пасты должен составлять от 6 до 10)). Следует отметить, что 1 единица вязкости по Брукфильду составляет 10000 сантипуаз.

[178] Спектроскопию ЭСХА использовали для количественного определения элемента К в частицах K-CSS.

[179] Из Таблицы 15 можно увидеть, что K обнаружен на поверхности абразива CSS. Таким образом, KOH можно использовать в качестве основания для приготовления зубной пасты, содержащей K-CSS, при комнатной температуре.

Пример 9

[180] Способ приготовления K-CSS при комнатной температуре

[181] Протокол эксперимента для приготовления K-CSS при комнатной температуре изложен ниже.

[182] Добавляют воду для опытной установки при 75°С в смеситель Lee, а затем добавляют глицерин. Добавляют SiO₂ (Zeodent 105). Добавляют KOH. Перемешивают ингредиенты. Отбирают пробы через одинаковые промежутки времени и определяют рН и удельную электропроводность, чтобы определить, когда закончится образование К-CSS. Добавляют H₃PO₄ - в реакционной смеси образуется гель. Отбирают пробу, и добавляют NaF, сахарин и воду в смеситель Lee, и перемешивают в течение 10 минут. Диспергируют КМЦ/ксантановую камедь в растворе ПЭГ 600. Добавляют вышеуказанный раствор камеди в смеситель Lee. Перемешивают. Медленно добавляют загущающий диоксид кремния Zeodent 165. Прилагают вакуум 25 дюймов на некоторое время. Убирают вакуум, добавляют ароматизатор, краситель и слюду. Включают скребок и мешалку, цвет - светло-голубой, вязкость - достаточно жидкая до добавления ДСН. Перемешивают в течение 10 мин. под вакуумом. Убирают вакуум/перемешивание. Добавляют ДСН. Прилагают вакуум, медленно перемешивают с образованием продукта, который имеет более густую консистенцию, но все равно еще жидкий. Измеренная плотность готового продукта составляет 1,279. Продукт имеет светло-голубой цвет. Измеренная исходная вязкость = 156600 сП после 2 часов хранения. Вязкость по Брукфильду = 150600 сП, с трудом течет в сосуде объемом 1 галлон.

Пример 10

[183] Прозрачные CSS

[184] Реакция абразивов SiO₂ с раствором NaOH для получения частиц типа «ядро-оболочка» при повышенной температуре (70-90°С). Реакция представляет собой:

[185]

[186] Ранее мы получали непрозрачную зубную пасту по реакции избытка SiO₂ с NaOH (массовое процентное соотношение SiO₂:50% NaOH=20%:4,5%=4,44:1). В этом случае только небольшая часть (поверхность) частицы SiO₂ реагирует с NaOH. Было неизвестно, какая часть SiO₂ реагирует с NaOH, потому что на основании вышеприведенной реакции отношение SiO₂ к NaOH составляет n:2 (n неизвестно).

[187] Желательно было получать прозрачные или просвечивающие средства для полоскания полости рта с использованием материалов CSS. Необходимо знать сколько нужно NaOH для полного растворения SiO₂, чтобы получить прозрачные частицы CSS. Мы приготовили прозрачные коллоиды CSS из следующей рецептуры минимизируя отношение SiO₂ к 50% NaOH, чтобы получить максимальную плотность заряда частиц.

[188]

[189] SiO₂ полностью растворялся в NaOH при 85 С за 4 часа, образуя прозрачную жидкость. При расчете их молярных концентраций мольное отношение SiO₂ к NaOH (4,662 моль : 2,925 моль) = 1,593:1 (мольное отношение). Однако, если мы предположим следующую реакцию:

Мольное отношение SiO₂ : NaOH=1:2, только 2,925 моль/2 SiO₂ растворяется, или растворенный SiO₂/общий SiO₂=(2,925)/2 моль/(4,662 моль)=0,3138. Таким образом, большая часть SiO₂ не растворяется. Это противоречит тому, что мы наблюдали: весь диоксид кремния несомненно растворяется с образованием прозрачного раствора. Этот расчет показывает, что реакция (2) неверна, а реакция (1) более правильна. Если весь диоксид кремния растворяется, n>2×1,593=3,186.

