用于矿化生物材料的改进装置以及方法
【专利说明】用于矿化生物材料的改进装置以及方法
[0001]本发明涉及一种用于矿化生物材料的装置以及方法，并且确切地说涉及一种用于再矿化(例如)牙齿或骨骼等经去矿化组织以及经次矿化组织的装置以及方法。
[0002]龋齿是牙齿或骨骼的龋蚀。牙龋(也称为蛀牙、龋齿或龋损伤)是由摄入碳水化合物上的微生物酶促作用产生的酸所引起。酸使牙齿的无机部分脱钙(去矿化)，最初形成亚表面损伤，随后有机部分分解从而导致牙洞的形成。在牙科中，可以就龋损伤的深度方面描述牙齿通过龋损伤的发展引起的去矿化。
[0003]牙龋通常通过去除牙齿中的龋蚀材料并且用牙科用汞合金或其它修复材料填充所形成的孔(牙洞)来治疗。在更严重的情况下，可能去除整颗牙齿。在损伤成洞之前，有可能通过再矿化龋损伤来治愈或逆转组织破坏。然而，此处理在已经从龋损伤去除外源(例如，唾液源或食物源)蛋白以及脂质时效果更好。
[0004]已知蛀牙的程度会改变牙齿的电特性。出现这种情况是因为矿物质损失，牙齿的孔隙度增大，并且由此产生的孔隙内的数目增加的离子增大了牙齿中的传导性，即电运载。因此，牙齿的去矿化将导致其电荷运载特性的增强。这可以表现在:为了实现通过牙齿的类似电流，与健康牙齿相比，必须施加到经去矿化牙齿的电势差减小。相对应地，这可以表现在:在施加相同电势差时，与健康牙齿相比，从经去矿化牙齿可测得增大的电流。这些影响可以在分别施加恒定电流或恒定电势差时检测到。或者，通过使用AC信号可以监测到阻抗(其包含DC电阻)。
[0005]存在经专门设计以通过使用探查电极或接触电极以及反电极向牙齿施加交流电流来检测牙龋的多种装置。如上文所描述，电路中通过反电极以及探针形成的阻抗的主要来源通过牙齿提供，并且因此电路的阻抗变化给出牙齿的阻抗变化的测量。国际专利申请案TO97/42909中描述了此技术。
[0006]离子导入法是使用电流推进带电物质(通常是药物或生物活性剂)的无创方法。已知在经皮给药时使用离子导入法。离子导入法也可以与含氟化合物结合使用以治疗牙本质过敏并且再矿化未成洞的牙龋损伤。离子导入法装置通常包含各自耦合到电压源的异性极或端子上的活性电极组合件以及反电极组合件。活性剂可以是阳离子或阴离子，并且电压源可经配置以基于活性剂的极性施加适合的电压极性。活性剂可以例如存储于储槽(例如，腔)中，或存储于多孔结构或胶中。
[0007]超声波是纵波脉冲。已知使用超声波用于经皮给药-超声波导入法。在牙科中，已知超声波一般用于清洗，例如在牙根管治疗期间从牙齿的外表面去除牙垢或从牙齿内部的牙髓腔以及牙根管去除残渣。
[0008]电超声波导入法是离子导入法与超声波的组合。
[0009]本发明的一个目的是提供一种用于矿化生物材料的改进装置、系统以及方法。
[0010]根据本发明的第一方面，提供用于矿化生物材料的装置，所述装置包括可操作以产生超声波信号的超声波源、超声波探针以及可操作以接收矿化剂的一或多个矿化探针，其中使用超声波信号将矿化剂从至少一个矿化探针传递至生物材料。
[0011 ] 至少一个矿化探针可以是超声波探针。
[0012]根据一个实施例，所述装置包括离子导入法探针。
[0013]本发明的装置可以利用电超声波导入法。
[0014]所述装置有利地进一步包括第一电极和第二电极；以及电信号发生器，所述电信号发生器可操作以在第一电极与第二电极之间产生电信号；检测器，所述检测器可操作以检测在第一电极与第二电极之间的电信号的电响应；以及控制器，所述控制器可操作以接收检测到的电响应并且相对于电响应控制超声波信号。
[0015]所述装置有利地进一步包括矿化探针电极；以及调制器，所述调制器可操作以调制矿化探针电极与第二电极之间的电信号，并且由此使用电信号使得矿化剂能够传递至生物材料。
[0016]有利地，矿化探针电极是第一电极。
[0017]控制器优选地可操作以相对于检测到的电响应控制电信号的调制。
[0018]所述装置有利地进一步包括参照电极，所述参照电极可操作以控制电信号以及超声波信号的调制中的至少一者。
[0019]控制器有利地包括第一软件模块，所述第一软件模块具有描述样本生物材料在矿化的各个阶段的特征电响应的数据集；以及第二软件模块，所述第二软件模块将所述数据与检测到的电响应进行比较，并且由此确定电信号以及超声波信号中的至少一者的任何所需改良。
[0020]第二软件模块可以实施界定矿化与电响应之间关系的功能，以便将所述数据与检测到的电响应进行比较，并且由此确定电信号以及超声波信号中的至少一者的任何所需改良。
