核壳二氧化硅粒子及其作为抗细菌剂的用途
阅读：503发布：2020-10-21
专利汇可以提供核壳二氧化硅粒子及其作为抗细菌剂的用途专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供核壳 二 氧 化 硅 粒子，其中每个核壳 二氧化硅 粒子包含二氧化硅核，并且所述二氧化硅核的表面用I族金属 硅酸 盐蚀刻。这些核壳二氧化硅粒子具有高表面电荷 密度 和抗细菌活性。还提供包含核壳二氧化硅粒子的组合物、制造所述核壳二氧化硅粒子的方法以及通过施用所述核壳二氧化硅粒子或其组合物降低或抑制细菌活性的方法。，下面是核壳二氧化硅粒子及其作为抗细菌剂的用途专利的具体信息内容。
1.核壳二氧化硅粒子，其中每个核壳二氧化硅粒子包含二氧化硅核，并且所述二氧化硅核的表面用I族金属硅酸盐蚀刻。
2.根据权利要求1所述的核壳二氧化硅粒子，其中所述金属硅酸盐包含式M2SiO3.xH2O，其中M是I族金属，且x为0至10。
3.根据权利要求2所述的核壳二氧化硅粒子，其中M是Na或K。
4.根据任一项前述权利要求所述的核壳二氧化硅粒子，其中所述二氧化硅核的表面是所述二氧化硅核的外表面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的核壳二氧化硅粒子，其中所述二氧化硅核的表面是所述二氧化硅核的内表面。
6.根据任一项前述权利要求所述的核壳二氧化硅粒子，其中每个粒子的外部10nm深处包含0.1至10重量％M2SiO3.xH2O。
7.根据任一项前述权利要求所述的核壳二氧化硅粒子，其中每个粒子的外部10nm深处具有通式：
(SiO2)p[Oo*M+mH+hOH-j].qH2O
其中O*是硅酸盐形式的氧；M是I族金属离子；p、o、m、h、j及q是每个组分的原子百分比；
并且每个核壳二氧化硅粒子的总电荷是零。
8.根据权利要求7所述的核壳二氧化硅粒子，其中每个粒子的外部10nm深处具有以下组成中的一个：
(SiO2)30.30Na0.41.8.70H2O
(SiO2)30.67Na0.36.7.63H2O
(SiO2)23.25[O*11.73H10.26Na13.20].5.33H2O
9.根据任一项权利要求所述的核壳二氧化硅粒子，其中所述粒子的d(0.5)值是5nm至
50μm。
10.根据权利要求9所述的核壳二氧化硅粒子，其中所述粒子的d(0.5)值是26μm至40μm。
11.根据权利要求9所述的核壳二氧化硅粒子，其中所述粒子的d(0.5)值是18μm至25μm。
12.根据权利要求9所述的核壳二氧化硅粒子，其中所述粒子的d(0.5)值是10μm至15μm。
13.根据权利要求9所述的核壳二氧化硅粒子，其中所述粒子的d(0.5)值是5nm至12nm。
14.如任一项前述权利要求所述的核壳二氧化硅粒子，其中d(0.5)值小于人釉质小管的平均直径。
15.如任一项前述权利要求所述的核壳二氧化硅粒子，其中所述M2SiO3.xH2O包含多个单层M2SiO3.xH2O。
16.如权利要求15所述的核壳二氧化硅粒子，其中单层的数量为2至100、2至40、2至12或12至40层。
17.如任一项前述权利要求所述的核壳二氧化硅粒子，其中所述二氧化硅选自由以下组成的组：沉淀的二氧化硅、热解法二氧化硅及熔融的二氧化硅。
18.如任一项前述权利要求所述的核壳二氧化硅粒子，其具有0.5至5.0meq/g的总阳离子交换容量。
19.如任一项前述权利要求所述的核壳二氧化硅粒子，使用0.20mm石英UV光学池在300至800nm的波长下其具有0.0至0.2的浊度。
20.如权利要求1至18中任一项所述的核壳二氧化硅粒子，使用0.20mm石英UV光学池在
300至800nm的波长下其具有0.8至1.6的浊度。
21.如权利要求1至18中任一项所述的核壳二氧化硅粒子，使用0.20mm石英UV光学池在
300至800nm的波长下其具有1.8至2.4的浊度。
22.一种组合物，其包含任一项前述权利要求所述的核壳二氧化硅粒子。
23.根据权利要求22所述的组合物，其是粉末研磨剂。
24.一种组合物，其包含如权利要求1-21中任一项所述的核壳二氧化硅粒子和载体。
25.如权利要求24所述的组合物，其中所述组合物是口腔护理组合物且进一步包含口腔可接受的载体。
26.如权利要求25所述的口腔护理组合物，其中所述口腔护理组合物呈固体、糊剂、凝胶组合物或液体组合物形式。
27.如权利要求25-26中任一项所述的口腔护理组合物，其中所述口腔可接受的载体是水。
28.如权利要求25-27中任一项所述的口腔护理组合物，其中所述口腔可接受的载体进一步包含湿润剂。
29.如权利要求25-28中任一项所述的口腔护理组合物，其进一步包含抗细菌剂。
30.如权利要求25-29中任一项所述的口腔护理组合物，其中除本发明的核壳二氧化硅粒子之外不存在另外的抗细菌剂。
31.如权利要求25-30中任一项所述的口腔护理组合物，其中所述组合物进一步包含抗龋齿剂、脱敏剂、粘度调节剂、稀释剂、表面活性剂、乳化剂、泡沫调节剂、pH调节剂、研磨剂、口感剂、甜味剂、调味剂、着色剂、防腐剂、氨基酸、抗氧化剂、抗牙结石剂、氟离子源、增稠剂、用于预防或治疗口腔的硬或软组织的病状或病症的活性剂、粘合剂、增白剂及其组合。
32.一种用于制造如任一项前述权利要求所述的核壳二氧化硅粒子的方法，其包括将一定量在水中的二氧化硅粒子与一定量的碱混合以产生所述核壳二氧化硅粒子，其中所述碱包括I族金属离子。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述碱呈固体或水溶液形式。
