Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к биологически активным наночастицам замещенного карбонатом гидроксиапатита, к способу их приготовления и к композициям, содержащим таковые.
Более конкретно, изобретение относится к биологически активным наночастицам, которые находят предпочтительное, но не исключительное применение в гигиене рта или зубов, а также к композициям для гигиены рта или зубов, содержащим таковые, таким как, например, растворы, суспензии, масла, гели или другие, твердые продукты.
Согласно другим аспектам изобретение относится к способу приготовления суспензии для гигиены рта или зубов, к способу производства зубной пасты, содержащей упомянутые выше биологически активные наночастицы, а также к способу восстановления минерализации (реминерализации) зубов, включающему контактирование зубов с наночастицами.
Предпосылки изобретения
Известно, что многие люди (по оценке стоматологов это от 20 до 25% всей популяции) страдают сверхчувствительностью или гиперестезией. Иными словами, боль является реакцией на механические, химические или тепловые сигналы при отсутствии каких-либо видимых заболеваний зубов, таких как кариес, которые требуют лечения зубов.
Сверхчувствительность зуба появляется главным образом у шейки зуба, где между границей зубной эмали и линией десны мягкий дентин становится доступным из-за рецессии десен. Воздействие образующих молочную кислоту лактобацилл, а также механическое воздействие скобок во время жевания (даже у детей) или фиксирующих частей зубных протезов может также разрушать защитную эмаль, так что обнажающиеся дентинные канальцы передают всякое механическое, химическое или тепловое раздражение в виде болевого сигнала в зубную пульпу.
Предшествующий уровень техники
Известно, что повторное воздействие неорганических солей, в частности бикарбоната натрия, хлорида натрия или хлорида стронция, в высоких концентрациях в присутствии глицерина снижает чувствительность чувствительных участков зубов, однако это снижение чувствительности обратимо, так что вскоре после прекращения воздействия боль снова возобновляется.
Для более постоянного воздействия на эти болезненные состояния в ходе нормальной практики зубной гигиены у страдающих индивидуумов в данной области предложили предоставлять препараты для обработки рта или зубов, способные усилить эффект ослабления чувствительности путем длительной реминерализации зубов.
Так, например, канадский патент СА 999238 раскрывает препарат для обработки рта или зубов, содержащий от 5 до 90% по весу мелко измельченного гидроксиапатита, имеющего средний размер частиц меньше чем 10 мкм, в частности в диапазоне приблизительно от 6 до 8 мкм.
Согласно этой ссылке, если этот мелко измельченный гидроксиапатит в течение длительного времени повторно приводить в контакт с чувствительными зубами, например при чистке зубов или жевании жевательной резинки, можно достигнуть длительной реминерализации зубов благодаря диффузии гидроксиапатита в доступные дентинные канальцы вследствие его очень небольшой растворимости в воде и слюне посредством гидролиза. В соответствии с этим этот умеренно растворимый гидроксиапатит откладывается в микроскопически тонких полостях, оставшихся в структуре гидроксиапатита, которая была сформирована в органическом матриксе, так что дентинные канальцы постепенно заполняются и достигается постоянное ослабление боли.
Кроме обозначенной выше проблемы гиперчувствительности или гиперестезии зубов известно также, что многие люди страдают хронической кровоточивостью десен, следствием гингивита, отложения выделений из десневых борозд и повреждений в зубном ложе, что на развитых стадиях приводит к шатанию или потере зубов и к утрате зубного ложа. Анаэробные гнилостные бактерии, которые ответственны за запах изо рта, способны быстро размножаться в защитном окружении воспаленной и заполненной выделениями ткани, так что они легко вызывают воспаление ротовой слизистой мембраны и даже раздражение глоточной полости.
Чтобы каким-то образом лечить эти расстройства зубов и десен и вообще улучшить гигиену рта в нормальном процессе чистки зубов, в данной области было предложено применять препараты для рта или зубов, способные использовать антибактериальное действие. Так, например, заявка на европейский патент ЕР 0539651 раскрывает средство для чистки зубов (зубную пасту или зубной порошок), в котором антибактериальный материал (средство с ионами металлов) стабильно и прочно вносится или доставляется носителем как компонент средства для чистки зубов.
Более конкретно, в этой ссылке раскрыто средство для чистки зубов, содержащее соединение кальция, такое как гидроксиапатит, в форме порошка, содержащего антибактериальный металл, весьма стабильно несомый соединением кальция, чтобы предотвратить токсичность ионной формы металла, давая при этом вклад в медицинское лечение зубов и дополнительно предоставляя средство для чистки зубов с хорошей защитной способностью в течение длительного времени.
Ранее и на основе того факта, что костная ткань зубов состоит главным образом из нестехиометрического гидроксиапатита, содержащего специфические замещающие ионы как на катионных, так и на анионных сайтах решетки, было предложено использовать наночастицы соединения гидроксиапатита для залечивания костных дефектов в областях восстановительной костной хирургии, хирургической стоматологии, травматологии, ортопедии и стоматологии.
Так, например, заявка на европейский патент ЕР 0664133 раскрывает препарат для стимуляции роста костной ткани на основе гидроксиапатита, где гидроксиапатит взят в форме водной пасты с концентрацией от 18 до 36% по весу с размером частиц от 15 до 60 нм.
Согласно этой ссылке такой препарат, нанесенный на подлежащую восстановлению костную ткань и оставленный на длительное время для взаимодействия с ней, действует как стимулятор пролиферативной и биосинтетической активности остеобластов.
Заявка на международный патент WO 2005/05815, с одной стороны, раскрывает содержащий магний карбонизированный гидроксиапатит (MgCHA), пригодный для создания смешанного материала в форме высушенных из замороженного состояния гранул, применимых для костных имплантатов, особенно в области стоматологии, состоящих из указанного модифицированного гидроксиапатита и органического полимера, предпочтительно альгината.
Согласно этой ссылке смешанный материал, включающий такой модифицированный гидроксиапатит, способен эффективно восстанавливать костные дефекты после нанесения необходимого для существующей полости в кости количества продукта и его взаимодействия с костной тканью в течение протяженного периода времени.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что соединения гидроксиапатита и композиции по предыдущему опыту имели ограниченное действие в лечении гиперчувствительности зубов в ходе нормальной установившейся практики зубной гигиены.
Операции чистки зубов зубной пастой или операции полоскания зубов и рта с помощью полоскания для рта или раствора для полоскания рта даже при длительном применении могут продолжаться в течение очень ограниченного периода времени, недостаточного для известных соединений гидроксиапатита и для их факультативных дополнительных компонентов, чтобы полностью проявить их снимающее чувствительность и, по усмотрению, антимикробное действие.
Сущность изобретения
Согласно одному из аспектов настоящее изобретение предоставляет, таким образом, биологически активное соединение гидроксиапатита, способное эффективно усиливать нечувствительность и реминерализацию зубов даже за ограниченное время в ходе нормальной практики зубной гигиены.
Биологически активные наночастицы замещенного карбонатом гидроксиапатита согласно настоящему изобретению определены в пункте 1 формулы изобретения.
Более конкретно, биологически активные наночастицы согласно настоящему изобретению представляют собой наночастицы замещенного карбонатом нестехиометрического гидроксиапатита, имеющие:
а) степень кристалличности СК меньше чем 40%, причем степень кристалличности определена как
СК=(1-X/Y)·100,
где:
Y - высота дифракционного максимума при 2θ=33°, X - высота дифракционного базового уровня (фона) при 2θ=33° в профиле рентгеновской дифракции у наночастиц (рентгеновской дифрактограмме);
б) длину L от 20 до 200 нм и ширину W от 5 до 30 нм и
в) отношение сторон OC от 2 до 40, причем отношение сторон определено как
OC=L/W.
Заявители установили, что наночастицы замещенного карбонатом гидроксиапатита, имеющие указанные выше характеристики, обладают высоким сродством к минеральным компонентам зубного дентина и эмали и способны «имитировать» структуру этих компонентов до такой степени, что наночастицы могут эффективно взаимодействовать с поверхностью дентина и эмали.
Заявители установили также, что наночастицы замещенного карбонатом гидроксиапатита согласно настоящему изобретению в то же самое время достигают повышенной реакционной способности по отношению к поверхности дентина и эмали, которая эффективно используется даже за ограниченное время в ходе нормальной практики зубной гигиены.