[190] Для дополнительного подтверждения этого наблюдения 37,5% Na₂SiO₃, коммерчески доступный у PQ Corp., использовали в качестве контрольного образца в этом исследовании. Для этого продажного прозрачного жидкого образца Na₂SiO₃, массовое отношение SiO₂ : Na₂O=3,220:1 или мольное отношение 3,323:1. Это эквивалентно SiO₂ : NaOH=3,323:2=1,662:1. Na₂SiO₃/общий SiO₂=(1/2) моль/(1,662 моль)=30,08%. Таким образом, для продажного раствора Na₂SiO₃ n>3,323.

[191] Образцы анализировали с помощью рассеяния света и ЭСХА для определения того, есть ли маленькие нанометровые частицы в прозрачных коллоидных растворах. На основании вышеприведенной рецептуры в Таблице 16 мы отрегулировали отношение SiO₂ к 50% NaOH и создали следующие рецептуры:

Просвечивающий коллоид Na-CSS образовывался, когда массовое отношение SiO₂ к 50% NaOH=2,028:1 или мольное отношение = 2,700:1. Таким образом, когда n ≤ 2,700X2=5,400, все частицы диоксида кремния полностью растворяются. Для 5 вышеуказанных образцов были измерены УФ-видимые спектры с использованием кварцевой оптической кюветы длиной 0,20 мм для измерений в УФ-диапазоне (см. фиг. 3). 14,6%-й раствор Na₂SiO₃, полученный из 37,5%-ого Na₂SiO₃, коммерческого продукта PQ Corp, использовали в качестве контрольного образца.

[192] Видно, что просвечивающий (№152) и прозрачные (№148 и №149) коллоиды имеют такие же спектры мутности, как и контрольный образец: нет рассеяния в видимой области между 300 и 800 нм, возможно, вследствие отсутствия частиц SiO₂, или если частицы SiO₂ присутствуют, они очень маленькие, и наблюдается незначительное рассеяние или поглощение в УФ-области между 200 и 300 нм. Если в составе используется больше диоксида кремния, полупрозрачный (№151) и непрозрачный (№150) образцы демонстрируют намного более высокое рассеяние от частиц SiO₂ в видимом и УФ-диапазонах.

[193] ЭСХА анализ:

[194] На основании вышеприведенных данных ЭСХА просвечивающий образец (№152) содержит (на основании данных о Na)) Na₂SiO₃%=37,5%X2,53/13,20=7,19%. Из рецептуры №152, если весь NaOH реагирует с диоксидом кремния, мы получаем 6,84% Na₂SiO₃, что очень близко к величине, рассчитанной из вышеприведенных данных ЭСХА (7,19%).

[195] Таблица 19 ниже демонстрирует распределения частиц по размерам для частиц диоксида кремния и частиц CSS, определенные с помощью рассеяния света. Таблица 19 демонстрирует распределение частиц по размерам для пирогенного диоксида кремния, коллоида Na-CSS, осажденного диоксида кремния Zeodent® 105, непрозрачных частиц Na-CSS (№150), полупрозрачных частиц Na-CSS (№151) и просвечивающих частиц Na-CSS (№152).

[196] Маленькие частицы могут образовывать большие кластеры за счет большой площади поверхности (энергии). Это было видно из образца продажного пирогенного диоксида кремния (указано, что средний размер частиц составляет 12 нм), для которого средний размер частиц, определенный с помощью метода рассеяния света, составлял 51,90 мкм. SEM-изображение также показывает, что частицы пирогенного диоксида кремния образуют кластеры большего размера. Это видно из распределений частиц по размерам: (1) распределение по размерам после реакции с NaOH уже, чем для продажного высоко очищающего порошка Zeodent 105 (контрольный образец); (2) более маленькие частицы растворяются до растворения более крупных частиц.