34.根据权利要求32或33所述的方法，其中所述碱选自由以下组成的组：氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、磷酸三钠、磷酸氢二钠、磷酸钾、磷酸氢二钾、焦磷酸四钠及焦磷酸四钾。
35.如权利要求32至34中任一项所述的方法，其中所述二氧化硅选自由以下组成的组：
沉淀的二氧化硅、热解法二氧化硅及熔融的二氧化硅。
36.根据权利要求34或35所述的方法，其中所述碱是氢氧化钠且所述方法在70至90℃的温度下进行。
37.根据权利要求34或35所述的方法，其中所述碱是氢氧化钾且所述方法在室温下进行。
38.根据权利要求32至37中任一项所述的方法，其中所述核壳二氧化硅粒子的形成在2小时之后完成。
39.根据权利要求32至38中任一项所述的方法，其中碱的量与二氧化硅粒子的量的重量比为1∶1至1∶20。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述碱的量与所述二氧化硅粒子的量的所述重量比为1∶1至1∶6。
41.根据权利要求39或40所述的方法，其中所述核壳二氧化硅粒子的浊度通过提高所述碱的量与所述二氧化硅粒子的量的所述重量比来减小。
42.根据权利要求32至41中任一项所述的方法，其中所述碱是50％氢氧化钠水溶液。
43.根据权利要求32至42中任一项所述的方法，其中所述二氧化硅粒子与碱的反应造成二氧化硅粒子的d(0.5)值减少1至15nm以形成二氧化硅核，并且M2SiO3.xH2O在所述二氧化硅核的顶部上形成。
44.根据权利要求43所述的方法，其中随着所述碱的量与所述二氧化硅粒子量的所述重量比的增加，二氧化硅粒子的d(0.5)值有更大的减小。
45.根据权利要求32至44中任一项所述的方法，其是在湿润剂存在下发生。
46.如权利要求45所述的方法，其中湿润剂的量与水的重量比选自由以下比率组成的组：4∶1至1∶4；3∶1至1∶3；2∶1至1∶2；以及5∶3至3∶5。
47.如权利要求32至46中任一项所述的方法，其中通过所述方法形成的核壳二氧化硅粒子的d(0.5)值超过二氧化硅起始材料的d(0.5)值的至少5％。
48.如权利要求32至47中任一项所述的方法，其中当反应混合物的pH与反应物的初始混合物的pH相比减小了至少0.5个pH单位时形成所述核壳二氧化硅粒子。
49.如权利要求48所述的方法，其中当反应混合物的pH与反应物的初始混合物的pH相比减小了至少0.8个pH单位时形成所述核壳二氧化硅粒子。
50.如权利要求48或49所述的方法，其中当pH为约11时完成所述核壳粒子的形成。
51.如权利要求32至50中任一项所述的方法，其中当反应混合物的导电率减小了至少
2mS/cm时形成所述核壳二氧化硅粒子。
52.根据权利要求51所述的方法，其中当反应混合物的导电率减小了至少5mS/cm时形成所述核壳二氧化硅粒子。
53.一种核壳二氧化硅粒子，其可通过权利要求32至52中任一项所述的方法获得。
54.一种减少或抑制有此需要的患者口腔中的细菌的方法，所述方法包括向所述患者的口腔表面施用如权利要求25至31中任一项所述的口腔护理组合物。
55.一种在患者可拆卸的口腔装置中减少或抑制细菌的离体方法，其包括向所述可拆卸的口腔装置的表面施用如权利要求25至31中任一项所述的口腔护理组合物。
56.如权利要求55所述的离体方法，其中所述可拆卸的口腔装置是牙托、托盘、咬口器、正牙牙套及保持器。
核壳二氧化硅粒子及其作为抗细菌剂的用途
[0001] 背景
[0002] 二氧化硅(SiO2)粒子通常在口腔护理组合物中被用作研磨剂和/或增稠剂，其通常呈热解法二氧化硅或沉淀二氧化硅形式。使用二氧化硅的一个益处是它的低成本。然而，二氧化硅除了其研磨和/或增稠作用之外具有有限的功用。因此，必须将其他活性剂添加到口腔护理组合物中以提供期望的效果(例如，添加抗细菌剂以提供抗细菌作用，添加牙垢控制剂用于控制牙垢)。对于添加其他活性剂的需要不仅提高了当使用其他活性剂时可能出现的口腔护理组合物不能满足调节负担的可能性，而且提高了口腔护理组合物不合乎组合物使用者的需要(例如，使用者对表面活性剂十二烷基硫酸钠(SLS)敏感、使用者厌恶锌化合物的味道、咸味以及使用目前的牙垢控制剂所出现的结晶问题等)的可能性。此外，可能出现进一步的问题。例如，在使用抗细菌剂下的常见问题是出现细菌对试剂的耐药性。
[0003] 核-壳结构的胶态粒子已为人熟知了数十年。最有名的例子是光绕射贵蛋白石，它是在自然环境中经数千年缓慢地形成。其核-壳结构是在20世纪60年代通过电子显微镜发现的。从那时起开始制造各种合成的核-壳胶态粒子。然而，这类核-壳材料的合成常常是复杂的，需要多步涂布方法(参见Kalele等人，“Nanoshell particles：synthesis，properties and applications”，current science，第91卷，第8期，2006年10月25日)。因此，虽然核-壳技术已为人所知几十年，但未曾在牙粉工业中应用，可能是由于制造CSS研磨材料的高成本。
[0004] 因此，在本领域中仍需要具有多功能作用但具有实现多功能作用所必需的最少量成分的口腔护理组合物。还需要开发适用于口腔护理组合物中的另外的抗细菌剂和牙垢控制剂。发明内容
[0005] 本发明涉及核壳二氧化硅粒子，其中每个核壳二氧化硅粒子包含二氧化硅核，并且用I族金属硅酸盐蚀刻二氧化硅核的表面。
[0006] 本发明还涉及包含所述核壳二氧化硅粒子的组合物。
[0008] 本发明还涉及一种减少或抑制有此需要的患者口腔中的细菌的方法，其包括将本发明的组合物施用于患者的口腔表面。
[0009] 金属CSS粒子是指具有适当的+1电荷的金属，例如对于Na-CSS，Na是Na+，对于K-CSS，K是K+等。
