ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКАЯ ЗУБНАЯ ЩЕТКА "HABITUS" Российский патент 2001 года по МПК A46B15/00 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам медицинской стоматологической техники, в частности к зубным щеткам. Оно может быть использовано для очистки зубов, насыщения эмали зубов профилактическими противокариесными средствами, для введения лекарственных веществ в биологические ткани полости рта, в частности пародонта, а также для подавления активности воспалительных процессов и уменьшения болевых ощущений.

Устройства для очистки зубов и полости рта как гигиенические средства широко известны. К ним относятся зубные щетки, зубочистки, аппликаторы и др. Основными составными частями каждой зубной щетки являются корпус и элементы очистки зубов, в частности, в виде щетины, закрепленные на одном из концов корпуса. В корпусе могут быть выполнены каналы, гнезда, насечки и другие приспособления для удобства пользования и промывания (см. Ю.А. Федоров, В.Н. Корень "Основы гигиены полости рта", - Л.: "Медицина", 1978, с. 93...100).

В естественных условиях процесс минерализации зубной эмали носит в основном диффузионный характер и может быть условно разбит на три этапа. Первый этап - диффузия микроэлементов из слюны через гидратированный слой поляризованных молекул воды, образующийся на поверхностном слое зубной эмали, с созданием своеобразного депо минералов на поверхности эмали, второй этап связан с поверхностной диффузией этих ионов в поверхностные слои кристаллов апатита, составляющих основу зубной эмали; третий этап - объемная диффузия ионов минералов с поверхности в объем кристаллов. Каждый из этапов имеет свои характерные времена диффузионного насыщения, много большие времени расхода накопленных в процессе чистки зубов микроэлементов. Поэтому, если в слюне возникает недостаточная концентрация минеральных элементов (а это типичная ситуация даже при абсолютно здоровых слюнных железах за счет региональной специфики воды и пищи), идет процесс деминерализации зубной эмали (обратный диффузионный процесс) с последующим образованием кариеса.

В процессе традиционной чистки зубов оказывается физико-химическое воздействие на ткани зубов и полости рта химическими составляющими зубных паст, назначение которых, кроме выполнения функций освежающих дыхание, сводится также к медико-профилактической обработке полости рта. В частности, некоторые из паст содержат в качестве минерализующих компонент в микроэлементных дозах кальций, фосфор, фтор. В процессе чистки зубов ионы этих микроэлементов насыщают поверхностные ткани полости рта, способствуя процессу минерализации зубной эмали. Диффузия микроэлементов при чистке зубов происходит и в поверхностные слои мягких тканей полости рта, откуда они довольно быстро выводятся, поддерживая некоторое время высокую концентрацию микроэлементов в слюне и обеспечивая тем самым их диффузию из слюны в твердые ткани зубной эмали.

Однако повышение концентрации микроэлементов в слюне при традиционной чистке зубов кратковременно и во многих случаях - недостаточно.

В качестве прототипа предлагается устройство (FR N 1.583.683 от 31.01.1968). Прототип представляет собой зубную щетку, на головке которой расположены два металлических электрода, имеющих разные значения НЭП, приведенные в электрический контакт с металлическим электродом, расположенным на рукоятке зубной щетки с условием приведения в контакт с пальцами руки в процессе чистки зубов.

Устройство работает следующим образом. В процессе чистки зубов замыкается электрическая цепь через руку, ткани полости рта и электроды. В результате осуществляется электрофорез минерализующих и лекарственных средств, нанесенных на щетину, в зубную эмаль и биологические ткани полости рта. При этом происходит многократное усиление обменных и диффузионных процессов. Кроме того, на биологические ткани полости рта в процессе чистки зубов оказывается воздействие микротоками (так называемая гальванизация), приводящее к подавлению активности воспалительных процессов и уменьшению болевых ощущений.

К недостаткам прототипа следует отнести ограниченные эксплуатационные характеристики устройства, обусловленные относительно малыми возможностями его конструктивного исполнения.

Задачей предлагаемого технического решения является улучшение эксплуатационных характеристик устройства путем расширения возможностей его конструктивного исполнения.

