包括抑制霉菌生长的材料的牙刷
背景技术
以下涉及牙科护理领域和相关领域，并且更具体地涉及一种用于抑制牙刷上的霉菌生长的装置和方法。
诸如霉菌的微生物在其周围的营养物中存活。取决于生态系统，这些营养物之一可能是限制生长的，这意味着生物体的繁殖能力很大程度上取决于营养物的充足供应。通常氮是限制性营养物，尽管在某些环境中磷是限制性营养物。
由于从牙齿被刷掉的食物中的营养物、许多牙膏中的成分(诸如磷酸盐)和频繁出现的水的丰富供应，牙刷可能对霉菌生长敏感。牙刷(并且特别是电动牙刷)可能包括霉菌可以生长的缝隙，诸如电动牙刷中的牙刷头与手柄之间的间隙。间隙中的密封件被设计成将水从刷振动机构排除。然而，该密封件上的霉菌的生长可能导致该密封件的过早破裂以及由于水泄漏引起的机构故障。防止霉菌生长可以显著地限制密封件破损和最终的设备故障。
已经开发了用于移除限制性营养物以控制膜式水过滤设备中的生物污垢的方法。在Sevcenco等人的“Phosphate and arsenate removal efficiency by thermostableferritin enzyme from强烈火球菌using radioisotopes”Water Research 76:181-186(2015)中描述了在氧阴离子去除中使用铁蛋白(球状、细胞内蛋白质)，该文章描述了来自强烈火球菌的热稳定酶铁蛋白的氧阴离子结合特性的放射性特征；Jacobs等人的“Development of a bionanotechnological phosphate removal system withthermostable ferritin,”Biotechnol.Bioin.,1:105(5):918-23(2010)，其描述了生物纳米技术磷酸盐的去除，其基于通过在来自超嗜热古细菌强烈火球菌(PfFrt)的热稳定铁蛋白内稳定的纳米三价铁离子而吸附氧阴离子；以及Vrouwenvelder等人的“Phosphatelimitation to control biofouling，”Water Res.,44(11):3454-66(2010)，其描述了磷酸盐的限制作为控制螺旋缠绕反渗透(RO)膜的生物污染的方法；以及在2008年9月18日公布的由Hasan等人作出的题为“MATERIAL AND A METHOD FOR REMOVING OXO-ANIONS ANDMETAL CATIONS FROM A LIQUID”的US20080223789中。
然而，这些方法涉及待通过过滤介质来处理的液体流动，这在清洁电动牙刷中通常是不可行的。
发明内容
根据本发明的一个方面，用于牙刷的刷头包括限定内腔的壳体。刷构件位于所述壳体的远端处。容器位于所述壳体的近端处。所述容器装有材料，当液体与所述容器接触时，所述材料从液体中移除用于生长霉菌的必需营养物。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括刷头的牙刷。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用刷头的方法。
根据本发明的另一方面，提供了刷头用于清洁牙齿的一种用途。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件布置的形式，以及各种工艺操作和工艺操作布置的形式。附图仅用于说明优选实施例的目的，而不应被解释为限制本发明。
图1示出了根据本文公开实施例的一个方面的牙刷的立体图。
图2是根据示例性实施例的第一方面的图1的牙刷一部分的横截面图。
图3是刷头和营养物吸收材料容器的分解立体图。