[0010] 如通篇所使用，利用范围作为用于描述每个和所有在范围内的值和用于描述在范围内的子范围的简略的表达方式。在范围内的任何值可被选为子范围的高端。在范围内的任何值可被选为子范围的低端。
[0012] 除非另作说明，对周围温度或室温的提及是指20-25℃的温度范围。
[0014] 例如，在选项A和/或选项B的情况下，如本文所用的短语“和/或”包括(i)选项A；(ii)选项B；及(iii)选项A加选项B的单独的实施方案。
[0015] 应当理解，每当在本文中用词语“包含”描述实施方案时，还提供按照“由……组成”和/或“基本上由……组成”描述的其他类似实施方案。
[0016] 当本发明的方面或实施方案按照马库什组或可替代的其他组加以描述时，本发明不仅包括总体上所列的整个组，而且包括组的每个成员和主组的所有可能的亚组，以及缺少一个或多个组成员的主组。本发明还设想在要求保护的发明中明确排除任何一个或多个组成员。
[0017] 除非在本文中另有陈述或另外与上下文明显矛盾，否则本文所述的各种要素的所有组合都在本发明范围内。
[0018] 从下文提供的详细说明中可以明显地看到本发明的其他可应用领域。应理解，详细说明以及特定实施例仅仅是用于示例目的，而不意图限制本发明的范围。
[0020] 图1示出了本发明的核壳二氧化硅粒子的示意图。
[0021] 图2示出了核壳二氧化硅粒子的示意图，其显示在以下段落[0141]中所述的光散射模型中限定的参数。
[0022] 图3示出了本发明的核壳二氧化硅粒子的示意图，其中二氧化硅核的内表面用金属硅酸盐蚀刻。
[0023] 发明详述
[0024] 以下对一个或多个优选实施方案的描述在本质上仅是示例性的且绝不旨在限制本发明及其应用或使用。
[0025] 核壳二氧化硅粒子的说明
[0026] 本发明提供核壳二氧化硅粒子，其中每个核壳二氧化硅粒子包含二氧化硅核，并且用I族金属硅酸盐蚀刻二氧化硅核的表面。
[0027] 核壳二氧化硅粒子通过用碱蚀刻二氧化硅(SiO2)以形成核(二氧化硅)-壳(金属硅酸盐)结构的胶体来制备。例如，使用NaOH作为碱形成核(SiO2)-壳(Na2SiO3)结构的胶体。反应如下：
[0028]
[0029] 在胶态核-壳二氧化硅粒子表面上的Na2SiO3分子(为2个Na+反离子贡献2个负电荷)。
[0030] 用金属硅酸盐蚀刻二氧化硅核的表面。术语“蚀刻”意指二氧化硅核的表面溶解并且在二氧化硅核的顶部上形成I族金属硅酸盐。用于制造本发明的核壳二氧化硅(CSS)粒子的方法包括蚀刻原始二氧化硅以便形成Na2SiO3。二氧化硅粒子与碱的反应造成二氧化硅粒子直径的减小以形成二氧化硅核，并且在二氧化硅核的顶部上形成I族金属硅酸盐。Na2SiO3层不是在二氧化硅的原始表面上涂布的附加层。
[0031] 通过用硅酸盐涂布二氧化硅形成粒子的方法描述在现有技术中(例如，Kalele等人，“Nanoshell particles：synthesis，properties and applications”，current science，第91卷，第8期，2006年10月25日)。然而，制备二氧化硅/硅酸盐粒子的这些方法比本申请中描述的方法更为复杂、昂贵并且不同于蚀刻。
[0032] 金属硅酸盐通常包含式M2SiO3.x H2O，其中M是I族金属，且x为0至10。金属硅酸盐可为无水的，即x＝0，或可为水合的。优选地，M为Na或K。
[0033] 二氧化硅核的表面可为二氧化硅核的外表面(参见图1A)。
[0034] 作为替代或另外，二氧化硅核的表面可为二氧化硅核的内表面(参见图2)。
[0035] 在一个实施方案中，每个粒子的外部10nm深处包含0.1至10、任选地0.1至2重量％M2SiO3.xH2O。
[0036] 在一个实施方案中，每个粒子的外部10nm深处具有通式：
[0037] (SiO2)p[Oo*M+mH+hOH-j].qH2O
[0038] 其中O*为呈硅酸盐形式的氧；M为I族金属离子；p、o、m、h、j及q为每个组分的原子百分比(p为SiO2的原子百分比，O为呈硅酸盐形式的氧的原子百分比，m为I族金属的原子百分比，h为H+的原子百分比，j为OH-的原子百分比，且q为H2O的原子百分比)；并且每个核壳二氧化硅粒子的总电荷为零。
[0039] 除H+外的每个组分的原子百分比通常通过化学分析电子光谱法(ESCA)来测定。
[0040] 任选地，每个粒子的外部10nm深处具有以下组成中的一个：
[0041] (SiO2)30.30Na0.41.8.70H2O
[0042] (SiO2)30.67Na0.36.7.63H2O
[0043] (SiO2)23.25[O*11.73H10.26Na13.20].5.33H2O
[0044] 粒子的d(0.5)或d50是以一半群体超过且一半群体低于此直径来分割分布的直径(通常以微米计)。注意到此参数为粒子群的值，且单个粒子的直径可比本文所述的d(0.5)值更大或更小。Dv50(或Dv0.5)是体积分布的中值，Dn50用于数量分布，且Ds50用于表面分布。在本上下文中，d(0.5)将用于指代对于体积分布的中值粒度。
[0045] 在一个实施方案中，CSS粒子的d(0.5)值为5nm至50μm。
[0046] 在另一实施方案中，CSS粒子的d(0.5)值可为26μm至40μm。具有在此范围内的d(0.5)值的粒子通常是半透明的。半透明的粒子是允许光穿过的那些粒子，但是不能看到穿过粒子的图像。这不同于透明的组合物，其允许光穿过并且可以看到穿过组合物的图像。用于测定粒度的方法在本领域中是众所周知的。例如，可使用光散射方法，如使用Mastersizer 2000，Hydro 2000S，Malvern Instruments Limited测定粒度。
[0047] 在另一实施方案中，CSS粒子的d(0.5)值可为18μm至25μm。具有在此范围内的d(0.5)值的粒子通常是半透明的。