Решение указанной задачи достигается тем, что по крайней мере некоторые из источников электрического напряжения выполнены в виде гальванического полуэлемента, представляющего собой электрод, который размещен по крайней мере частично в(на) корпусе зубной щетки с условием смачивания раствором электролита в процессе чистки зубов, при этом все источники электрического напряжения путем последовательного и(или) параллельного соединения объединены в электрическую батарею, элементами выхода которой являются излучающий(ие) и контактирующий(ие) электроды, которые могут выполнять одновременно и функцию гальванических полуэлементов, а также тем, что величина электродвижущей силы ε электрической батареи удовлетворяет следующему соотношению:
0,001B < ε ≅ j•s•(R+r), (1)
где j - плотность тока, разрешенная к применению для электрофоретических процедур в полости рта,
s - площадь касания элементов очистки с зубами и тканями полости рта в процессе чистки зубов,
R - минимальное значение сопротивления внешней цепи электрофореза,
r - внутреннее сопротивление электрической батареи.

Возможен вариант реализации устройства, в котором электрическая батарея выполнена в виде двух гальванических полуэлементов, представляющих собой два приведенных в электрический контакт друг с другом электрода, которые изготовлены из проводников, имеющих различные значения величины нормального электродного потенциала (НЭП), один из которых расположен на поверхности головки зубной щетки в месте расположения элементов очистки зубов, а другой - на поверхности ручки с возможностью контакта с пальцами руки в процессе чистки зубов, причем один из электродов выполнен из алюминия, а другой - из меди, и на одном из электродов (или на обоих) выполнена сетчатая накатка.

Возможен также вариант реализации устройства, в котором электрическая батарея выполнена в виде двух гальванических полуэлементов, представляющих собой два электрода, которые изготовлены из проводников, имеющих различные значения величины НЭП, и элемента питания для наручных часов, размещенного в корпусе зубной щетки, каждый полюс которого приведен в электрический контакт с одним из электродов гальванических полуэлементов с условием, что в случае, если проводники, из которых изготовлены электроды гальванических полуэлементов, имеют различные знаки НЭП, то положительный полюс элемента питания приведен в электрический контакт с электродом, имеющим отрицательное значение НЭП, а отрицательный полюс - с электродом, имеющим положительное значение НЭП, и в случае если проводники, из которых изготовлены электроды гальванических полуэлементов, имеют одинаковый положительный знак НЭП, то отрицательный полюс элемента питания приведен в электрический контакт с электродом, имеющим большее значение НЭП, а положительный полюс - с электродом, имеющим меньшее значение НЭП, и в случае, если проводники, из которых изготовлены электроды гальванических полуэлементов, имеют одинаковый отрицательный знак НЭП, то положительный полюс элемента питания приведен в электрический контакт с электродом, имеющим большее по абсолютной величине значение НЭП, а отрицательный полюс - с электродом, имеющим меньшее по абсолютной величине значение НЭП. При этом электрод гальванического полуэлемента, размещенного на поверхности головки зубной щетки в месте расположения элементов очистки зубов, выполнен из меди, а электрод другого гальванического полуэлемента, размещенного на поверхности ручки зубной щетки, выполнен из алюминия и имеет сетчатую накатку под пальцы руки.

Кроме того, возможен вариант реализации устройства, в котором электрическая батарея выполнена в виде двух гальванических полуэлементов, представляющих собой два электрода, которые изготовлены из проводников, имеющих различные значения величины НЭП и размещены параллельно друг другу в полости, находящейся на поверхности головки зубной щетки с противоположной стороны от элементов очистки, и приведены в электрический контакт: один из полуэлементов - с электродом, который расположен на поверхности головки в месте расположения элементов очистки зубов, а другой из полуэлементов - с электродом, расположенным на поверхности ручки, с возможностью контакта с пальцами руки в процессе чистки зубов, причем электроды гальванических полуэлементов выполнены один из алюминия, другой - из меди, а два оставшихся электрода выполнены из графитизированной ткани.

Перечень фигур чертежей.

На фиг. 1 изображена электрофоретическая зубная щетка "Habitus", представляющая собой корпус, состоящий из головки (1) и ручки (2), содержащий элементы очистки (3) и электроды: "излучающий" (4) и "контактирующий" (5).

На фиг. 2 изображена электрофоретическая зубная щетка "Habitus", представляющая собой корпус, состоящий из головки (1) и ручки (2), содержащий элементы очистки (3), электроды ("излучающий" (4) и "контактирующий" (5)) и элемент питания от наручных часов (6).