Хотя заявители не имели намерения связывать себя какой-либо теорией, имеется уверенность, что эта повышенная активность является следствием комбинации факторов, которые описывают биогенные наночастицы гидроксиапатита, таких как подходящий нестехиометрический состав гидроксиапатита, предельно сниженный размер (наномасштаб) и следующие из этого большая площадь поверхности нестехиометрического соединения гидроксиапатита, низкая степень его кристалличности и удлиненная форма (как она определена высоким отношением их сторон), что обеспечивает как повышенную растворимость, так и повышенное сродство к минеральным компонентам дентина и эмали зубов.
Более конкретно, имеется уверенность, что основную роль в повышении реакционной способности наночастиц согласно настоящему изобретению играет повышенная поверхностная неупорядоченность их внешней поверхности, на которой у основной массы частиц более не выдерживается ионная стехиометрия.
Для целей данного описания и последующих пунктов формулы изобретения термин «наночастица» используется для указания частицы, имеющей размер, как правило, меньше чем 1 мкм, предпочтительно наночастицы согласно настоящему изобретению имеют уплощенную продолговатую форму, которая наиболее приспособлена для взаимодействия с поверхностью дентина и эмали.
Для целей настоящего описания и последующих пунктов формулы изобретения выражение «биологически активный» используется для указания способности вещества или композиции взаимодействовать с дентином зубов, и/или эмалью, и/или деснами, и/или другими тканями ротовой полости.
Подразумевается, что для целей данного описания и последующих пунктов формулы изобретения выражение «степень кристалличности» означает процентное содержание соединения гидроксиапатита, находящегося в кристаллическом состоянии.
Для целей настоящего изобретения степень кристалличности может быть измерена известными методами, такими как, например, с помощью анализа дифракции рентгеновских лучей.
В рамках данного выше определения степень кристалличности СК измеряют методом, описанным в работе: Landi Е., Tampieri A., Celotti G., Sprio S. Densification behaviour and mechanisms of synthetic hydroxyapatites // J. Eur. Ceram. Soc. 2000. T.20. C.2377-2387 (далее здесь для краткости назван методом Landi et аl. (Ланди)).
Степень кристалличности наночастиц может быть также определена альтернативным методом, описанным в работе: Erkmen Z.E. The effect of heat treatment on the morphology of D-Gun Sprayed Hydroxyapatite coatings // J. Biomed Mater. Res. (Appl. Biomaterial). 1999. T.48. C.861-868 (далее здесь для краткости назван методом Erkmen (Эркмен)).
В соответствии с этим альтернативным методом степень кристалличности СК' может быть определена как
СК'=(X/Y)·100,
где:
Y = чистая площадь дифракционных пиков + площадь фона, X = чистая площадь дифракционных пиков рентгеновской дифрактограммы наночастиц.
Численные значения степени кристалличности СК', измеренной по методу Erkmen, отличаются от значений степени кристалличности, измеренной по методу Landi et al.; в этом случае степень кристалличности СК' наночастиц согласно настоящему изобретению в действительности меньше чем 70%.
Для целей данного описания и последующих пунктов формулы изобретения выражение «меньше чем», как оно использовано перед любым численным значением, означает, что оно исключает такое численное значение и используется для охвата только диапазона меньших значений.
Подразумевается, что для целей данного описания и последующих пунктов формулы изобретения выражение «длина L наночастиц» обозначает размер наночастицы, измеренный вдоль главной ее оси, тогда как термин «ширина W наночастицы» обозначает размер наночастицы, измеренный вдоль ее второстепенной оси.
Для целей настоящего изобретения длина L и ширина W наночастиц могут быть измерены с помощью известных методов, таких как, например, метод трансмиссионной электронной микроскопии (transmission electron microscopy, TEM).
Понятно, что для целей данного описания и последующих пунктов формулы изобретения за исключением случаев, когда указано иное, все численные значения таких параметров, как количество, температура, процентное содержание и так далее, модифицированы во всех случаях добавлением термина «приблизительно». Таким же образом все диапазоны включают любую комбинацию указанных максимальных и минимальных значений и включают их любые промежуточные диапазоны, которые могут быть или могут не быть конкретно здесь обозначены.
Как указано выше, наночастицами согласно настоящему изобретению являются наночастицы замещенного карбонатом нестехиометрического гидроксиапатита, в котором ионы карбоната внедрены в структуру апатита.
Эта особенность полезным образом усиливает биологическую активность наночастиц, поскольку ион карбоната также обнаруживается в структуре природного гидроксиапатита. В связи с этим следует видеть, что ион карбоната может помещаться в двух различных местах в структуре природного гидроксиапатита: а именно, он может частично замещать ион OH- (сайт A) и/или ион 
(сайт B). И общее содержание карбоната (в диапазоне от 3 до 8 весовых %), и относительные количества типа A и типа B карбонизации (A/B в диапазоне от 0,7 до 0,9), обнаруживаемые в природном замещенном карбонатом гидроксиапатите, зависят от возраста индивидуума и от биологической локализации кальцинированной ткани.
В наночастицах согласно настоящему изобретению карбонизация преимущественно имеет место в сайте B, и результатом этого является уменьшение кристалличности и повышение растворимости апатитной фазы.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения наночастицы гидроксиапатита содержат количество карбоната, включенного в структуру гидроксиапатита, равное от 1 до 15% по весу, и более предпочтительно - от 1 до 10% по весу по отношению к общему весу наночастиц.
Таким путем полезным образом усиливается биологическая активность наночастиц, поскольку их структура больше напоминает структуру природного апатита, присутствующего в тканях зубов.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения величина отношения A/B для карбонатного замещения в гидроксильном сайте (A) и карбонатного замещения в фосфатном сайте (B) гидроксиапатита находится между 0,05 и 0,5, еще более предпочтительно - между 0,18 и 0,33.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения количество карбоната, участвующего в замещении фосфатного сайта (B) гидроксиапатита, больше или равно 65% по весу и еще более предпочтительно составляет от 90 до 100% по весу от общего количества карбоната, присутствующего в гидроксиапатите.
Эти предпочтительные характеристики карбонатного замещения в структуре гидроксиапатита полезным образом позволяют повысить растворимость наночастиц в биологическом окружении. В добавление к этому карбонатное замещение в фосфатном сайте (B) полезным образом индуцирует более высокое сродство наночастиц гидроксиапатита к остеобластным клеткам, повышая клеточную адгезию и продукцию коллагена.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения наночастицы имеют степень кристалличности СК, составляющую от 25 до 35%, измеренную методом Landi et al.), что соответствует степени кристалличности СК' от 40 до 60%, измеренной методом Erkmen.
Таким путем биологическая активность наночастиц может быть полезным образом повышена, так как их низкая кристалличность способствует проявлению как повышенной растворимости, так и повышенного сродства к минеральным компонентам дентина и эмали зубов.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения наночастицы имеют площадь поверхности, составляющую от 30 до 60 м2/г.
Таким путем может быть полезным образом повышена биологическая активность наночастиц в терминах реакционной способности по отношению к минеральным компонентам дентина и эмали зубов. Для целей настоящего изобретения площадь поверхности соединения гидроксиапатита может быть измерена известными методами - такими, например, как метод BET. В связи с этим параметром заявители обнаружили, что средние значения площади поверхности наночастиц могут варьировать в пределах указанного выше диапазона как функция общего количества наночастиц, синтезированных в каждой производственной загрузке, причем более высокие значения достигаются тем легче, чем меньше содержимое производственной загрузки. Как указано выше, наночастицы согласно настоящему изобретению имеют уменьшенный размер (длина L в диапазоне от 20 до 200 нм и ширина W в диапазоне от 5 до 20 нм) по результатам измерений с помощью техники TEM и удлиненную форму, о чем свидетельствует отношение сторон в диапазоне от 2 до 40.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения наночастицы обладают существенно вытянутой или уплощенной формой с длиной L в диапазоне от 50 до 150 нм и шириной W в диапазоне от 5 до 20 нм.
Предпочтительно, далее, чтобы наночастицы имели толщину T по результатам измерений с помощью TEM в диапазоне от 2 до 15 нм.
Отношение сторон OC наночастиц предпочтительно составляет от 2 до 16, еще более предпочтительно - от 5 до 10.
Таким путем биологическая активность наночастиц может быть полезным образом повышена, так как сочетание уменьшенного размера и удлиненной формы помогает эффективно заполнять дентинные канальцы и достигать эффективного постоянного ослабления боли даже за ограниченное время, имеющееся при нормальной практике зубной гигиены.