[0048] 在另一实施方案中，CSS粒子的d(0.5)值可为10μm至15μm。具有在此范围内的d(0.5)值的粒子通常是不透明的。
[0049] 在另一实施方案中，CSS粒子的d(0.5)值可为5μm至15μm。
[0050] 在另一实施方案中，CSS粒子的d(0.5)值可为2.5μm至4.5μm。
[0051] 在另一实施方案中，CSS粒子的d(0.5)值可为5nm至20nm。
[0052] 在另一实施方案中，CSS粒子的d(0.5)值可为10nm至15nm。
[0053] CSS粒子的d(0.1)值是以10％的群体低于且90％的群体超过此直径来分割分布的直径。
[0054] CSS粒子的d(0.9)值是以90％的群体低于且10％群体超过此直径来分割分布的直径。
[0055] 用于描述粒度分布的分布宽度的值是跨度：跨度＝(d(0.9)-d(0.1))/d(0.5)[0056] 根据本发明的核壳二氧化硅粒子的跨度通常是1.5至3。
[0057] 在一个优选实施方案中，CSS具有10至13μm的d(0.1)、30至33μm的d(0.5)、以及61至64μm的d(0.9)。
[0058] 在另一优选实施方案中，CSS具有6至9μm的d(0.1)、18至21μm的d(0.5)、以及41至45μm的d(0.9)。
[0059] 在又一优选实施方案中，CSS具有3至5μm的d(0.1)、11至14μm的d(0.5)、以及33至36μm的d(0.9)。
[0060] 在优选实施方案中，CSS粒子的d(0.5)值小于人牙本质小管的平均直径。这允许CSS粒子进入牙本质小管，其可能使保护性釉质层遭受损害。在人的牙齿中，靠近牙本质-釉质界处的牙本质小管平均直径是0.9μm，牙本质小管的中截面具有约1.2μm的直径且靠近牙髓的直径为约2.5μm。
[0061] 在本发明的另一实施方案中，选择二氧化硅源以产生CSS粒子，将该CSS粒子配合到牙本质小管(例如， 200-热解法二氧化硅(合成的无定形二氧化硅)，具有0.012μm的d(0.5))中。在本发明的另一实施方案中，CSS粒子的d(0.5)值小于0.9μm。在本发明的仍另一实施方案中，CSS粒子具有在0.010μm-小于0.9μm范围内的d(0.5)。在本发明的另一实施方案中，本发明的CSS粒子还可插塞、堵住釉质中的孔。
[0062] CSS粒子可为球状，或基本上球状的，然而，应当理解粒子可具有其他形状，例如杆状、针状或椭圆体形状。粒子可具有不规则形状。粒子还可形成较大尺寸的聚集物。
[0063] M2SiO3.xH2O可包含多个M2SiO3.xH2O的单层。单层的数量可为2至100、2至40、2至12或12至40个单层。
[0064] 粒子可包含2、4、16、32或36个表面M2SiO3.xH2O单层。
[0065] 二氧化硅优选地选自由以下组成的组：沉淀的二氧化硅、热解法二氧化硅及熔融的二氧化硅。
[0066] 核壳二氧化硅粒子优选地具有高表面电荷密度和离子交换容量。任选地，核壳二氧化硅粒子具有0.5至5.0meq/g的总阳离子交换容量。
[0068] 在另一实施方案中，使用0.20mm石英UV光学池在300至800nm的波长下，所述核壳二氧化硅粒子具有0.8至1.6的浊度。这些粒子可被描述为半透明的。
[0069] 在又一实施方案中，使用0.20mm石英UV光学池在300至800nm的波长下，所述核壳二氧化硅粒子具有1.8至2.4的浊度。这些粒子可被描述为不透明的。
[0070] 另一方面，本发明提供一种包含如上所述的核壳二氧化硅粒子的组合物。
[0071] 所述组合物可为粉末研磨剂。此组合物不包含湿润剂。
[0072] 组合物可包含如上所定义的核壳二氧化硅粒子和载体。
[0073] 优选地，组合物为口腔护理组合物且进一步包含口腔可接受的载体。
[0074] 所述口腔护理组合物呈固体、浆糊、凝胶组合物或液体组合物的形式。所述组合物可采取适用于口服的任何剂型。这些剂型的说明性例子包括但不限于洁牙剂，例如牙膏、牙凝胶、牙齿乳膏或牙粉；漱口水、口腔冲洗剂或口喷剂；口服浆料或液体洁牙剂；口香糖或其他糖果；糖锭；牙线或牙带；预防糊剂或粉剂；单层或多层口服膜剂或凝胶条，例如牙齿条或呼吸条，优选使用生物可降解或口服可消耗的膜剂或凝胶；功能性膜剂或凝胶薄片或功能性毫米、微米或纳米粒子；包含前凝胶或前聚合物的成膜组合物，例如成膜洁牙剂、牙齿涂料；牙齿硬化剂；或在口腔、例如正牙器械或植入物上的包衣。
[0075] 口腔可接受的载体优选为水。
[0076] 对于固体洁牙剂如牙膏，组合物中水的量选自由小于10重量％、小于5重量％、小于1重量％组成的量。在这些量的每个中，水量的下限是0％或不超过0.1％水。
[0077] 口腔可接受的载体可进一步包含湿润剂。所述湿润剂可为乙醇；多元醇，包括但不限于甘油、乙二醇、环己六醇、麦芽糖醇、甘露醇、山梨糖醇、木糖醇、丙二醇、聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)及其混合物；以及糖类，包括但不限于果糖、葡萄糖、蔗糖及糖类的混合物(例如蜂蜜)。
[0078] 在组合物的一个实施方案中，核壳二氧化硅粒子以组合物的重量计以0.1wt％至35wt％的量存在。在组合物的另一实施方案中，CSS粒子以0.1％至1％的量存在。在组合物的另一实施方案中，CSS粒子以0.5wt.％至20wt.％的量存在，在组合物的另一实施方案中，CSS粒子以1wt.％至10wt.％的量存在。
[0079] 在包含载体的组合物的一个实施方案中，核壳二氧化硅粒子的折射率在载体折射率的±0.1单位内。
[0080] 载体可包括但不限于水或其他水性溶剂系统。