[197] Другим способом, позволяющим отличить вытравленные частицы CSS от полностью превратившихся в силикат металла (например, Na₂SiO₃), является сравнение вязкостей. 37,5%-й Na₂SiO₃ становится твердым при рН 11,3. При разбавлении приблизительно в 10 раз до 3,32% Na₂SiO₃, раствор еще остается твердым при рН выше 9. В отличие от этого частицы CSS по данному изобретению остаются в растворе при этих концентрациях и рН. В связи с этим другой вариант реализации изобретения представляет собой получение частиц CSS, которые остаются в жидкотекучей коллоидной форме (т.е. неотвержденной) в интервале 10% рН (рН для 10%-ого раствора зубной пасты, полученного добавлением 10 г зубной пасты к 90 г воды) от 6 до 10, отличающихся от полностью превратившихся в силикаты металлов, которые становились бы твердыми при значениях рН выше или равных 9.

Пример 11

[198] Травление диоксида кремния с помощью NaOH

Частицы CSS можно получить из любого типа диоксида кремния, например твердых частиц диоксида кремния, пористых частиц диоксида кремния, таких как стоматологические абразивы на основе аморфного диоксида кремния: эффективно очищающий диоксид кремния Zeodent 105; обычный диоксид кремния как Zeodent 114, загущающий диоксид кремния как Zeodent 165.

[199] Количество вытравленного диоксида кремния зависит от удельной поверхности частиц диоксида кремния по теории БЭТ - частицы с большей площадью поверхности будут вытравлены менее глубоко. Степень вытравливания также зависит от отношения диоксида кремния к основанию. Было установлено, что когда массовое отношение диоксида кремния Zeodent 105 к 50%-ому раствору NaOH=2,02 (конечная точка), весь диоксид кремния растворяется. Когда мы изготавливали зубную пасту, содержащую частицы Na-CSS, использовали 20% эффективно очищающего диоксида кремния (Zeodent 105) и 4,5% 50%-ого раствора NaOH. Таким образом, соотношение SiO₂:50% NaOH=4,44:1. Так как растворяется SiO₂:50% NaOH=2,02:1, после реакции остается SiO₂ к NaOH (50%)=(4,44-2,02):1=2,42:1. Таким образом, оставшийся SiO₂ к исходному SiO₂=2,42/4,44=54,55%, или изменение объема (ΔV/V)=54,55%-100%=-45,45%. Следует отметить, что конечная точка для растворения всего диоксида кремния может изменяться от SiO₂ к SiO₂ (различные типы диоксида кремния могут иметь различные конечные точки, например, конечная точка для пирогенного диоксида кремния может отличаться от 2,02:1).

[200] Расчет из удельной поверхности по теории БЭТ

Расчет для всех SiO₂ (в том числе твердых и пористых частиц) с использованием удельной поверхности по теории БЭТ (S/W). Для эффективно очищающего диоксида кремния (например, Zeodent 105, S/W=35 м²/г и плотность d=2,2 г/см³), изменение диаметра частиц (ΔХ) определяется следующей формулой:

ΔX=[(ΔV/V)/(S/W)]×1/d

ΔХ=(-0,4545/35×10⁴ см²/г)×(1/2,2 г/см³)

ΔХ=-5,90×10^-7 см

ΔХ=-590 нм (-0,590 мкм)

[201] Расчет из диаметра частиц

Альтернативный расчет подходит для монодисперсных твердых сферических частиц. Так как площадь внешней поверхности частиц очень маленькая (по сравнению с микропористыми частицами), твердые частицы будут иметь более высокую степень вытравливания.

Находим производную:

Для пирогенного диоксида кремния с размером частиц 12 нм (например, Aeorsil 200), если dV/V=-0,4545, предполагая такое же относительное изменение объема, как и для эффективно очищающего диоксида кремния (например, Zeodent 105), изменение диаметра частиц ΔD=-0,1515×12 нм = -1,8 нм. Это изменение диаметра (-1,8 нм от 12 нм частицы диоксида кремния) пропорционально больше, чем для эффективно очищающего диоксида кремния (-0,590 мкм от 10 мкм частицы диоксида кремния = 5,9%).