Согласно предпочтительному варианту его осуществления настоящее изобретение также предоставляет биологически активное соединение гидроксиапатита, способное эффективно проявлять также антибактериальное действие и, соответственно, эффективно лечить расстройства зубов и десен и вообще улучшать гигиену полости рта даже за ограниченное время, имеющееся при нормальной практике зубной гигиены.
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления изобретения наночастицы дополнительно содержат эффективное количество антибактериального иона.
Более предпочтительно, чтобы наночастицы согласно настоящему изобретению содержали антибактериальный ион металла M, внедренный в структуру гидроксиапатита, в количестве от 0,1 до 20% по весу по отношению к общему содержанию Ca.
Таким путем может быть полезным образом оптимизировано антибактериальное действие иона металла M.
Предпочтительно, чтобы антибактериальный металл M был выбран из группы, включающей Zn, Cu, Ag и их смеси.
Более полезно, чтобы указанные выше ионы металлов эффективно проявляли антибактериальную активность в смысле способности предотвращать развитие кариеса зубов и пародонтозных заболеваний, таких как альвеолярная слизистая патология, и явлений гнилостного запаха изо рта.
В рамках данного предпочтительного варианта осуществления изобретения наночастицы имеют молярное отношение (Ca+M)/P, которое больше 1,7 и более предпочтительно находится между 1,7 и 1,8. Таким путем можно гарантировать, что карбонатное замещение в структуре гидроксиапатита имело место в основном в сайте B, поскольку молярное отношение (Ca+M)/P в незамещенных гидроксиапатитах равно приблизительно 1,67.
В рамках этого предпочтительного осуществления наночастицы согласно настоящему изобретению могут быть представлены исключительно в целях описания следующей формулой:
Ca10-xMx(PO4)6-y(CO3)y+z(OH)2-z,
где x - число между 0,0055 и 0,6, y - число между 0,065 и 0,9, a z - число между 0 и 0,32.
Согласно другому его аспекту настоящее изобретение относится к композиции, содержащей описанные здесь биологически активные наночастицы.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения такая композиция находится в форме, пригодной для гигиены ротовой полости, и полезным образом способна эффективно усиливать уменьшение чувствительности и реминерализацию зубов даже за ограниченное время, имеющееся при нормальной практике зубной гигиены.
Если наночастицы содержат также антибактериальный ион металла, композиция полезным образом способна также эффективно проявлять антибактериальное действие и, соответственно, эффективно лечить расстройства зубов и десен и вообще улучшать гигиену полости рта даже за ограниченное время, имеющееся при нормальной практике зубной гигиены.
В частности, было установлено, что антибактериальное действие ионов металлов может быть непосредственно получено in situ на поверхности дентина и эмали в ходе повторного растворения нанесенных на нее наночастиц, таким образом достигая пролонгированного высвобождения ионов металлов, даже после удаления средства для чистки зубов.
Для целей настоящего изобретения композиция, содержащая наночастицы согласно настоящему изобретению, может быть в любой физической форме, пригодной для гигиены ротовой полости, такой как суспензия, масло, гель или другой, твердый продукт.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения композиция находится в форме суспензии, содержащей от 1 до 40% по весу, более предпочтительно от 10 до 20% по весу биологически активных наночастиц.
Наиболее полезно, чтобы эта суспензия могла быть произведена очень простым и экономичным способом, как будет здесь описано далее, и могла быть использована для лечения зубов и десен непосредственно, например как средство для чистки зубов или полоскания для рта, или могла быть смешана с другими ингредиентами при составлении твердого или жидкого продукта, такого как зубная паста или полоскание для рта.
В предпочтительном варианте осуществлении изобретения суспензия имеет pH в диапазоне между 7 и 8, более предпочтительно между 7 и 7,4.
Таким путем суспензия может быть полезным способом использована непосредственно как таковая или смешана с другими ингредиентами при составлении эффективных композиций для гигиены ротовой полости.
В любом случае и в предпочтительном варианте осуществлении изобретения признано полезным добавлять подходящие консервирующие средства, такие как парабены или другие приемлемые для ротовой полости консерванты, известные специалистам в данной области, чтобы продлить сохранность суспензии и исключить возможность заражения грибами или бактериями.
Заявители неожиданно обнаружили, что суспензия согласно настоящему изобретению стабильна в течение более длительного периода времени, даже если в нее не добавляются стабилизирующие средства.
В частности, было обнаружено, что суспензия согласно настоящему изобретению без использования каких-либо стабилизирующих средств стабильна в течение по меньшей мере 30 дней и, в более общем виде, в течение приблизительно 2-3 месяцев.
Согласно альтернативному предпочтительному варианту осуществления изобретения композиция может быть в форме зубной пасты, зубного порошка, жевательной резинки для гигиены зубов и ротовой полости, мази для десен, полоскания для рта и концентрата для промывания и полоскания ротовой полости.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения композиция может содержать комбинацию биологически активных наночастиц, содержащих эффективное количество антибактериального иона, и биологически активных наночастиц без указанного иона.
Таким путем вклад антибактериального действия иона металла, наносимого на поверхность дентина и эмали, может быть подобран согласно наиболее варьируемым требованиям.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения количество биологически активных наночастиц в композиции для ротовой полости согласно настоящему изобретению будет, как правило, составлять от 3 до 30% от веса композиции.
Если композиция для ротовой полости содержит комбинацию биологически активных наночастиц, содержащих эффективное количество антибактериального иона, и биологически активных наночастиц без указанного иона, количество каждого из этих двух видов наночастиц будет, как правило, составлять от 1,5 до 15% от веса композиции.
Композиции для ротовой полости согласно настоящему изобретению будут, конечно, содержать также другие ингредиенты, обычно используемые и известные в данной области для составления таких продуктов, в зависимости от формы продукта для ротовой полости.
Например, в случае продукта для ротовой полости в форме крема или пасты для чистки зубов продукт будет предпочтительно содержать конкретное чистящее средство, содержащую увлажнитель жидкую фазу и связывающее или загущающее вещество, которое служит для поддержания чистящего средства в состоянии стабильной суспензии в жидкой фазе. Обычными предпочтительными ингредиентами имеющихся в продаже средств для чистки зубов являются поверхностно-активное вещество и ароматизирующее средство.
Для целей настоящего изобретения подходящее конкретное чистящее средство может быть выбрано из группы, включающей: двуокись кремния, окись алюминия, гидратированную окись алюминия, карбонат кальция, безводный дикальций-фосфат, кальций-фосфат дигидрат и водонерастворимый метафосфат натрия. Количество конкретного чистящего средства обычно составляет от 0,5 до 40% от веса зубной пасты.
Обычно используемыми увлажнителями являются глицерин и сорбитовый сироп (обычно это приблизительно 70% раствор). Однако специалистам в данной области известны и другие увлажнители, в том числе пропиленгликоль, лактитол и гидрогенизированный кукурузный сироп. Количество увлажнителя, как правило, составляет от 10 до 85% от веса зубной пасты. Жидкая фаза может быть водной или неводной.
Подобным же образом для использования в средствах для чистки зубов указывались многочисленные связывающие или загущающие средства, таковыми предпочтительно являются натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы и ксантановая камедь. Другие средства включают связывающие смолы, такие как трагант, камедь карайи и аравийская камедь (гуммиарабик), альгинаты и каррагинаны. Силикатные загущающие средства включают аэрогели двуокиси кремния и различные осажденные силикаты. Могут использоваться смеси связывающих веществ. Количество введенного в средство для чистки зубов связывающего вещества, как правило, составляет от 0,1 до 5% по весу.
Обычным является включение в средство для чистки зубов поверхностно-активного вещества, и вновь в литературе указаны различные подходящие материалы. Поверхностно-активными веществами, находящими широкое применение в практике, являются лаурилсульфат натрия и лаурилсаркозинат натрия. Могут быть использованы другие анионные поверхностно-активные вещества, а также другие типы, такие как катионные, амфотерные и неионные поверхностно-активные вещества. Поверхностно-активные вещества обычно присутствуют в количестве от 0,5 до 5% от веса средства для чистки зубов.
Ароматизаторами, которые обычно используются в средствах для чистки зубов, являются ароматизаторы на основе масел мяты колосковой и мяты перечной. Примерами других используемых ароматизирующих материалов являются ментол, гвоздика, грушанка, эвкалипт и анисовое семя. Приемлемым количеством ароматизатора для введения в средство для чистки зубов является количество от 0,1 до 5% по весу.
Композиция для ротовой полости согласно настоящему изобретению может включать широкое разнообразие других факультативных ингредиентов.