[0081] 所述口腔护理组合物可进一步包含抗细菌剂。可能的抗细菌剂包括但不限于三氯生(5-氯代-2-(2，4-二氯苯氧基)苯酚)；8-羟基喹啉及其盐、锌及亚锡离子源如柠檬酸锌、硫酸锌、甘氨酸锌、柠檬酸锌钠及焦磷酸亚锡；铜(II)化合物，如氯化铜(II)、氟化铜、硫酸铜及氢氧化铜；邻苯二甲酸及其盐，如邻苯二甲酸镁氢钾；血根碱；季铵化合物，如氯化烷基吡啶(例如氯化十六烷基吡啶(CPC)、CPC与锌和/或酶的组合、氯化十四烷基吡啶、及N-十四烷基-4-氯化乙基吡啶)；二胍，如氯己定二葡糖酸盐、海克替啶、奥替尼啶、阿立西定；卤化双酚化合物，如2，2′亚甲基双-(4-氯代-6-溴苯酚)；苯扎氯铵；水杨酰替苯胺、度米芬；碘；磺酰胺；二双胍；酚类；哌啶子基衍生物如地莫匹醇和辛哌醇；木兰提取物；麝香草酚；丁子香酚；薄荷醇；香叶醇；香芹酚；柠檬醛；桉树脑；儿茶酚；4-烯丙基儿茶酚；己基间苯二酚；水杨酸甲酯；抗生素如奥格门汀、羟氨苄青霉素、四环素、强力霉素、米诺环素、甲硝哒唑、新霉素、卡那霉素和氯林肯霉素；及其混合物。
[0082] 有用的抗细菌剂的进一步说明性列表提供于美国专利号5,776,435中，该专利以引用的方式并入本文。锌离子源的进一步说明性列表包括但不限于锌盐，包括但不限于乙酸锌、硼酸锌、丁酸锌、碳酸锌、氯化锌、柠檬酸锌、甲酸锌、葡糖酸锌、甘油酸锌、羟乙酸锌、乳酸锌、氧化锌、磷酸锌、吡啶甲酸锌、丙酸锌、水杨酸锌、硅酸锌、硬脂酸锌、酒石酸锌、十一烯酸锌及其混合物。
[0083] 在一些实施方案中，抗细菌剂是在选自由以下组成的组的浓度下存在：0.001重量％至3重量％、0.05重量％至2重量％、及0.075重量％至1.5重量％。
[0084] 在一个实施方案中，除本发明的核壳二氧化硅粒子之外不存在另外的抗细菌剂。
[0085] 组合物可进一步包括抗龋齿剂、脱敏剂、粘度调节剂、稀释剂、表面活性剂、乳化剂、泡沫调节剂、pH调节剂、研磨剂、口感剂、甜味剂、调味剂、着色剂、防腐剂、氨基酸、抗氧化剂、抗牙结石剂、氟离子源、增稠剂、用于预防或治疗口腔的硬或软组织的病状或病症的活性剂、及粘合剂、增白剂及其组合。
[0086] 应当理解，每种上述类别的材料的一般属性可不同，可存在一些共同属性并且在两种或更多种这类材料内的任何给定的材料可用于多个目的。优选地，就与组合物的其他成分的相容性来选择载体。
[0087] 组合物的一个实施方案任选地包含氨基酸。合适的氨基酸包括但不限于精氨酸、半胱氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、丙氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸盐、苯丙氨酸、谷氨酸盐、谷氨酸、苏氨酸、谷氨酰胺、色氨酸、甘氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸及组氨酸、及其两种或更多种的组合。氨基酸可包括R-和L-形式及其盐形式。氨基酸(及其盐形式)还可包括氨基酸的酸酯和/或脂肪酰胺衍生物(例如，乙基月桂酰基精氨酸盐酸盐(ELAH))。
[0088] 组合物的一个实施方案任选地包含抗氧化剂。可使用任何口腔可接受的抗氧化剂，包括丁羟基大茴香醚(BHA)、丁基化羟基甲苯(BHT)、维生素A、类胡萝卜素、维生素E、类黄酮、多酚、抗坏血酸、草药抗氧化剂、叶绿素、褪黑激素及其混合物。
[0089] 组合物的一个实施方案任选地包括抗牙结石(牙垢控制)剂。合适的抗牙结石剂包括但不限于磷酸盐和多磷酸盐(例如焦磷酸盐)、聚氨基丙烷磺酸(AMPS)、六偏磷酸盐、柠檬酸锌三水合物、多肽、聚烯烃磺酸盐、聚烯烃磷酸盐、二磷酸盐。抗牙结石剂以约0.1％至约30％存在。口腔组合物可包含不同抗牙结石剂的混合物。在一个优选实施方案中，使用焦磷酸四钠(TSPP)和三磷酸钠(STPP)。抗牙结石剂包含约1-2％的TSPP和约7％至约10％的STPP。
[0090] 组合物的一个实施方案任选地包含氟离子的至少一个口腔可接受的来源。可使用任何已知的或在本领域中有待开发的来源。氟离子的合适的来源包括氟化物、氟化亚锡、氟化钠、氟化钾、氟化胺、氟化铵、单氟磷酸亚锡、单氟磷酸钠、单氟磷酸钾、单氟磷酸胺、单氟磷酸铵、氟硅酸亚锡、氟硅酸钠、氟硅酸钾、氟硅酸胺、氟硅酸铵及其混合物。一种或多种释放氟离子的化合物任选地以提供总共约100至约20,000ppm、约200至约5,000ppm、或约500至约2,500ppm氟离子的量存在。
[0091] 组合物的一个实施方案任选地包含调节组合物的流变性能和口感的各种洁牙剂成分，如表面活性剂、增稠剂或胶凝剂等。
[0092] 组合物的一个实施方案任选地包含亚锡离子或亚锡离子源。合适的亚锡离子源包括但不限于氟化亚锡、其他卤化亚锡如氯化亚锡二水合物、焦磷酸亚锡、有机羧酸亚锡如甲酸亚锡、乙酸亚锡、葡糖酸亚锡、乳酸亚锡、酒石酸亚锡、草酸亚锡、丙二酸亚锡及柠檬酸亚锡、乙二醇亚锡(stannous ethylene glyoxide)等等。一个或多个亚锡离子源任选地且示例性地以约0.01％至约10％，例如约0.1％至约7％或约1％至约5％的总量存在。
[0093] 组合物的一个实施方案任选地包括表面活性剂(surface active agent/surfactant)。合适的表面活性剂包括但不限于C8-C20烷基硫酸盐的水溶性盐、C8-C20脂肪酸的磺化单酸甘油酯、肌氨酸盐、牛磺酸盐、十二烷基硫酸钠、椰油基单酸甘油酯磺酸钠、月桂基肌氨酸钠、月桂基羟乙磺酸钠、月桂基醚羧酸钠及十二烷基苯磺酸钠、及椰油酰氨基丙基甜菜碱。