На фиг. 3 и 3a изображена электрофоретическая зубная щетка "Habitus", представляющая собой корпус, состоящий из головки (1) и ручки (2), содержащий элементы очистки (3) и электроды: "излучающий" (4), "контактирующий" (5) и гальванического элемента (6), (7) с соединительными проводниками (8), (9).

Примеры выполнения устройства
Пример 1.

На фиг. 1 изображена электрофоретическая зубная щетка "Habitus", представляющая собой корпус, состоящий из головки (1) и ручки (2), содержащий элементы очистки (3) и электроды: "излучающий" (4) и "контактирующий" (5). Электрод (4) выполнен из медной полосы толщиной 0,6 мм, шириной 3 мм и размещен между рядами щетины следующим образом: он заглублен в материал корпуса на 2.0 мм, а выступающая его часть над корпусом под щетиной составляет 1.0 мм. Этот электрод в длину (в третьем измерении) продолжается вплоть до ручки зубной щетки, где соединяется механическим путем с электродом (5), выполненным из пластины алюминия толщиной 0.2 мм. На электроде (5) выполнена сетчатая накатка под палец.

Нормальный электродный потенциал алюминиевого электрода равняется - 1.66 В, а электрода из меди +0.53 В. Таким образом, суммарная электродвижущая сила батареи из двух вышеописанных гальванических полуэлементов, помещенных в нормальный раствор электролита, составляет ε ≈ 2.2 В. Жидкость в полости рта в процессе чистки зубов, представляющая собой водный раствор слюны и компонентов зубной пасты, является электролитом, но отличным от нормального. Также далеким от нормального электролита является проточная вода, находящаяся в углублениях сетчатой накатки алюминиевого электрода в процессе чистки зубов. Опыты показывают, что суммарная электродвижущая сила такой батареи в два-три раза меньше величины 2.2 В.

Плотность тока, разрешенная к применению для электрофоретических процедур, в течение последних 20 лет неуклонно снижалась. Так, 20 лет назад рекомендовали подбирать электрофоретические токи индивидуально, руководствуясь правилом: "...чуть ниже болевых ощущений ", что соответствовало 1000 - 1500 мкА/см². Позднее было обнаружено, что ткани пародонта погибают при воздействии токов с плотностями, большими 100 мкА/см². Рекомендуемые к применению на сегодняшний день плотности токов составляют 50 мкА/см². При площади касания щетины (элементов очистки) с зубами и тканями полости рта, равной 4 см², величина электрофоретического тока не должна превышать 200 мкА. Это условие эквивалентно правой части неравенства (1), представленной в следующем виде:

Справедливость этого неравенства легко проверяется экспериментально путем подключения микроамперметра в электрическую цепь в процессе чистки зубов. В нашем случае в процессе чистки зубов различными людьми с применением различных паст электрофоретические токи не превышали 100 мкА.

Левая часть неравенства (1) говорит о том, чтобы величина ε была больше величины естественных флуктуаций, которые обусловлены в первую очередь несовершенством электрического контакта между электродом и пальцами руки. Кроме того, эффекты гальванизации и электрофореза при электродвижущей силе батареи, меньшей 0.001 В практически не заметны.

В описанном примере излучающий электрод выполнен из меди. В процессе чистки зубов он положительно заряжен. Такой вариант устройства естественно назвать электрофоретической зубной щеткой "Habitus Plus". Если же излучающий электрод выполнить из алюминия, а контактирующий - из меди, то в процессе чистки зубов излучающий электрод будет заряжен отрицательно. Такой вариант устройства естественно назвать электрофоретической зубной щеткой "Habitus Minus".

Предложенное устройство имеет предельно простую и надежную конструкцию, а соответственно, и малую цену. Возможность такого конструктивного исполнения устройства в прототипе отсутствует. Кроме того, конструкция прототипа предполагает контакт одного из электродов с губами человека в процессе чистки зубов. При этом на биологические ткани полости рта оказывается воздействие с плотностями тока, достигающими значений порядка 1000 мкА/см². Согласно результатов последних медицинских исследований, такое воздействие не должно превышать значения плотностей электрического тока 100 мкА/см². В предлагаемом устройстве достигаемые плотности тока не превышают значения 20 мкА/см². Таким образом мы улучшаем эксплуатационные характеристики устройства, тем самым достигая поставленной цели.

Пример 2.