В случае продукта для ротовой полости в форме зубной пасты эти факультативные ингредиенты могут включать средство против образования бляшек, такое как экстракт лишайника, ингредиент против образования зубного камня, такой как конденсированный фосфат (например, пиросфосфат щелочного металла, гексаметафосфат или полифосфат); подслащивающее средство, такое как сахарин и его соли; краситель; контролирующее pH средство, такое как кислота, основание или буфер, такой как лимонная кислота. Подходящие количества таких факультативных ингредиентов могут быть легко выбраны специалистами в данной области в зависимости от конкретных характеристик, которые должна иметь зубная паста.
В случае продукта для ротовой полости в форме жевательной резинки композиция будет содержать кроме указанных выше ингредиентов подходящую резиновую основу, которую специалисты в данной области смогут легко выбрать.
В случае продукта для полости рта в форме промывания или полоскания для ротовой полости композиция будет содержать подходящие ингредиенты в жидкой или растворимой форме, которые специалисты в данной области смогут легко выбрать, такие как сорбит, глицерин, масла и ароматизирующие материалы, солюбилизирующие средства, такие как гидрогенизированное и этоксилированное масло рицина, поверхностно-активные вещества, такие как лаурилсульфат натрия и лаурилсаркозинат натрия, консервирующие средства, регуляторы вязкости и другие подходящие ингредиенты, которые специалисты в данной области смогут легко выбрать.
Для более полного обсуждения составления композиций для ротовой полости сделана ссылка на издание: Harry «Cosmeticology», 7th Edition. 1982. / Под ред. J.В.Wilkinson and R.J.Moore.
Согласно его второму аспекту настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу продукции водной суспензии, включающей биологически активное соединение гидроксиапатита, для которого необходимы низкие инвестиционные вложения и невысокие производственные затраты.
Способ приготовления водной суспензии, включающей биологически активные наночастицы замещенного карбонатом гидроксиапатита согласно настоящему изобретению определен так, как в пункте 20 формулы изобретения.
Более конкретно, способ согласно настоящему изобретению включает следующие этапы:
а) приготовление водного раствора или водной суспензии, содержащих соединение Ca;
б) формирование наночастиц замещенного карбонатом гидроксиапатита путем добавления к водному раствору или водной суспензии из этапа (а) ионов PO4 3- с одновременным перемешиванием этого в течение времени от 30 мин до 8 ч и поддержанием температуры указанных раствора или суспензии ниже или равной 60°C;
в) перемешивание суспензии, полученной в этапе (б), в течение времени, равного по меньшей мере 2 ч, при температуре ниже или равной 60°C.
Более полезно, чтобы этот способ позволял приготовить достаточно быстро и экономически выгодно суспензию биологически активных наночастиц, которую можно легко использовать как таковую как композицию для гигиены ротовой полости или использовать в смеси с другими ингредиентами, чтобы получить композиции для гигиены ротовой полости.
Более полезно, далее, чтобы этот способ позволял приготовить суспензию биологически активных наночастиц, которая стабильна в течение длительного периода времени, даже без добавления к ней стабилизирующих средств.
Как указано выше, было обнаружено, что приготовленная таким образом суспензия стабильна в течение по меньшей мере 30 дней и, в более общем виде, в течение приблизительно 2-3 месяцев без добавления какого-либо стабилизирующего средства.
Для целей настоящего изобретения указанный выше этап (а) приготовления водного раствора или водной суспензии, содержащих соединение Ca, может быть проведен любым обычным образом, таким как растворение или суспендирование соединения Ca в воде.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения соединение Ca - это соль кальция, выбранная из группы, включающей: гидроксид кальция, карбонат кальция, ацетат кальция, оксалат кальция, нитрат кальция и их смеси.
Таким путем стоимость способа может быть полезным образом снижена, так как эти соединения Ca являются товарами, легко доступными на рынке по очень низкой цене. Кроме этого с этими соединениями Ca легко работать, и их легко загружать, что обеспечивает преимущества операций производства.
В способе согласно настоящему изобретению этап (а) предпочтительно проводится так, чтобы получить суспензию наночастиц, имеющую щелочной pH. Предпочтительно, чтобы водный раствор или водная суспензия в этапе (а) имели pH в диапазоне от 8 до 12.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения указанный выше этап (а) проводят при существенном отсутствии неприемлемых для ротовой полости анионов.
Таким путем может быть получена суспензия наночастиц, для которой не требуется дополнительная обработка, чтобы удалить нежелательные вещества, и которая может быть непосредственно использована как таковая, избавленная от необходимости установления оптимального значения pH добавлением подходящего агента, такого как лимонная кислота.
В способе согласно настоящему изобретению наночастицы замещенного карбонатом гидроксиапатита формируются в этапе (б) путем добавления ионов PO4 3- к водному раствору или водной суспензии из этапа (а) и одновременного перемешивания этих раствора или суспензии, чтобы захватить из атмосферы присутствующую там двуокись углерода и обеспечить необходимую степень карбонатного замещения в фосфатном сайте (B) подлежащего формированию соединения гидроксиапатита.
Таким путем карбонатное замещение может быть удобным образом осуществлено простым перемешиванием раствора или суспензии, например, с помощью механической мешалки.
В альтернативном варианте осуществления изобретения необходимое перемешивание раствора или суспензии может быть достигнуто барботированием воздуха, содержащего CO2 газа или их смеси через жидкую фазу или сочетанием механического перемешивания с барботированием газа.
Для целей настоящего изобретения ионы PO4 3- добавляют к водному раствору или водной суспензии из этапа (а) в течение времени, которое обычно зависит от отношения количества используемого фосфорного раствора к количеству основных кальциевых раствора или суспензии и которое легко может быть выбрано специалистом в данной области.
Предпочтительно проводить этап (б) в течение времени, заключающегося между 30 мин и 2 ч, чтобы время реакции и стоимость операции были насколько возможно низкими.
Согласно настоящему изобретению этап (б) проводят, поддерживая температуру указанных раствора или суспензии ниже или равную 60°C.
Авторы обнаружили, что таким путем степень кристалличности СК наночастиц может быть выдержана ниже указанного выше максимального значения 40% (70% в случае СК').
В предпочтительном варианте осуществления изобретения этап (б) проводят, поддерживая температуру указанных раствора или суспензии при значении ниже или равном 40°C, более предпочтительно в диапазоне между 25°C и 40°C.
Таким путем степень кристалличности СК наночастиц может быть выдержана в указанном выше диапазоне значений (СК=25-35%; СК'=40-60%).
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения этап (б) проводят путем добавления, предпочтительно по каплям, к водному раствору или водной суспензии из этапа (а) водного раствора, содержащего ионы PO4 3-.
Согласно альтернативному предпочтительному варианту осуществления изобретения добавляемый в этапе (б) водный раствор, содержащий ионы PO4 3-, может дополнительно содержать ионы HCO3 -.
Таким путем требуемую степень карбонатного замещения в фосфатном сайте (B) подлежащего формированию соединения гидроксиапатита можно довести до нужного значения.
В рамках этого предпочтительного варианта осуществления изобретения указанный выше водный раствор, содержащий ионы HCO3 - и PO4 3-, может быть приготовлен барботированием через воду воздуха, CO2 или их смеси, чтобы получить раствор угольной кислоты, и затем добавлением к этому раствору H3PO4.
Согласно другому альтернативному предпочтительному варианту осуществления изобретения этап (б) может быть проведен путем одновременного добавления к водному раствору или водной суспензии из этапа (а) первого раствора, содержащего ионы CO3 2-, и второго раствора, содержащего ионы PO4 3-.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения способ осуществляют таким образом, что суспензия наночастиц, полученная в этапе (в), имеет pH в диапазоне между 7 и 8, более предпочтительно между 7 и 7,4.
Таким путем и как уже было обрисовано выше, способ согласно настоящему изобретению позволяет получить суспензию, которая может быть полезным образом использована непосредственно как таковая или смешана с другими ингредиентами в составлении эффективных композиций для гигиены ротовой полости со значительным упрощением операций производства композиций и существенным снижением стоимости.
Как указано выше, полученная таким путем суспензия наночастиц проявляет также замечательную стабильность и имеет время хранения по меньшей мере 30 дней и, в более общем виде, приблизительно 2-3 месяца даже без добавленных к ней стабилизирующих средств.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения водный раствор или водная суспензия из этапа (а) могут дополнительно содержать оксид или соль антибактериального металла М.
Антибактериальный металл M предпочтительно выбран из группы, включающей Zn, Cu, Ag и их смеси.