[0094] 组合物的一个实施方案任选地包含增稠剂。可使用任何口腔可接受的增稠剂，包括但不限于卡波姆，又名羧基乙烯基聚合物；角叉菜胶，又名爱尔兰藓且更具体地说是卡拉胶(ι-卡拉胶)、高分子量聚乙二醇(如 可获自The Dow Chemical Company)、纤维素聚合物如羟乙基纤维素、羧甲基纤维素(CMC)及其盐，例如CMC钠、天然树胶如卡拉牙胶、黄原胶、阿拉伯胶及黄芪胶、胶态硅酸镁铝、及胶态和/或热解法二氧化硅及它们的混合物。一种或多种增稠剂任选地以约0.1％至约90％，例如约1％至约50％或约5％至约35％的总量存在。
[0095] 组合物的一个实施方案任选地包含调味剂、甜味剂、着色剂、泡沫调节剂、口感剂并且如果需要的话，组合物中可包括其他添加剂。
[0096] 组合物的一个实施方案任选地包含一种或多种其他活性材料，其可操作以便预防或治疗口腔的硬或软组织的病状或病症、预防或治疗生理病症或病状、或提供美容益处。这类其他活性成分的例子包括催涎剂或唾液刺激剂、抗牙菌斑剂、抗炎剂和/或脱敏剂。
[0097] 粘合增强剂也可添加到口腔护理组合物中，包括但不限于蜡(包括蜂蜡在内)、矿物油、塑性凝胶(矿物油与聚乙烯的共混物)、矿脂、白矿脂、虫胶、versagel(液体石蜡的共混物，丁烯/乙烯/苯乙烯氢化共聚物)、聚乙烯蜡、微晶蜡、聚异丁烯、聚乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯共聚物、以及不溶性的聚丙烯酸酯共聚物。
[0098] 作为粘合增强剂同样有效的是液体亲水性聚合物，包括聚乙二醇、具有以下通式的环氧乙烷的非离子聚合物：HOCH2(CH2OCH2)n1CH2OH，其中n1表示氧乙烯基的平均数目。可获自Dow Chemical的聚乙二醇是由数值如200、300、400、600、2000来命名，这些数值表示具有下式的环氧乙烷和环氧丙烷的聚合物以及非离子嵌段共聚物的近似平均分子量：HO(C2H4O)a1(C3H6O)b1(C2H4O)c1H。优选地(关于a1、b1和c1)选择嵌段共聚物以使得环氧乙烷成分占共聚物分子重量的约65至约75％，并且共聚物具有约2,000至约15,000的平均分子量，其中共聚物在液体牙齿增白组合物中以使得该组合物在室温下呈液体的浓度存在。
[0099] 用于本发明实践中的一个特别理想的嵌段共聚物可从BASF商购获得并且命名为Pluraflo L1220(PEG/PPG 116/66)，其具有约9,800的平均分子量。亲水性聚(环氧乙烷)嵌段平均为聚合物重量的约65％。
[0100] 合成的阴离子聚羧酸盐也可作为任何抗细菌剂、抗牙垢剂或洁牙剂组合物内的其他活性剂的功效增强剂用于本发明的口腔组合物。这类阴离子聚羧酸盐一般以其游离酸形式或优选部分地或更优选完全中和的水溶性碱金属(例如钾且优选是钠)或铵盐形式使用。优选是1∶4至4∶1的马来酸酐或酸与另一可聚合的烯键式不饱和单体的共聚物，优选是具有约30,000至约1,800,000、最优选约30,000至约700,000的分子量(M.W.)的甲基乙烯基醚/马来酸酐。这些共聚物的例子可以商品名称 (甲基乙烯基醚/马来酸酐)获自
GAF Corporation，例如，AN 139(M.W.500,000)、AN 119(M.W.250,000)；S-97药物级(M.W.700,000)、AN 169(M.W.1,200,000-1,800,000)及AN 179(M.W.超过1,800,000)；其中优选共聚物是S-97药物级(M.W.700,000)。
GAF Corporation，例如，AN 139(M.W.500,000)、AN 119(M.W.250,000)；S-97药物级(M.W.700,000)、AN 169(M.W.1,200,000-1,800,000)及AN 179(M.W.超过1,800,000)；其中优选共聚物是S-97药物级(M.W.700,000)。
[0101] 当存在时，阴离子聚羧酸盐是以有效实现任何抗细菌剂、抗牙垢剂或口腔组合物内的其他活性剂的功效的所需增强的量使用。一般而言，阴离子聚羧酸盐在口腔组合物内以约0.05重量％至约4重量％，优选地约0.5重量％到约2.5重量％存在。
[0102] 在本发明的不同实施方案的组合物中采用的粘合增强剂是以约0至约20重量％的量存在。优选地，粘合增强剂是以约2至约15重量％的量存在。
[0103] 组合物的一个实施方案任选地包含增白剂，包括但不限于过氧化物化合物，如过氧化氢、碱和碱土金属的过氧化物、有机过氧化合物、过氧酸、其药学上可接受的盐、及其混合物。碱和碱土金属的过氧化物包括过氧化锂、过氧化钾、过氧化钠、过氧化镁、过氧化钙、过氧化钡及其混合物。有机过氧化合物包括过氧化脲(又名尿素过氧化氢)、甘油基过氧化氢、烷基过氧化氢、二烷基过氧化物、烷基过氧酸、过氧酯、二酰基过氧化物、过氧化苯甲酰、及单过氧邻苯二甲酸盐、及其混合物。过氧酸及其盐包括有机过氧酸，如烷基过氧酸、和单过氧邻苯二甲酸盐及其混合物；以及无机过氧酸盐，如碱和碱土金属(如锂、钾、钠、镁、钙及钡)的过硫酸盐、二过硫酸盐、过碳酸盐、过磷酸盐、过硼酸盐及过硅酸盐、及其混合物。在各种实施方案中，过氧化物化合物包括过氧化氢、过氧化脲、过碳酸钠及其混合物。
[0104] 在一些实施方案中，可提供非过氧化物增白剂。在本文中有用的增白剂包括非过氧化合物，如二氧化氯、亚氯酸盐及次氯酸盐。亚氯酸盐和次氯酸盐包括碱和碱土金属如锂、钾、钠、镁、钙及钡的那些亚氯酸盐和次氯酸盐。非过氧化物增白剂还包括着色剂，如二氧化钛和羟磷灰石、颜料或染料。在一些实施方案中，将增白剂与水性载体分离。在一些实施方案中，通过增白剂的包被将增白剂与水性载体分离。
[0105] 另一方面，本发明提供一种用于制造如上所定义的核壳二氧化硅粒子的方法，其包括将一定量在水中的二氧化硅粒子与一定量的碱混合以产生核壳二氧化硅粒子，其中所述碱包括I族金属离子。