На фиг. 2 изображена электрофоретическая зубная щетка "Habitus", представляющая собой корпус, состоящий из головки (1) и ручки (2), содержащий элементы очистки (3), электроды ("излучающий" (4) и "контактирующий" (5)) и элемент питания от наручных часов (6) с электродвижущей силой, равной 1.5 В.

Здесь электрическая батарея составлена из последовательно соединенных двух гальванических полуэлементов и элемента питания от наручных часов. Гальванические полуэлементы выполнены совершенно аналогично примеру первому. Отличие только в том, что они приведены в электрический контакт не друг с другом, а с полюсами элемента питания для наручных часов, который полностью размещен в корпусе зубной щетки.

В рассматриваемом случае положительный полюс элемента питания для наручных часов приведен в электрический контакт с гальваническим полуэлементом, выполненным в виде алюминиевого электрода, а отрицательный - с медным. При таком соединении гальванические полуэлементы работают не против элемента питания, а вместе с ним.

Аналогично примеру 1 здесь также возможны варианты устройств "Habitus Plus" и "Habitus Minus". В описываемом случае выполнение условия (1) удостоверено эмпирически.

Предлагаемое устройство конструктивно выполнено точно так, как и устройство, описанное в прототипе (пример 1). Отличие только в материалах, из которых выполнены электроды, и в условии их соединения с батарейкой. Но при этом суммарная ε электрической батареи в нашем случае больше, чем в прототипе.

Включение дополнительного элемента питания в прототипе в принципе не представляется возможным. Таким образом мы улучшаем характеристики устройства путем расширения возможностей его конструктивного исполнения, достигая тем самым поставленной цели.

Пример 3.

На фиг. 3 изображена электрофоретическая зубная щетка "Habitus", представляющая собой корпус, состоящий из головки (1) и ручки (2), содержащий элементы очистки (3), электроды: "излучающий" (4) "контактирующий" (5), и гальванического элемента (6), (7) с соединительными проводниками (8), (9).

Здесь источником электрического напряжения является гальванический элемент, образованный двумя гальваническими полуэлементами (6) и (7), помещенными в раствор электролита, находящегося в одном резервуаре - ротовой полости. Один из электродов гальванического элемента приведен в электрический контакт с "излучающим" электродом (4), другой - с "контактирующим" (5). Поскольку излучающий и контактирующий электроды выполнены из графитизированной ткани, которая индифферентна к электролиту и имеет НЭП, близкий к нулю, эти электроды практически не являются гальваническими полуэлементами.

Впрочем, если "излучающий" и "контактирующий" электроды выполнены из любого, но одинакового материала, суммарная ε этих гальванических полуэлементов близка к нулю, поскольку их действие направлено друг против друга.

Преимущество описываемого в этом примере расположения электродов гальванического элемента в том, что ионы меди и алюминия локализованы по большей части в нише между электродами и практически не участвуют в электрофорезе ионов лекарственных компонентов зубной пасты. По всем остальным параметрам описываемое устройство аналогично зубной щетке, описанной в примере 1.