Таким путем может быть получена суспензия наночастиц, которая проявляет также антибактериальное действие, что улучшает характеристики суспензии или других продуктов (жидких или твердых), в которые включена суспензия, для гигиены ротовой полости.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанная выше соль металла представляет собой приемлемую для ротовой полости органическую или неорганическую соль, выбранную из группы, включающей: лактаты, глюконаты, цитраты, ацетаты и гидроксиды.
Таким путем может быть получена суспензия наночастиц, для которой не требуется какой-либо дополнительной обработки для удаления нежелательных веществ и которая может быть использована непосредственно, как указано выше.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения этап (б) проводят таким образом, что соотношение ионов Ca и M, содержащихся в растворе или суспензии из этапа (а), и добавляемых к ним ионов PO4 3- превышает 1,7.
Таким путем можно гарантировать, что карбонатное замещение в структуре гидроксиапатита имеет место в основном в фосфатном сайте B и может быть получена суспензия наночастиц, которая полезным образом использует антибактериальную активность, способную предотвращать развитие кариеса зубов и пародонтозных заболеваний, таких как альвеолярная слизистая патология, и явлений гнилостного запаха изо рта.
В способе согласно настоящему изобретению рост наночастиц замещенного карбонатом гидроксиапатита достигается в этапе (в) путем перемешивания суспензии, полученной в этапе (б) (в ходе которого происходит в основном нуклеация наночастиц), в течение времени, равного по меньшей мере 2 ч, при температуре ниже или равной 60°C.
Этап (в) предпочтительно проводят в течение времени, равного от 2 до 24 ч, более предпочтительно от 2 до 12 ч, как требуют условия, чтобы иметь время роста наночастиц, достаточное для достижения необходимого размера, и чтобы получить одну фазу.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения этап (в) проводят, поддерживая температуру суспензии наночастиц в диапазоне между 25°C и 40°C.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения этап (в) проводят, поддерживая температуру суспензии наночастиц такой же, как в этапе (б).
Таким путем способ может быть полезным образом осуществлен с более простым контролем и более низкой стоимостью.
Согласно другому его аспекту настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу приготовления биологически активного соединения гидроксиапатита, требующего меньше инвестиционных вложений и имеющего меньшую операционную стоимость.
Способ приготовления биологически активных наночастиц замещенного карбонатом гидроксиапатита согласно настоящему изобретению определен в пункте 35 формулы изобретения.
Более конкретно, способ согласно настоящему изобретению включает следующие этапы:
а) приготовление водной суспензии, содержащей указанные наночастицы, с помощью такого способа, как он здесь описан;
б) выделение твердых наночастиц из полученной в этапе (а) суспензии;
в) сушка полученных таким образом влажных твердых наночастиц.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения этап выделения (б) проводят путем декантации, центрифугирования или фильтрации, используя аппаратуру и методики, хорошо известные специалистам в данной области.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения этап сушки (в) проводят путем замораживания влажных твердых наночастиц при температуре ниже 0°C и высушивания до достижения постоянного веса.
В пределах области охвата данного предпочтительного варианта осуществления изобретения этап сушки (в) предпочтительно проводят путем высушивания из замороженного состояния влажных твердых наночастиц при значениях температуры между -20°C и -50°C, наиболее предпочтительно при температуре около -40°C.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения способ может также включать дополнительный этап (г) промывания выделенных твердых наночастиц водой или щелочным раствором перед осуществлением этапа сушки (в).
Полезно, чтобы дополнительный этап промывания (г) выполнял полезную функцию удаления всех кислотных остатков, которые могли быть адсорбированы или захвачены наночастицами.
Согласно другому его аспекту настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу производства зубной пасты, содержащей биологически активное соединение гидроксиапатита, требующему меньше инвестиционных вложений и имеющему меньшую операционную стоимость.
Первый способ производства зубной пасты, содержащей биологически активные наночастицы замещенного карбонатом гидроксиапатита согласно настоящему изобретению определен в пункте 39 формулы изобретения и включает следующие этапы:
а) приготовление водной суспензии, содержащей указанные наночастицы, с помощью такого способа, как он здесь описан;
б) смешивание указанной водной суспензии с другими ингредиентами зубной пасты.
Как уже было указано выше, этот способ полезным образом позволяет легко ввести наночастицы в зубную пасту весьма простым и удобным образом, что позволяет использовать полезные свойства полученных в соответствии с настоящим изобретением наночастиц, в частности характеристики стабильности и pH.
Весьма полезно, что способ производства зубной пасты согласно настоящему изобретению не требует никакого разделения или высушивания наночастиц при заметном уменьшении сложности промышленного производства, относящихся к этому капитальных вложений и стоимости операций, потерь продукта в ходе производства и рекламаций.
Кроме этого этап смешивания водной суспензии наночастиц с другими ингредиентами зубной пасты может проводиться с лучшим контролем температуры, поскольку водная суспензия уменьшает трение и помогает отводу тепла, возникающего в смесителе.
Альтернативный второй способ производства зубной пасты, содержащей биологически активные наночастицы замещенного карбонатом гидроксиапатита согласно настоящему изобретению, определен в пункте 40 формулы изобретения и включает следующие этапы:
а) приготовление твердых наночастиц таким способом, как он описан здесь;
б) смешивание твердых наночастиц с другими ингредиентами зубной пасты.
Этот альтернативный способ позволяет производить зубную пасту во всех тех случаях, в которых по техническим или иным причинам может быть нежелательным использование описанной выше суспензии наночастиц.
В предпочтительном осуществлении описанного выше процесса производства этап смешивания (б) проводят в смесителе при предварительно определенной степени вакуума, легко выбираемой специалистами в данной области, чтобы получить однородную смесь ингредиентов, что достигается использованием обычных вакуумных насосов.
В предпочтительном осуществлении первого способа производства этап смешивания (б) проводят следующим образом:
б1) смешиванием водной суспензии из этапа (а) с другими ингредиентами зубной пасты за исключением каких-либо поверхностно-активных веществ;
б2) введением по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества в полученную таким путем смесь.
Таким путем можно минимизировать образование пены в ходе операции смешивания.
В рамках этого варианта осуществления изобретения этап введения (б2) предпочтительно проводят под вакуумом, используя обычное оборудование, чтобы свести к минимуму нежелательное образование пены.
Согласно другому его аспекту настоящее изобретение относится к способу локальной реминерализации зубов, включающему контактирование зубов с композицией, содержащей биологические активные наночастицы, как она здесь описана.
Наиболее полезным образом и благодаря описанным выше характеристикам наночастиц такой способ позволяет проводить эффективную реминерализацию зубов даже за ограниченное время в ходе нормальной практики зубной гигиены.
Этап контактирования в способе реминерализации может быть проведен несколькими путями в зависимости от формы композиции, содержащей наночастицы. Например, если композиция представляет собой зубную пасту, этап контактирования может быть проведен просто путем чистки зубов, а если композиция представляет собой полоскание для ротовой полости, этап контактирования осуществляется просто путем выдерживания полоскания в ротовой полости в течение достаточного времени, например нескольких минут.
Согласно настоящему изобретению, а также как будет более подробно показано далее, наночастицы согласно настоящему изобретению действительно проявляют настолько высокую реминерализующую активность, что их действие может быть обнаружено даже при контактировании наночастиц с зубами в течение ограниченного периода времени.
Краткое описание чертежей
Дополнительные особенности и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из следующих примеров некоторых предпочтительных вариантов осуществления различных аспектов настоящего изобретения. Эти примеры даны здесь ниже для иллюстрации, но не для ограничения, и эти аспекты будут более понятны при обращении к приложенным чертежам.
На этих чертежах:
Фиг.1 показывает рентгеновскую дифрактограмму для одного примера биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 показывает рентгеновскую дифрактограмму для одного примера биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению (а) и наночастиц природного апатита (дентина) (б);
Фиг.3а, 3б, 3в и 3г показывают полученные с помощью ТЕМ изображения некоторых примеров биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению, которые удостоверяют нанометровый размер частиц;
Фиг.4 показывает термогравиметрическое распределение для одного примера биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению;
Фиг.5 показывает ИК-спектр с Фурье-преобразованием (FTIR) одного примера биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению;
Фиг.6а, 6б и 6в показывают полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) соответственные изображения пластинки корешкового дентина свежего бычьего зуба в условиях деминерализации (фиг.6а), после 1-минутного контакта (фиг.6б) и после 10-минутного контакта (фиг.6в) с суспензией биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению.
В следующих далее примерах процентные соотношения и соотношения частей относятся к весу, если не указано иное.