[0106] 所述碱并无特别限制，只要其包含I族金属离子。所述碱通常是强碱。优选地，所述碱选自由以下组成的组：氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、磷酸三钠、磷酸氢二钠、磷酸钾、磷酸氢二钾、焦磷酸四钠及焦磷酸四钾。所述碱可具有在0.1至3范围内的pKb值。例如，氢氧化钠具有0.2的pKb，并且氢氧化钾具有0.5的pKb。
[0107] 在组合物的一个实施方案中，组合物包含约65％-99.9％的载体且进一步包括成分，即以下一种或多种：抗龋齿剂、脱敏剂、粘度调节剂、稀释剂、表面活性剂、乳化剂、泡沫调节剂、pH调节剂、研磨剂、口感剂、甜味剂、调味剂、着色剂、防腐剂、氨基酸、抗氧化剂、抗牙结石剂、氟离子源、增稠剂、用于预防或治疗口腔的硬或软组织的病状或病症的活性剂、增白剂及其组合。在组合物的另一实施方案中，组合物包含约80％-99.5％的载体且进一步包括成分。在组合物的另一实施方案中，组合物包含约90％-99％的载体且进一步包括成分。
[0108] 以上任选成分的描述也意在包括这些成分的任何组合。
[0109] 用于形成CSS粒子的组分
[0110] 如上所述，二氧化硅优选地选自由以下组成的组：沉淀的二氧化硅、热解法二氧化硅及熔融的二氧化硅。二氧化硅可为合成的无定形沉淀二氧化硅，如 114或165(J.M.Huber Corp)、Absil 100 C或MFIL P(Madhu Silica)。二氧化硅可为热解法二氧化硅，如Aerosil 200(Evonik)。在另一实施方案中，二氧化硅是熔融二氧化硅，其包括但不限于由Cabot Corporation生产的 HP-60、由C-E Minerals生产
的 10和 44css、以及由Japanese Glass Co制造的Spheron
P1500。
的 10和 44css、以及由Japanese Glass Co制造的Spheron
P1500。
[0111] 适用于本发明中的二氧化硅还包括胶态二氧化硅(增稠二氧化硅)，具有如气凝胶Syloid 244和266(可获自W.R.Grace Company)、Aerosil(可获自DeGussa Co.)以及以商品名称Cab-O-Sils(可获自Cabot Corporation)出售的热解二氧化硅。Tixosil 333和Tixosil 43B(可获自Rhodia Ltda.)、Zeodent 165(可获自J.M.Huber Corporation)。
[0112] 其他适用于本发明中的二氧化硅包括二氧化硅研磨剂，其又包括二氧化硅凝胶和沉淀无定形二氧化硅。这些二氧化硅是胶体粒子/颗粒，当以5重量％浆料测量时其具有在约3微米至约12微米、且更优选地在约5至约10微米之间范围内的平均粒度和在4至10、优选地6至9范围内的pH。适用于本发明实践中的说明性二氧化硅研磨剂由Davison Chemical Division of W.R.Grace&Co.，Baltimore，Md.21203以商品名称Sylodent XWA出售。Sylodent 650 XWA二氧化硅水凝胶由具有29重量％的含水量的胶态二氧化硅颗粒构成，其平均直径为约7至约10微米。
[0113] 适用于本发明中的其他类型的二氧化硅研磨剂包括具有高达约20微米的平均粒度的沉淀二氧化硅，如由J.M.Huber Chemicals Division，Havre de Grace，Md.21078出售的Zeodent 115、或由Davison Chemical Division of W.R.Grace&Company出售的Sylodent 783。
[0114] 所述方法可在17℃至90℃范围内的温度下进行。在一个实施方案中，所述方法在室温下，即20至26℃下进行。在另一实施方案中，所述方法在70至90℃的温度下进行。当以工业规模制备核壳二氧化硅粒子时，用于混合反应物的混合器，如Lee混合器(Lee Industries)优选不被加热。
[0115] 在一个实施方案中，碱是氢氧化钠且所述方法在70至90℃的温度下进行。温度优选为80至90℃。碱优选为50％氢氧化钠水溶液。
[0116] 在另一实施方案中，所述碱为氢氧化钾。当使用氢氧化钾时，所述方法可在室温下进行。使用氢氧化钾是优选的，因为氢氧化钾的较高反应性(与氢氧化钠相比)意味着避免了对加热的需要，且反应可在室温下进行。室温。室温，有时称为周围温度，通常是从20至26℃，且是当不使用反应混合物的外部加热时实现的温度。当以工业规模制备核壳二氧化硅粒子时，用于混合反应物的混合器，如Lee混合器(Lee Industries)通常不能被加热。
[0117] 反应是：
[0118]
[0119] 核壳二氧化硅粒子的形成通常在2小时之后完成。
[0120] 碱(例如50％NaOH水溶液)的量与二氧化硅粒子的量的重量比通常为1∶1至1∶20。在一个优选实施方案中，碱(例如50％NaOH)的量与二氧化硅粒子的量的重量比为1∶1至1∶
6，任选为约1∶4。在一个典型实例中，使用20％高清洁二氧化硅和4.5％NaOH(50％)，且比率是4.5％∶20％＝1∶4.44)。此比率可用于牙膏组合物。
6，任选为约1∶4。在一个典型实例中，使用20％高清洁二氧化硅和4.5％NaOH(50％)，且比率是4.5％∶20％＝1∶4.44)。此比率可用于牙膏组合物。
[0121] 核壳二氧化硅粒子的浊度通常通过提高碱的量与二氧化硅粒子的量的重量比来减小。对于透明核-壳二氧化硅(CSS)，碱(例如50％NaOH)量与二氧化硅粒子量的重量比大于0.5∶1且所有二氧化硅粒子都已溶解。对于半透明CSS粒子，50％NaOH与二氧化硅的重量比为0.45至0.49。对于半透明和不透明的CSS粒子，50％NaOH与二氧化硅的重量比为0.20至0.45。对于典型的CSS牙膏组合物，使用1∶4.44＝0.225∶1的比率。