Пример 12

[202] Модель для определения количества слоев Na₂SiO₃ на поверхности диоксида кремния с использованием данных ЭСХА

[203] ЭСХА (электронная спектроскопия для химического анализа, также известная как РФЭС или рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия) может проникать вглубь от поверхности на 10 нм. 1 слой диоксида кремния или Na₂SiO₃ составляет приблизительно 1

(0,1 нм). Для молекулы Na₂SiO₃ : Na/Si=2:1. Значит для 100 монослоев Na/Si=0,02:1. Но из данных ЭСХА: Na/Si=0,084:1. Следовательно, образуется 0,084/0,02=4,2≈4 слоя Na₂SiO₃.

Пример 13

[204] Модель для определения количества слоев Na₂SiO₃ на поверхности диоксида кремния с использованием рамановской спектроскопии

Пример 14

[205] Синтез частиц CSS с использованием сушки распылением

[206] Методика синтеза. Добавляют воду и 50%-й NaOH в реакционный сосуд. Перемешивают с помощью механической мешалки (приблизительно 200 об/мин). Нагревают водный раствор на пароводяной бане, разогретой до 100°С, до установления температуры 80-90°С. В раствор медленно добавляют Zeodent 105 (порошок эффективно очищающего диоксида кремния). Продолжают перемешивать. Реакцию проводят в течение 4 часов для получения коллоидов Na+-CSS при приблизительно 85°С. Прекращают нагревание и охлаждают до комнатной температуры. Перемешивание продолжают в течение ночи. Фильтруют полученный коллоидный раствор под вакуумом с использованием фильтровальной бумаги. Собирают отфильтрованную жидкость. Промывают водой влажные твердые частицы Na+-CSS для удаления растворимых ионов металла. Высушивают коллоидные частицы Na+-CSS для получения сухого абразива Na-CSS с помощью сушки распылением. Рассчитывают выход (близкий к 100%), который был немного выше 100%, так как в твердых частицах осталось некоторое количество влаги, не испарившейся в процессе сушки.

Пример 15

[207] Процедура лиофильной сушки

[208] В альтернативном варианте отфильтрованную жидкость, полученную в примере 14, затем смешивают с деионизированной водой, массовое соотношение между водой и Na-CSS составляет около 1:1. Замораживают смесь, пока она не станет твердой. Включают лиофилизатор, чтобы охладить камеру. Когда температура камеры упадет до -47°С, замороженный образец помещают в камеру и создают вакуум на период времени, достаточный для получения высушенного порошка CSS.

Пример 16

[209] Для частиц диоксида кремния типа «ядро-оболочка» по данному изобретению определяли антибактериальную активность с использованием резазуриновой пробы для определения бактериальной обсемененности, в которой восстановление резазурина является мерой уменьшения роста бактерий.

[210] Для всех растворов измеряли жизнеспособность бактерий с использованием резазуринового микроанализа с инокулятом, который культивировали в хемостате (смесь бактерий A. viscosus, S. oralis, V. parvula, L. casei и F. nucleatum), используемом при оценке продукции для ухода за полостью рта. Резазурин (7-гидрокси-3Н-феноксазин-3-он-10-оксид) представляет собой синий краситель, используемый в окислительно-восстановительной реакции для количественного определения жизнеспособности бактерий по изменению цвета за счет отдачи кислорода.

[211] Каждый эксперимент проводили со смесью живых и мертвых бактерий А. viscosus, S. oralis, V. parvula, L. casei и F. nucleatum с использованием бульона TSB (триптического соевого бульона) и этанола соответственно, и их добавляли в таком соотношении, чтобы получить стандартную кривую от смеси 100% живых бактерий до смеси 100% мертвых бактерий, содержащую всего 12 точек.

[212] Анализ выполняли с использованием бактериальной гранулы из 1 мл инокулята, который культивировали в хемостате, обработанной смесью разбавленного в 4 раза триптического соевого бульона и исследуемого раствора в массовом соотношении 1:1 в пробирке Эппендорфа. После 1 часа инкубации дополнительный рост бактерий был дезактивирован добавлением 1 мл бульона D/E с достаточным перемешиванием, и полученную гранулу промывали 1 мл бульона TSB для полного удаления бульона D/E (D/E=Ди-Ингли). Полученную гранулу ресуспендировали в 1,5 мл бульона TSB, и 100 мкл переносили на 96-луночный планшет, содержащий 100 мкл раствора красителя резазурина. Измерение оптической плотности выполняли в соответствии с протоколом проведения резазуриной пробы через 3-5 мин. инкубации при 37°С для достижения полного протекания реакции красителя.