Примеры
Пример 1. Приготовление водной суспензии наночастиц
2184 г водной суспензии биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению были приготовлены с помощью следующего метода.
На первом этапе водная суспензия, содержащая 356,2 г Ca(OH)2, 48,8 г ZnO и 45 г CaCO3 в 1060 г H2O была приготовлена в обычном реакционном сосуде при перемешивании ингредиентов механической мешалкой. В ходе этого этапа температуру получаемой суспензии поддерживали при 40±2°C с помощью электрического резистора или другого подходящего нагревательного элемента, такого как, например, термостатируемый чехол, в котором циркулирует нагревающая жидкость, такая как масло или пар.
При достижении необходимой температуры наночастицы замещенного карбонатом гидроксиапатита формировали добавлением по каплям к водной суспензии из предыдущего этапа ионов PO4 3- с одновременным перемешиванием смеси. В этом случае добавляли 674 г кислотного раствора, состоящего из смеси 70/30 H3PO4(75%)/H2O при скорости капания 22 г/мин (0,4 г/с), с непрерывным перемешиванием и поддержанием постоянной температуры реакционного сосуда.
Через приблизительно 30 мин и 30 с была получена суспензия наночастиц, которую затем перемешивали в течение периода времени, равного приблизительно 2 ч, при температуре 40±2°C, после чего получили суспензию, содержащую всего приблизительно 30-31% по весу наночастиц и имеющую pH, приблизительно равный 7±0,2.
Суспензию наночастиц можно было легко использовать как таковую или как активный ингредиент для последующего приготовления зубной пасты, полоскания для ротовой полости или другой композиции для ротовой полости или зубов согласно настоящему изобретению.
Пример 2. Приготовление твердых наночастиц
670 г биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению были приготовлены после предварительного приготовления 2184 г водной суспензии согласно методу и с использованием таких же ингредиентов, как в предыдущем примере 1, и путем осуществления следующих дополнительных этапов.
Прежде всего твердые наночастицы были отделены от жидкости фильтрованием через бумажный фильтр Millipore с диаметром пор 45 мкм, затем повторно промыты разбавленным водным раствором CaCO3 для удаления всех остатков кислоты.
Полученные таким путем твердые наночастицы затем сушили из замороженного состояния при -40°C, пока не достигался их постоянный вес, просеивали через сита с диаметром пор 120-20 мкм и хранили при 0-4°C.
Полученные таким путем наночастицы, имевшие вид белого порошка, были затем охарактеризованы следующим образом.
1) Дифракция рентгеновских лучей (ДРЛ)
Рентгеновские порошковые дифрактограммы были получены на дифрактометре Philips PW 1710 powder diffractometer, снабженном вторым графитным монохроматором с использованием излучения Cu Kα, получаемого при 40 кВ и 40 мА. Инструмент был отрегулирован с расхождением 1° и входными щелями 0,2 мм. Образцы готовили фронтальным заполнением стандартных алюминиевых держателей образцов глубиной 1 мм, высотой 20 мм и шириной 15 мм. Диапазон углов 2θ был от 5° до 60° с размером шага (2θ), равным 0,05°, осуществляли 3-кратную регистрацию.
На фиг.1 показана рентгеновская дифрактограмма для наночастиц, позволяющая определить степень кристалличности наночастиц. На фиг.1 интенсивность линий выражена в процентах интенсивности (произвольные единицы), где интенсивность наиболее сильной линии была принята за 100.
Степень кристалличности оценивали согласно указанным выше методу Landi et al. и методу Erkmen. Согласно методу Landi et al. степень кристалличности наночастиц, оцененная по приведенной на фиг.1 рентгеновской дифрактограмме, составляла около 30%. Согласно методу Erkmen степень кристалличности наночастиц, оцененная по приведенной на фиг.1 рентгеновской дифрактограмме, составляла около 52%.
Что касается природы замещенных карбонатом наночастиц гидроксиапатита, то о ней можно сделать заключение на основании дифрактограмм, приведенных на фиг.2, где кривая (а) - дифрактограмма для биологически активных наночастиц гидроксиапатита согласно настоящему изобретению, а кривая (б) - дифрактограмма для наночастиц природного гидроксиапатита. Можно видеть подобие между природными (дентин) наночастицами гидроксиапатита и наночастицами гидроксиапатита согласно настоящему изобретению.
2) Получение морфологических характеристик с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (TEM)
Наблюдения с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (TEM) проводили на микроскопе Philips CM 100. Образцы в виде порошков диспергировали ультразвуком в ультрачистой воде, затем несколько капель наносили на покрытую углем дырчатую фольгу, наложенную на обычные медные сеточки. Изображения ТЕМ биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению приведены соответственно на фигурах 3а, 3б, 3в и 3г, где можно различить удлиненную форму наночастиц с вытянутой и плоской морфологией формы, очень близкой тому, что наблюдается у кристаллов апатита. Наночастицы имели длину L около 100 нм, среднюю ширину W около 10 нм и среднюю толщину T около 5 нм. Среднее отношение сторон OC было равным 10.
3) Термический анализ (ТГА-ДСК)
Термогравиметрические исследования были проведены для наночастиц с помощью установки Thermal Analysis SDT Q 600. Нагревание проводили в потоке азота (100 мл/мин) в алюминиевом держателе образцов со скоростью 10°C/мин вплоть до 1000°C. Вес образцов был около 10 мг.
На фиг.4 представлены результаты термогравиметрического анализа наночастиц, показывающие уменьшения веса, связанные с разложением неорганической фазы. Линия (а) соответствует процентной потере веса как функции температуры обработки, а линия (б) представляет собой производную функции процентной потери веса в зависимости от температуры. Кривая (в) соответствует потоку тепла, вовлеченному в фазовые переходы, которые отсутствуют в образцах наночастиц.
На линии (б) виден широкий пик между 150°C и 300°C, соответствующий потере физически адсорбированной воды (потеря веса 2,2±0,5%), широкий пик между 400°C и 600°C соответствует как потере химически поглощенной воды, так и процессу декарбонизации (потеря веса 0,7±0,3%). Пик между 800°C и 1000°C может быть приписан процессу дегидроксилирования (потеря веса 1,5±0,5%). Ширина пиков частично является следствием низкой степени кристалличности наночастиц.
4) Анализ площади поверхности (BET)
Удельную площадь поверхности наночастиц определяли по методу Brunauer, Emmet, Teller (BET) (Brunauer S., Emmet P.H., Teller E. Adsorption of gases in multimolecular layers // J. Am. Chem. Soc. 1938. T.60. C.309-319; Gauthir O., Boiler J.M., Aguado E., Piletand P., Daculsi G. Adsorption, Surface Area and Porosity. / Под ред. Greg S.J., Sing K.S. Academic Press, 1997), измерения проводили с помощью установки Carlo-Erba Sorpty 1750, используя N2 в качестве адсорбируемого газа.
Анализ проводили на 300 мг образцов. Перед адсорбцией газа образцы сушили под вакуумом (2 мбар), повышая температуру от 25 до 100°C со скоростью 10°C/мин. Затем проводили адсорбцию N2, выдерживая образцы в жидком N2. Результат измерений площади поверхности представлен как среднее значение из трех измерений. Средняя площадь поверхности наночастиц была равна приблизительно 30 м2/г.
5) Химический состав: анализ методом спектрометрии индуктивно сопряженных плазменной и оптической эмиссии (ICP-OES)
Количество кальция, цинка и фосфора в образцах наночастиц определяли методом спектрометрии индуктивно сопряженных плазменной и оптической эмиссии (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry, ICP-OES). Измерения методом ICP-OES проводили с помощью прибора Perkin Elmer Optima 4200 DV. Образцы предварительно растворяли в ультрачистой 1% азотистой кислоте, чтобы получить концентрацию элементов в диапазоне от 1 до 8 ppm.
У наночастиц общее молярное отношение (Ca+M)/P было равно приблизительно 1,98, а содержание цинка составляло приблизительно 18% по весу по отношению к общему содержанию Ca.
6) Спектроскопический анализ методом ИКС с преобразованием Фурье (FTIR)
Инфракрасные спектры регистрировали в диапазоне от 4000 до 400 см-1 с разрешением 2 см-1 с помощью спектрометра Bruker IFS 66v/S. Гранулы (KBr) получали под вакуумом, тщательно смешивая порошкообразные образцы (1 мг) с KBr (200 мг), оптически чистым в ИК-области спектра.