При этом в процессе чистки зубов предлагаемым устройством не происходит "загрязнения" полости рта ионами вещества электродов, образующих гальванический элемент. Таким образом, улучшаются эксплуатационные характеристики устройства по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к устройствам медицинской стоматологической техники, в частности к зубным щеткам. Оно может быть использовано для очистки зубов, насыщения эмали зубов профилактическими противокариесными средствами, для введения лекарственных веществ в биологические ткани полости рта, в частности пародонта, а также для подавления активности воспалительных процессов и уменьшения болевых ощущений. Зубная щетка содержит корпус, состоящий из головки и ручки, снабженный элементами очистки зубов, источниками электрического напряжения и двумя или большим числом пространственно изолированных друг от друга электродов. По крайней мере некоторые из источников электрического напряжения выполнены в виде гальванических полуэлементов или в виде гальванических элементов и объединены в электрическую батарею. Элементами выхода батареи являются излучающий(ие) и контактирующий(ие) электроды, выполняющие одновременно и функцию гальванических полуэлементов. Плотность электрического тока, обеспечиваемая этой батареей, не превышает величин, разрешенных к применению для электрофоретических процедур в полости рта. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики зубной щетки. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрофоретическая зубная щетка представляет собой корпус, состоящий из головки и ручки, снабженный элементами очистки зубов, источниками электрического напряжения и двумя или большим числом пространственно изолированных друг от друга электродов, расположенных по крайней мере частично в(на) корпусе, причем по крайней мере один из электродов (излучающий) расположен на поверхности головки зубной щетки, а другой(ие) (контактирующий) - на поверхности ручки с возможностью контакта с пальцами руки в процессе чистки зубов, отличающаяся тем, что по крайней мере некоторые из источников электрического напряжения выполнены в виде гальванического полуэлемента, представляющего собой электрод, который размещен по крайней мере частично в(на) корпусе зубной щетки с условием смачивания раствором электролита в процессе чистки зубов, при этом все источники электрического напряжения путем последовательного и/или параллельного соединения объединены в электрическую батарею, элементами выхода которой являются излучающий(ие) и контактирующий(ие) электроды, которые могут выполнять одновременно и функцию гальванических полуэлементов, а также тем, что величина электродвижущей силы ε электрической батареи удовлетворяет следующему соотношению:
0,001B < ε ≅ j•s•(R + r),
где j - плотность тока, разрешенная к применению для электрофоретических процедур в полости рта;
s - площадь касания элементов очистки с зубами и тканями полости рта в процессе чистки зубов;
R - минимальное значение сопротивления внешней цепи электрофореза;
r - внутреннее сопротивление электрической батареи. 2. Электрофоретическая зубная щетка по п. 1, отличающаяся тем, что электрическая батарея выполнена в виде двух гальванических полуэлементов, представляющих собой два приведенных в электрический контакт друг с другом электрода, которые изготовлены из проводников, имеющих различные значения величины нормального электродного потенциала (НЭП), один из которых расположен на поверхности головки зубной щетки в месте расположения элементов очистки зубов, а другой - на поверхности ручки с возможностью контакта с пальцами руки в процессе чистки зубов. 3. Электрофоретическая зубная щетка по п.2, отличающаяся тем, что один из электродов выполнен из алюминия, а другой - из меди, и на одном из электродов (или на обоих) выполнена сетчатая накатка. 4. Электрофоретическая зубная щетка по п.1, отличающаяся тем, что электрическая батарея выполнена в виде двух гальванических полуэлементов, представляющих собой два электрода, которые изготовлены из проводников, имеющих различные значения величины НЭП, и элемента питания для наручных часов, размещенного в корпусе зубной щетки, каждый полюс которого приведен в электрический контакт с одним из электродов гальванических полуэлементов с условием, что в случае, если проводники, из которых изготовлены электроды гальванических полуэлементов, имеют различные знаки НЭП, то положительный полюс элемента литания приведен в электрический контакт с электродом, имеющим отрицательное значение НЭП, а отрицательный полюс - с электродом, имеющим положительное значение НЭП, и в случае, если проводники, из которых изготовлены электроды гальванических полуэлементов, имеют одинаковый положительный знак НЭП, то отрицательный полюс элемента питания приведен в электрический контакт с электродом, имеющим большее значение НЭП, а положительный полюс - с электродом, имеющим меньшее значение НЭП, и в случае, если проводники, из которых изготовлены электроды гальванических полуэлементов, имеют одинаковый отрицательный знак НЭП, то положительный полюс элемента питания приведен в электрический контакт с электродом, имеющим большее по абсолютной величине значение НЭП, а отрицательный полюс - с электродом, имеющим меньшее по абсолютной величине значение НЭП. 5. Электрофоретическая зубная щетка по п.4, отличающаяся тем, что электрод гальванического полуэлемента, размещенного на поверхности головки зубной щетки в месте расположения элементов очистки зубов, выполнен из меди, а электрод другого гальванического полуэлемента, размещенного на поверхности ручки зубной щетки, выполнен из алюминия и имеет сетчатую накатку под пальцы руки. 6. Электрофоретическая зубная щетка по п. 1, отличающаяся тем, что электрическая батарея выполнена в виде двух гальванических полуэлементов, представляющих собой два электрода, которые изготовлены из проводников, имеющих различные значения величины НЭП и размещены параллельно друг другу в полости, находящейся на поверхности головки зубной щетки с противоположной стороны от элементов очистки и приведены в электрический контакт: один из полуэлементов с электродом, который расположен на поверхности головки в месте расположения элементов очистки зубов, а другой из полуэлементов - с электродом, расположенным на поверхности ручки, с возможностью контакта с пальцами руки в процессе чистки зубов, причем электроды гальванических полуэлементов выполнены один из алюминия, другой - из меди, а два оставшихся электрода выполнены из графитизированной ткани.