[213] Микроанализ проводят раз в день в течение 4-5 дней, учитывая различия бактерий изо дня в день с биологической точки зрения. Окончательная жизнеспособность (%) представляет среднюю величину. Концентрации присутствующих инредиентов соответствуют фактическим концентрациям в составе зубной пасты.

[214] Как можно увидеть из данных в Таблице 20, частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка» обладают большей антибактериальной активностью, чем хлорид цинка (ZnCl₂), известный антибактериальный агент.

[215] Специалистам в данной области техники понятно, что можно сделать большое количество изменений и модификаций вариантов реализации изобретения, описанного в данном документе, без отступления от сущности изобретения. Предполагается, что все такие изменения находятся в рамках прилагаемой формулы изобретения.

Claims (18)

1. Композиция по уходу за полостью рта, содержащая частицы диоксида кремния типа «ядро-оболочка», в которых каждая частица диоксида кремния типа «ядро-оболочка» содержит ядро из диоксида кремния и силикат металла I группы, образованный на поверхности ядра из диоксида кремния.

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что указанный металл I группы выбран из Na или K.

3. Композиция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что внешние 10 нм глубины каждой частицы содержат от 0,1 до 10 мас.% M₂SiO₃⋅xH₂O, где М представляет собой Na или K, а х составляет от 0 до 10.

4. Композиция по п. 3, отличающаяся тем, что внешние 10 нм глубины каждой частицы имеют один из следующих составов:

(SiO₂)_30,30Na₀,₄₁⋅8,70H₂O

(SiO₂)_30,67Na_0,36⋅7,63H₂O

(SiO₂)_23,25[O*_11,73H_10,26Na_13,20]⋅5,33H₂O.

5. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр d(0,5) указанных частиц составляет от 5 нм до 50 мкм, от 26 мкм до 40 мкм, от 18 мкм до 25 мкм, от 10 мкм до 15 мкм или от 5 нм до 12 нм.

6. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что силикат металла содержит монослои M₂SiO₃.xH₂O в количестве от 2 до 100, от 2 до 40, от 2 до 12 или от 12 до 40 слоев, а х составляет от 0 до 10.

7. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что диоксид кремния выбран из группы, состоящей из осажденного диоксида кремния, пирогенного диоксида кремния и плавленого кварца.

8. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет общую катионообменную емкость от 0,5 до 5,0 мэкв/г.

9. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит орально приемлемый носитель.

10. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она находится в форме твердого вещества, пасты, гелевой композиции или жидкой композиции.

11. Композиция по п. 9, отличающаяся тем, что орально приемлемый носитель содержит увлажнитель.

12. Композиция по п. 1, которая дополнительно содержит противокариозные средства, агенты, уменьшающие чувствительность, модификаторы вязкости, разбавители, поверхностно-активные вещества, эмульгаторы, модуляторы пенообразования, агенты для изменения рН, абразивы, агенты, влияющие на ощущения во рту, подсластители, ароматизаторы, окрашивающие вещества, консерванты, аминокислоты, антиоксиданты, противокалькулезные агенты, источник фторид-ионов, загустители, активный агент для профилактики или лечения патологического состояния или расстройства твердых или мягких тканей полости рта, адгезионный агент, отбеливающий агент и их комбинации.

13. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она предназначена для нанесения на поверхность полости рта пациента, нуждающегося в этом.

14. Применение композиции для ухода за полостью рта по п. 1 в производстве лекарственного средства для уменьшения количества или устранения бактерий в полости рта пациента, нуждающегося в этом.

15. Способ ухода за полостью рта пациента для уменьшения количества или устранения бактерий на съемном устройстве для полости рта пациента, включающий нанесение композиции для ухода за полостью рта по п. 1 на поверхность съемного устройства для полости рта.

Images