[0021]或者，第二软件模块可以实施含有关于生物材料的电响应以及其矿化信息的查找表，以便对所述数据与检测到的电响应进行比较，并且由此确定电信号以及超声波信号中的至少一者的任何所需改良。
[0022]矿化探针电极有利地通过离子导入法将矿化剂传递至生物材料。
[0023]根据一个实施例，矿化探针电极有利地通过电超声波导入法将矿化剂传递至生物材料。
[0024]当根据本发明使用时，超声波一般在约20Hz到200MHz之间的范围内使用；通常从约5MHz到约200MHz ;适宜地从约1MHz到约150MHz ;更适宜地从约10MHz到约150MHz。
[0025]在超声波频率与可以通过本发明的装置以及方法应用至生物材料的颗粒大小之间存在反比关系。超声波的频率越高，可以通过本发明的装置以及方法应用至生物材料的颗粒大小就越小。使用更高频率的超声波将允许利用更大范围的颗粒大小。
[0026]检测器有利地可操作以根据电响应来确定外源蛋白以及脂质中的至少一者在生物材料上或在生物材料中的存在。
[0027]所述装置可以进一步包括用于应用调节剂的构件。
[0028]调节剂可以包括氧化剂、除蛋白剂以及除脂质剂中的至少一者。一般来说，调节剂包括氧化剂、除蛋白剂以及除脂质剂中的一种以上，通常，调节剂至少包括除蛋白剂以及除脂质剂。
[0029]所述装置有利地可操作以分开、依序或同时应用超声波信号以及传递矿化剂。
[0030]所述装置有利地可操作以分开、依序或同时应用超声波信号以及电信号。
[0031]所述装置有利地可操作以分开、依序或同时应用经调制电信号以及传递矿化剂。
[0032]根据一个实施例，所述装置可操作以分开、同时或依序和/或以其组合应用超声波信号以及离子导入法信号。一般来说，同时应用超声波信号以及离子导入法信号。
[0033]所述装置有利地适合于与例如牙齿和/或骨骼等硬组织生物材料一起使用。
[0034]有利地，本发明的装置的操作可以被中断，以便重新应用调节剂由此去除外源蛋白和/或脂质。
[0035]根据本发明的第二方面，提供一种与如上文所描述的用于矿化生物材料的装置一起使用的矿化剂。
[0036]矿化剂可以包括钙离子源以及磷酸离子源以及氢氧离子源(例如水)中的至少一者，任选地存在氟离子源。一般来说，矿化剂包括钙离子源以及磷酸离子源以及氢氧离子源(例如水)。通常，矿化剂包括钙离子源、磷酸离子源、水以及氟离子源。
[0037]在一般用以操作本发明装置/进行本发明方法的条件下，矿化剂可以呈可溶于水或不可溶于水(呈水分散液)的形式。
[0038]矿化剂可以包括酪蛋白磷酸肽-无定形磷酸钙(CPP-ACP)。
[0039]矿化剂可以包括钙、磷酸根、氢氧根/水以及氟。
[0040]矿化剂可以包括酪蛋白磷酸肽-无定形氟磷酸钙(CPP-ACFP)。
[0041]矿化剂适宜地包括一或多种矿化增强剂。更适宜地，矿化剂包括两种矿化增强剂，其中增强剂中的一者是钙离子源并且另一者是磷酸离子源。
[0042]矿化剂优选地包括1:1与22:10之间的钙与磷酸根比率。更优选地，矿化剂包括3:2与22:10之间的钙与磷酸根比率。更优选地，矿化剂包括大致10:6的钙与磷酸根比率。
[0043]或者或额外地，矿化增强剂中的至少一者可以包括锶。
[0044]矿化剂有利地包括纳米颗粒，其具有小于500nm的平均粒径，一般小于lOOnm，通常小于50nm，适宜地小于10nm，更适宜地从Inm到10nm。根据一个实施例，矿化剂由纳米颗粒构成。
[0045]根据一个实施例，矿化剂的平均粒径是Inm到50nm。
[0046]包括或其组成为纳米颗粒的矿化剂的使用被认为允许使更大比例的矿化剂被迫进入生物组织中，从而促进更有效的矿化方法和/或矿化剂在生物组织中的更好保留。
[0047]纳米颗粒通常包括钙离子源、磷酸离子源、氢氧离子源以及氟离子源中的至少一者。一般来说，纳米颗粒包括钙羟基磷灰石。
[0048]根据本发明的第三方面，提供一种套组，其包括如上文所描述的用于矿化生物材料的装置以及如上文所描述的矿化剂。所述套组可以进一步包括调节剂。
[0049]根据本发明的第四方面，提供一种矿化生物材料的方法，其包括以下步骤:提供超声波源；提供矿化剂；从超声波源产生超声波信号；分开、依序或同时将超声波信号以及矿化剂应用至生物材料。
[0050]本发明的方法一般包括使用如本文所描述的装置。
[0051 ] 根据一个实施例，所述方法可以包括电超声波导入法。
[0052]尽管本发明人不希望受理论束缚，但据信，在矿化生物材料的方法中使用电超声波导入法(超声波与离子导入法的组合)允许使更大比例的矿化剂被迫进入生物材料中，而不是留在生物材料的表面上。这能实现更有效的矿化方