Спектр FTIR наночастиц показан на фиг.5. На спектре видны сигналы от групп PO4 3- (1037 см-1), HPO4 2- (955 см-1), OH- (3444 см-1 и 1630 см-1), CO3 2- (870 см-1). Сравнение области пика при 870 см-1 для наночастиц и области пика при 870 см-1 для референсного стандарта CaCO3 позволило оценить количество CO3 2- как равное приблизительно 3% от полного веса наночастиц.
Линия при 870 см-1 предоставляет информацию о типе карбонизации гидроксиапатита. Профиль распрямления пика карбоната при 870 см-1 позволяет заключить, что карбонизация гидроксиапатита преимущественно типа B (отношение A/B составляет приблизительно 0,05).
Данные о характеристиках наночастиц суммированы в следующей далее таблице 1.
Пример 3
2124 г биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению были приготовлены после предварительного приготовления 1449,5 г водной суспензии согласно методу и с использованием таких же ингредиентов, как в предыдущем примере 1, за исключением того, что количество воды было равно 1000 г, количество ZnO было равно 4,5 г, количество CaCO3 было равно 22,5 г, количество Ca(OH)2 было равно 422,5 г.
В течение этого этапа температуру получаемой суспензии поддерживали при 40±2°C таким же методом, как в предшествующем примере 1.
При достижении необходимой температуры наночастицы замещенного карбонатом гидроксиапатита формировали добавлением по каплям ионов PO4 3- таким же образом и в таких же количествах, как описано в предшествующем примере 1.
Через приблизительно 30 мин и 30 с была получена суспензия наночастиц, которую затем обрабатывали так же, как описано в предшествующем примере 1.
Затем наночастицы отделяли от полученной таким путем водной суспензии в соответствии с методом отделения, описанным в предшествующем примере 2.
После этого полученные таким путем наночастицы характеризовали согласно процедурам и методам, описанным в примере 2. Данные о характеристиках наночастиц суммированы в следующей далее таблице 1.
Пример 4
2184 г биологически активных наночастиц согласно настоящему изобретению были приготовлены после предварительного приготовления 1510 г водной суспензии согласно методу и с использованием таких же ингредиентов, как в предыдущем примере 1, за исключением того, что количество Ca(OH)2 составляло приблизительно 405 г и в суспензию не добавляли никаких ингредиентов с ионами металлов.
В ходе этого этапа температуру полученной суспензии доводили до 40±2°C таким же методом, как в предшествующем примере 1.
При достижении необходимой температуры наночастицы замещенного карбонатом гидроксиапатита формировали добавлением по каплям ионов PO4 3- таким же образом и в таких же количествах, как описано в предшествующем примере 1.
Через приблизительно 30 мин и 30 с была получена суспензия наночастиц, которую затем обрабатывали так же, как описано в предшествующем примере 1.
Затем наночастицы отделяли от полученной таким путем водной суспензии в соответствии с методом отделения, описанным в предшествующем примере 2.
После этого полученные таким путем наночастицы характеризовали согласно процедурам и методам, описанным в примере 2. Данные о характеристиках наночастиц суммированы в следующей далее таблице 1.
Пример 5. Оценка активности водной суспензии наночастиц в реминерализации зубов
Чтобы определить активность водной суспензии наночастиц, приготовленной в соответствии с предшествующим примером 1, в реминерализации зубов, был выполнен следующий тест.
Были получены свежие зубы быка и алмазной пилкой была выпилена пластинка корешкового дентина. Периодонтальную связку удаляли металлической кюреткой, а цементное вещество корня удаляли алмазным буром с водяным охлаждением. Проводили травление дентина ортофосфорной кислотой в течение 1 мин, чтобы удалить вязкий слой и обнажить дентинные канальцы. Кислоту отмывали опрыскиванием водой в течение 1 мин, и образцы оставляли влажными.
После этого на дентинные пластинки с помощью щетки наносили аликвот суспензии наночастиц, приготовленной согласно предшествующему примеру 1. Пластинки оставляли влажными в камере для инкубации при 37°C на 1 мин, после нанесения наночастиц в течение заданного времени образцы споласкивали опрыскиванием воздушно-водной смесью в течение 1 мин и обрабатывали для сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).
На фигурах 6а, 6б и 6в показаны особенности дентина без обработки (фиг.6а - деминерализованный дентин) и реминерализованных образцов после нанесения наночастиц в течение 1 мин (фиг.6б) и 10 мин (фиг.6в).
На фиг.6б видно заметное образование кристаллов и последующее заращение дентинных канальцев даже при контакте дентина с суспензией наночастиц в течение очень ограниченного времени (1 мин). Фиг.6в показывает повышенное отложение наночастиц на дентинном субстрате как функцию времени контакта.
Пример 6. Зубная паста
Зубная паста, содержащая биологически активные наночастицы согласно настоящему изобретению, была приготовлена согласно следующему способу и из следующих ингредиентов.
На первом этапе водная суспензия, содержащая биологически активные наночастицы (общее содержание твердого вещества 30% по весу), была приготовлена таким же образом и с использованием таких же ингредиентов и в таком же количестве, как описаны в примере 1.
Затем полученную таким путем суспензию смешивали с другими ингредиентами зубной пасты, кроме поверхностно-активного вещества, как показано в приведенной далее таблице. Смешивание проводили в обычном смесителе при подходящей степени разрежения, выбранной из обычных значений, известных специалистам в данной области.
После получения гомогенной смеси в смеситель вносили поверхностно-активное вещество, поддерживая определенную предварительно степень разрежения, выбранную из обычных значений, известных специалистам в данной области.
Таким путем была получена зубная паста, имеющая состав, приведенный в следующей далее таблице 2.
Пример 7. Промывание для ротовой полости
Содержащее биологически активные наночастицы согласно настоящему изобретению промывание для ротовой полости было приготовлено путем смешивания суспензии, полученной в соответствии с предшествующим примером 1, обычным путем с обычными ингредиентами.
Было получено промывание для ротовой полости, имеющее состав, приведенный в следующей далее таблице 3.
Пример 8. Жевательная резинка для очистки зубов
Жевательная резинка, содержащая биологически активные наночастицы согласно настоящему изобретению, была приготовлена смешиванием твердых высушенных наночастиц, приготовленных в соответствии с предшествующим примером 2, обычным путем с обычными ингредиентами.
Была приготовлена жевательная резинка, имеющая состав, приведенный в следующей далее таблице 4.
Изобретение относится к области приготовления материалов для гигиены рта и зубов. Предложены биологически активные наночастицы замещенного карбонатом нестехиометрического гидроксиапатита, которые имеют: а) степень кристалличности СК меньше чем 40%, причем степень кристалличности определена как СК=(1-X/Y)·100, где: Y - высота дифракционного максимума при 2θ=33°, Х - высота дифракционного фона при 2θ=33° на рентгеновской дифрактограмме наночастиц; б) длину L от 20 до 200 нм и ширину W от 5 до 30 нм и в) отношение сторон ОС от 2 до 40, причем отношение сторон определено как OC=L/W. Предложен также способ их получения. Наночастицы согласно настоящему изобретению эффективны для использования в гигиене ротовой полости или зубов, могут быть включены в приемлемые растворы, суспензии, масла, гели и твердые продукты. Полученные наночастицы эффективны для локальной реминерализации зубов путем контактирования зубов с наночастицами. 9 н. и 36 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл.
1. Биологически активные наночастицы замещенного карбонатом нестехиометрического гидроксиапатита, имеющие:
а) степень кристалличности СК меньше чем 40%, причем степень
кристалличности определена как
СК=(1-X/Y)·100,
где Y - высота дифракционного максимума при 2θ=33°, Х - высота дифракционного фона при 2θ=33° на рентгеновской дифрактограмме наночастиц;
б) длину L от 20 до 200 нм и ширину W от 5 до 30 нм; и
в) отношение сторон ОС от 2 до 40, причем отношение сторон определено
как
OC=L/W.
2. Биологически активные наночастицы по п.1, содержащие от 1 до 15% по весу карбоната, включенного в структуру гидроксиапатита.
3. Биологически активные наночастицы по п.1, где величина отношения А/В для карбонатного замещения в гидроксильном сайте (А) и карбонатного замещения в фосфатном сайте (В) гидроксиапатита находится между 0,05 и 0,5.
4. Биологически активные наночастицы по п.1 или п.3, где количество карбоната, участвующего в замещении в фосфатном сайте (В) гидроксиапатита, больше или равно 65% по весу от общего количества карбоната, присутствующего в гидроксиапатите.
5. Биологически активные наночастицы по п.1, имеющие степень кристалличности СК в диапазоне между 25 и 35%.