图4是用于图3的容器的多孔板的平面图。
图5是根据示例性实施例的第二方面的图1的牙刷一部分的横截面图。
图6是根据示例性实施例的第三方面的图1的牙刷一部分的横截面图。
图7是根据示例性实施例的第四方面的图1的牙刷一部分的横截面图。
图8示出了根据第四实施例的刷头的实施例。
图9示出了营养物吸收材料的颗粒。
图10是图示根据本文公开实施例的减少霉菌生长的方法的流程图。
具体实施方式
参考图1和图2，电动牙刷10包括手柄12和被可移除地安装到手柄的刷头14。在图2中最清楚看出的驱动轴16，从手柄12延伸到刷头中。环形缝隙18由将手柄12与刷头14间隔开的间隙来限定。驱动轴16由容纳在手柄12中的驱动机构20旋转地驱动或通过选定的振动角度驱动。刷构件22设置在刷头的远端(上端)23处以用于清洁牙齿。
可更换的刷头14包括外壳24，该外壳限定内腔26，该内腔26从刷头的近端(底端)28延伸到刷头中。驱动轴16延伸进入并牢固地与耦合构件30相配合，耦合构件30从刷头壳体的近端28延伸到空腔26中。环形密封件32被定位成围绕驱动轴16、在耦合构件30的内部并且跨越缝隙18延伸到手柄12中，在那里该环形密封件被手柄的盖构件34握住。密封件32抑制水从缝隙进入刷头和手柄。
在牙齿清洁期间，水、食物颗粒和/或牙膏的混合物36可以进入缝隙18并且被沉积在密封件32以及刷头和手柄的相邻端部28、38上，它们一起限定了缝隙18。结果，被携带到缝隙中的诸如霉菌的微生物可以在缝隙18中所建立的富含营养物的培养基上繁殖、代谢营养物并最终导致密封件故障。
然而，在图示的牙刷中，刷头壳体24的近端28包括限定环形槽41的容器40。图示的容器是环形的并且在驱动轴的外侧径向地间隔开。该容器可以由与壳体24相同的材料形成，并且在一些实施例中可以与壳体一体地形成。在一个实施例中，容器40由塑料形成。容器40限定邻近壳体近端的开口42，该开口与缝隙18流体连通。容器40装有营养物捕获/吸收材料44。材料44倾向于限制在环绕刷柄密封件的缝隙中的至少一种必需营养物的可用性。例如对于至少在可更换刷头的正常使用期而言，这抑制或防止了霉菌生长并因此抑制或防止了密封件破损。
如图3所示，材料44本质上可以是颗粒状的并且通过多孔过滤器构件46而保持在槽41中。过滤器构件可以由金属形成，例如至少50％由金属、金属合金或金属的组合形成。过滤器构件可以包括邻近壳体近端定位的穿孔板和/或穿孔套环，以允许液体从缝隙进入容器。在图2-图4的实施例中，过滤器构件46为带有第一表面48和第二表面50和中心孔52的板的形状。中心孔的直径d可以是过滤器构件外径D的至少30％或至少50％。多个洞54、56等从第一表面48穿过盘到第二表面50。可以有至少5个、或者至少10个、或者至少20个、或者至少40个、或者至少50个、或者至少100个或者更多的洞。保持构件58(图2)将盘46保持在适当位置以闭合槽41的开口42，从而允许混合物36中的液体通过洞进入该槽和从该槽流出。洞54、56等的尺寸被设置成使得在抑制或防止材料44离开槽的同时允许水和溶解的营养物进入槽41并接触颗粒状的材料44。洞54、56的大小可以基于材料颗粒的大小来选择，例如，高达颗粒平均最小宽度的75％。在一些实施例中，可以假设颗粒是球形的，在这种情况下，平均最小宽度是平均颗粒直径。作为示例，这些洞的直径为100μm-300μm。
洞54、56等可以被规律地布置在穿孔过滤器构件46上，例如在假想的环或者多个同心环上被等距间隔布置，如在图4中所示。备选地，它们可以被相对地随机布置。