6. Биологически активные наночастицы по п.1, имеющие площадь поверхности в диапазоне между 30 и 60 м2/г.
7. Биологически активные наночастицы по п.1, имеющие существенно вытянутую или уплощенную форму с длиной L в диапазоне между 50 и 150 нм и шириной W в диапазоне между 5 и 20 нм.
8. Биологически активные наночастицы по п.1, дополнительно содержащие эффективное количество антибактериального иона.
9. Биологически активные наночастицы по п.8, содержащие внедренный в структуру гидроксиапатита антибактериальный ион металла М в количестве от 0,1 до 20% по весу по отношению к общему содержанию Са.
10. Биологически активные наночастицы по п.9, где указанный металл выбран из группы, включающей Zn, Cu, Ag и их смеси.
11. Биологически активные наночастицы по п.9, имеющие молярное соотношение (Са+М)/Р больше 1,7.
12. Биологически активные наночастицы по п.9, имеющие формулу:
Са10-хМх(РО4)6-у(СО3)у+z(ОН)2-z,
где х - число между 0,0055 и 0,6, у - число между 0,065 и 0,9, a z - число между 0 и 0,32.
13. Композиция, содержащая биологически активные наночастицы по п.1.
14. Композиция по п.13 в форме, пригодной для гигиены полости рта.
15. Композиция по п.13 или 14 в форме суспензии, масла, геля или твердого вещества.
16. Композиция по п.15 в форме суспензии, содержащей биологически активные наночастицы в количестве от 1 до 40% по весу.
17. Композиция по п.15, имеющая рН в диапазоне между 7 и 8.
18. Композиция по п.15 в форме зубной пасты, зубного порошка, жевательной резинки для гигиены ротовой полости и зубов, мази для десен, полоскания для ротовой полости и концентрата для промывания ротовой полости и полоскания.
19. Композиция по п.14, содержащая комбинацию биологически активных наночастиц, содержащих эффективное количество антибактериального иона, и биологически активных наночастиц без указанного иона.
20. Способ приготовления водной суспензии, содержащей биологически активные наночастицы по п.1, включающий следующие этапы:
а) приготовление водного раствора или водной суспензии соединения Са;
б) формирование наночастиц замещенного карбонатом гидроксиапатита путем добавления к водному раствору или водной суспензии из этапа (а) ионов PO4 3- с одновременным перемешиванием этого в течение времени от 30 мин до 8 ч и поддержанием температуры указанных раствора или суспензии ниже или равной 60°С;
в) перемешивание суспензии, полученной в этапе (б), в течение времени, равного по меньшей мере 2 ч, при температуре ниже или равной 60°С, где карбонатное замещение в фосфатном сайте (В) соединения гидроксиапатита, формируемого на указанном этапе (б), достигают одним из следующего:
(i) перемешиванием указанного раствора или суспензии из этапа (а) таким образом, чтобы захватить из атмосферы присутствующую там двуокись углерода;
(ii) барботирования воздуха, содержащего СО2 газа или их смеси, через жидкую фазу;
(iii) сочетанием механического перемешивания раствора или суспензии из этапа (а) с барботированием воздуха, содержащего СО2 газа или их смеси, через указанный раствор или суспензию; или
(iv) добавления раствора, содержащего ионы СО3 2-, к водному раствору или суспензии из этапа (а).
21. Способ по п.20, где соединение Са представляет собой соль кальция, выбранную из группы, включающей: гидроксид кальция, карбонат кальция, ацетат кальция, оксалат кальция, нитрат кальция и их смеси.
22. Способ по п.20, где этап (а) осуществляют, по существу, в отсутствие неприемлемых для ротовой полости анионов.
23. Способ по п.20, где этап (б) осуществляют добавлением к водному раствору или водной суспензии из этапа (а) водного раствора, содержащего ионы PO4 3-.
24. Способ по п.23, где указанный водный раствор, содержащий ионы PO4 3-, дополнительно содержит ионы НСО3 -.
25. Способ по п.24, где указанный водный раствор, содержащий ионы НСО3 - и PO4 3-, готовят барботированием через воду воздуха, СО2 или их смеси, чтобы получить раствор угольной кислоты, и затем добавлением к нему H3PO4.
26. Способ по п.23, где этап (б) осуществляют одновременным добавлением к водному раствору или водной суспензии из этапа (а) первого раствора, содержащего ионы СО3 3-, и второго раствора, содержащего ионы PO4 3-.
27. Способ по п.20, где водный раствор или водная суспензия из этапа (а) имеют рН, заключающийся между 8 и 12.
28. Способ по п.20, где этап (б) осуществляют, поддерживая температуру указанных раствора или суспензии между 25 и 40°С.
29. Способ по п.20, где суспензия, полученная в этапе (в), имеет рН, заключающийся между 7 и 8.
30. Способ по п.20, где этап (в) осуществляют, поддерживая температуру суспензии наночастиц такой же, как в этапе (б).
31. Способ по п.20, где водный раствор или водная суспензия из этапа (а) дополнительно содержит оксид или соль антибактериального металла М.
32. Способ по п.31, где указанная соль металла представляет собой приемлемую для ротовой полости органическую или неорганическую соль, выбранную из группы, включающей: лактаты, глюконаты цитраты, ацетаты и гидроксиды.
33. Способ по любому из п.31 или 32, где этап (б) осуществляют таким образом, что соотношение ионов Са и металла М, содержащихся в растворе или суспензии из этапа (а), и добавленных к ним ионов PO4 3- больше 1,7.
34. Способ приготовления биологически активных наночастиц п.1, включающий следующие этапы:
а) приготовление водной суспензии, содержащей указанные наночастицы, способом по п.20;
б) выделение твердых наночастиц из суспензии, полученной в этапе (а);
в) высушивание полученных таким образом влажных твердых наночастиц.
35. Способ по п.34, где указанный этап отделения (б) осуществляют путем декантации, центрифугирования или фильтрации.
36. Способ по п.34, где указанный этап высушивания (в) осуществляют с помощью сушки из замороженного состояния влажных твердых наночастиц при температуре ниже 0°С до достижения постоянного веса.
37. Способ по п.34, дополнительно включающий этап
г) промывания отделенных твердых наночастиц водой или щелочным раствором перед осуществлением указанного этапа высушивания (в).
38. Способ производства зубной пасты, содержащей биологически активные наночастицы по п.1, включающий следующие этапы:
а) приготовление с помощью способа по п.20 водной суспензии, содержащей указанные наночастицы;
б) смешивание указанной водной суспензии с другими ингредиентами зубной пасты.
39. Способ производства зубной пасты, содержащей биологически активные наночастицы по п.1, включающий следующие этапы:
а) приготовление твердых наночастиц с помощью способа по п.34;
б) смешивание твердых наночастиц с другими ингредиентами зубной пасты.
40. Способ по п.38 или 39, где этап смешивания (б) осуществляют в смесителе, в котором поддерживается предварительно определенная степень вакуума.
41. Способ по п.38, где этап смешивания (б) осуществляют путем
б1) смешивания водной суспензии из этапа (а) с другими ингредиентами зубной пасты, кроме любого поверхностно-активного вещества;
б2) добавления в полученную таким путем смесь по меньшей мере одного поверхностно-активного вещества.
42. Способ локальной реминерализации зубов, включающий контактирование зубов с композицией по п.14.
43. Агрегат, содержащий множество биологически активных наночастиц по п.1.
44. Композиция, содержащая агрегаты биологически активных наночастиц по п.1.
45. Композиция по п.44 в форме зубной пасты, зубного порошка, жевательной резинки для гигиены ротовой полости и зубов, мази для десен, полоскания для ротовой полости и концентрата для промывания ротовой полости и полоскания.
| Способ обработки целлюлозных материалов, с целью тонкого измельчения или переведения в коллоидальный раствор | 1923 |
|
SU2005A1 |
| Прибор, замыкающий сигнальную цепь при повышении температуры | 1918 |
|
SU99A1 |
| Сенсорный переключатель | 1978 |
|
SU723773A1 |
| АМОРФНЫЙ, КАРБОНИРОВАННЫЙ И ФТОРИРОВАННЫЙ ГИДРОКСИАПАТИТ ДЛЯ ЗУБНЫХ ПАСТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 1999 |
|
RU2179437C2 |
| M.P.Ferraz et all, Hydroxyapatite nanoparticle: AA review of preparation methologies, J | |||
| of Applied Biomatereals& Biomechanics, 2004, №2, 74-80. | |||