在图1-图4的实施例中，第一表面48限定了刷头近端28的一部分，并且因此在正常使用中所述洞54、56等在刷头的底部。在另一个实施例中，如图5所示，其中相同的附图标记符合相同的元件，穿孔过滤器构件46可以从槽41横向延伸，并且限定与缝隙18流体连通的径向洞。在又一个实施例中，如图6所示，穿孔构件46可以限定径向洞和底部洞。在这个实施例中，穿孔构件包括环绕驱动轴16的套环60，以及从套环60的下端径向延伸的板62。在所述实施例中的每个实施例中，在水可以进入颗粒状的材料中的同时，该颗粒状的材料不会从刷头出来。
图7和图8示出了另一个实施例，其中装有材料44的容器40、穿孔过滤器构件46和保持构件58都是可移除的配接器64的一部分。这种布置允许通过更换刷头14上的配接器64来更换材料44。与容易地将刷头壳体24、槽41、穿孔构件46和材料44组合为单个可更换单元的情况相比，这可以有利于更频繁地改变材料44。
材料44包含、吸收或捕获存在于液体混合物36中的微生物生长限制性营养物。在一个实施例中，生长限制性营养物包括例如以磷酸盐形式的磷。在另一个实施例中，生长限制性营养物包括例如以硝酸盐形式的氮。
适用于移除含磷营养物(诸如磷酸盐)的示例材料44基于铁蛋白。在一个实施例中，如图9所示，材料44的颗粒70可以包括铁蛋白蛋白质的壳72，该壳对于含营养物的液体而言是多孔的。该壳环绕含有铁离子(例如以与磷酸根离子形成微晶的类水铁矿(ferrihydrite-like)材料为形式)的芯74。每个铁蛋白颗粒70可以存储约4500个铁离子。可以使用与磷酸根离子反应形成不溶于水的沉淀物的其它金属离子来代替铁离子。示例包括除了碱金属(IA族)阳离子之外的金属离子，诸如钙离子。
基于铁蛋白的材料具有用于吸收磷酸根离子的大容量，并且因此相对少量的材料44(例如，至少0.01g、或者至少0.05g、或者至少0.1g、或者至少0.5g、高达2g或者高达1g)足以长时间地(诸如3-6个月或更长时间)抑制缝隙18中霉菌的生长。合适的基于铁蛋白的磷酸盐吸收材料44被描述在US 20080223789中并且可从以PRT为商标的来自BiAqua的粉末形式得到。这种材料能够将水中磷酸盐的浓度降低到5ppb以下或者1ppb以下。
如US20080223789中所描述，超嗜热铁蛋白可以如下制备。使用寡核苷酸5'-CCATATGTTGAGCGAAAGAATGC-S'作为正向引物以及5'-GTCGACT-TACTCCTCCCTG-3'作为反向引物，通过PCR扩增来自强烈火球菌细胞的推定铁蛋白基因。然后将该基因克隆到pCR2.1-TOPO穿梭载体(Invitrogen)中并转化成感受态大肠杆菌DH5α细胞以用于进一步扩增。然后从细胞中分离嵌合载体并对其测序以检查克隆的保真度。铁蛋白基因随后通过Ndel和Sa1l(Roche)的限制性消化而被分离，并被重新克隆到表达载体pET24a(+)(Novagen)中。然后将得到的克隆转化成感受态BL21-CodonPlus(DE3)-RIL细胞(Stratagene)。将重组大肠杆菌菌株的单菌落接种到含有50mg/ml氯霉素和20mg ml卡那霉素的LB(Sambrook等，1989)培养基中，并在310K和200转/分钟下有氧地培养过夜。将这种预培养物以1:20的比例在TB培养基(Sambrook等，1989)中转化并生长2小时(直到它达到0.5或更高的O.D.600值)并用1mM的IPTG来诱导。在附加生长5小时后通过离心分离而收获细胞。细胞团块被清洗并在20mM的Tris-HCl缓冲液(pH为8)中再溶解。将DNase和RNase添加到该溶液中以便降解遗传元件，并且添加0.5mM的PMSF以通过内部蛋白酶活性来保护任何蛋白质降解。然后将细胞悬浮液施加到细胞粉碎机(定常系统)以破碎细胞。对无细胞的提取物进行热处理(373K，30分钟)并通过离心分离来澄清。将得到的上清液通过Amicon，YM-100来浓缩以给出蛋白质的最终制备物。
可以理解的是，为了除去作为必需营养物的硝酸盐，可以使用诸如离子交换树脂的其它材料44，可以使用诸如例如在授予Guter的美国专利4 479 877号中公开的选择性离子交换方法以及在授予Murphy的美国专利5 069 800号中公开的氧化还原方案。
在刷牙期间，刷头、密封件和轴之间的缝隙18可以填充有水性液体36，水性液体可以主要是水(例如，至少60重量％或至少80重量％的水)。磷酸盐在水中被吸收，这抑制或防止霉菌生长直到材料44满载为止。磷酸盐可以以至少10ppb、或至少50ppb、或至少100ppb、或至少1000ppb的浓度存在于水中。
材料44可以具有至少1g/kg或至少2g/kg或至少4g/kg或高达20g/kg、或高达10g/kg、或约6g/kg的材料以及约0.5kg/L的密度的磷酸盐吸收容量。
使用标准筛所测量的材料44的粒度可以是至少100μm、或至少200μm、或高达500μm，诸如300-420μm。例如，可以使用0.420mm的筛(ASTM目录号40)来移除较大的颗粒并随后使用0.297mm的筛(ASTM目录号50)来过滤出较小的碎片并保留在所需大小范围内的那些颗粒，以获得300-420μm范围内的颗粒。例如，使用0.354mm和0.297mm的筛的组合或者0.297mm和0.250mm的筛的组合可以获得更窄的范围。
刷头与手柄之间的缝隙18可以具有约1mL的体积。可以假设缝隙至少在部分时间内部分或完全地填充有液体(唾液、牙膏和自来水)。因此，至少在使用之间的一部分时间内，缝隙以这样的方式被填充，使得磷酸盐可以由于扩散而自由地跨过穿孔构件。一些牙膏含有高的磷酸盐水平，例如，液体36中的磷酸盐浓度可以高达约3mg/L。为了移除使用之间的全部磷酸盐或基本上全部的磷酸盐，例如至少95重量％或至少99重量％、或至少99.9重量％的磷酸盐(磷酸盐浓度低于5ppb时生长受到抑制)，材料能够实现移除3μg/转(即在刷牙之间)。假设刷头寿命为100天(3个月)，每天使用两次，这表明可能需要移除总共约600μg磷酸盐，这可以利用约0.1g或0.2mL的基于铁蛋白的粉末(诸如BiAqua粉末)来实现。这种量的粉末容易储存在容器40中。
图10图示了通过移除诸如磷酸盐的必需营养物来抑制微生物生长的方法。该方法在S100处开始。在S102处，营养物吸收材料44被装载到容器40中。在S104处，容器被安装在刷头14上(或者这可以在将材料装载到容器之前发生)。在S106处，进入缝隙18的液体36与材料44进行接触，并且该材料从液体中移除必需营养物。在S108处，提供新的营养物吸收材料44。这可以通过更换刷头14、配接器64和/或容器40来实现。该方法在S110处结束。
上面提到的文献中的每个文献通过引用并入本文。
除非另外明确指出，否则本说明书中规定材料量、反应条件、分子量、碳原子数等的所有数值量应当被理解为由词语“约”来修饰。除非另外指出，否则本文提及的每种化学品或组合物应当被解释为商业级材料，其可以含有通常被理解为存在于商业级中的异构体、副产物、衍生物和其他此类材料。应当理解，本文所述的上限量和下限量、范围和比率极限可以独立组合。类似地，本发明的每个要素的范围和量可以与任何其他要素的范围或量一起使用。如本文所使用的那样，属(或列表)的任何要素可以从权利要求中排除。
已经参考优选实施例描述了本发明。显然，在阅读和理解前述的详细描述时，其他人将会想到修改和变更。旨在将本发明解释为包括所有这些修改和变更，只要它们落入所附权利要求或其等同方案的范围内。