[0122] 在一个优选实施方案中，二氧化硅粒子与碱的反应造成二氧化硅粒子的d(0.5)值减少1至15nm以形成二氧化硅核，并且M2SiO3.xH2O在二氧化硅核的顶部上形成。通常，随着碱的量与二氧化硅粒子的量的重量比的增加，二氧化硅粒子的d(0.5)值有更大的减小(参见表1)。
[0123] 表1
[0124]
[0125] 二氧化硅粒子的d(0.5)值的减小可为1nm至6nm。蚀刻掉的二氧化硅的量取决于二氧化硅粒子的BET比表面积。具有更大表面面积的粒子，例如多孔粒子如无定形牙齿二氧化硅研磨剂：高清洁二氧化硅Zeodent 105；规则的二氧化硅如Zeodent 114、增稠二氧化硅如Zeodent 165将被蚀刻较浅。刚性二氧化硅粒子将具有更大的蚀刻深度。
[0126] 由于SiO2网状物的共价键被转化为在Na+与SiO32-之间的离子键，所以表面变成偏振的并且吸附水和湿润剂以产生核壳二氧化硅粒子。随着反应继续进行，核壳二氧化硅粒子还可变得较不透明和更不透明，且反应溶液的pH降低。
[0127] 湿润剂的量与水的重量比可选自由以下比率组的组：4∶1至1∶4；3∶1至1∶3；2∶1至1∶2；以及5∶3至3∶5。
[0128] 在一个实施方案中，通过所述方法形成的核壳二氧化硅粒子的d(0.5)值比二氧化硅起始材料的d(0.5)值大至少5％。注意到虽然二氧化硅粒子的直径在方法期间减小，形成较小的二氧化硅核，但包括硅酸盐层的全CSS粒子的直径常常大于原始二氧化硅粒子。
[0129] 核壳粒子的形成可通过测定反应混合物的pH来监控。当反应混合物的pH与反应物的初始混合物的pH相比减小了至少0.5个pH单位时形成所述核壳二氧化硅粒子。通常，当反应混合物的pH与反应物的初始混合物的pH相比减小了至少0.8个pH单位时形成所述核壳二氧化硅粒子。在另一实施方案中，当反应混合物的pH与反应物的初始混合物的pH相比减小了至少0.8-1.5个pH单位且不展现更进一步的pH减小时，得到方法的终点。核壳二氧化硅粒子的形成通常当pH为约11时完成。
[0130] 核壳粒子的形成还可通过测定反应混合物的导电率来监控。当反应混合物的导电率减小了至少250微西门子/cm(μS/cm)时得到方法的终点，因为电荷从高移动性离子(NaOH)转移到移动性低得多的二氧化硅表面(移动性≈0)。在又一实施方案中，当反应混合物的导电率减小了250-400μS/cm时得到方法的终点。通常，当反应混合物的导电率减小了至少2毫西门子/cm(mS/cm)时形成核壳二氧化硅粒子。通常，当反应混合物的导电率减小了至少5mS/cm时形成核壳二氧化硅粒子。
[0131] 热解法二氧化硅
[0132] 热解二氧化硅(有时称为热解法二氧化硅或硅粉)是二氧化硅的极细颗粒或胶态形式。其通过在富氧的烃火焰中燃烧SiCl4以产生SiO2的“烟雾”来制备。二氧化硅粒子彼此融合形成分支的、三维链样聚集物。
[0133] SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl.
[0134] 沉淀的二氧化硅
[0136] Na2Si3O7+H2SO4→3SiO2+Na2SO4+H2O
[0137] 在大多数硅酸盐中，Si原子示出了四面体配位，其中4个氧原子包围中心的Si原子。最常见的例子见于二氧化硅SiO2的石英晶形中。在二氧化硅的大多数热力学稳定晶形的每一个中，平均起来，SiO4四面体的全部4个顶角(或氧原子)都是彼此共享的，得到净化学式：SiO2。除无定形形式之外，SiO2还具有许多不同的晶形(多晶型物)。除超石英和纤维性二氧化硅外，所有晶形都涉及四面体SiO4单元，它们是通过共享的顶角以不同的排列连接在一起。
[0138] 硅酸钠
[0139] 硅酸钠是具有式Na2(SiO2)nO的化合物的普通名称。此系列的一个众所周知的成员是偏硅酸钠Na2SiO3。这些材料又名水玻璃或液体玻璃，其可以水溶液和固体形式获得。当熔融时碳酸钠和二氧化硅反应形成硅酸钠和二氧化碳：
[0140] Na2CO3+SiO2→Na2SiO3+CO2
[0141] 无水硅酸钠含有链聚合阴离子，其是由拐角共享的{SiO4}四面体而非离散的SiO32-离子组成。除无水形式之外，还存在具有式Na2SiO3·nH2O(其中n＝5、6、8、9)的水合2-
物，其含有具有水合水的离散的、近似四面体的阴离子SiO2(OH)2 。例如，可商购获得的硅酸钠五水合物Na2SiO3·5H2O被配制成Na2SiO2(OH)2·4H2O且九水合物Na2SiO3·9H2O被配制成Na2SiO2(OH)2·8H2O。
物，其含有具有水合水的离散的、近似四面体的阴离子SiO2(OH)2 。例如，可商购获得的硅酸钠五水合物Na2SiO3·5H2O被配制成Na2SiO2(OH)2·4H2O且九水合物Na2SiO3·9H2O被配制成Na2SiO2(OH)2·8H2O。
[0142] 在工业中，各种等级的硅酸钠的特征是SiO2：Na2O重量比(重量比可通过乘以1.032转换成摩尔比)，其可在2∶1与3.75∶1之间变化。具有低于2.85∶1的此比率的等级被称为‘碱性’。具有更高的SiO2∶Na2O比率的那些等级被描述为‘中性’。
[0143] 在另一实施方案中，二氧化硅是沉淀的二氧化硅，包括但不限于 114和165(由J.M.Huber生产的沉淀的二氧化硅粒子-化学名称：合成的无定形二氧化硅)、由W.R.Grace生产的 783、由Ineos(PQ Corp.)生产的 AC-43。
[0144] 在另一实施方案中，二氧化硅是熔融二氧化硅，其包括但不限于由Cabot Corporation生产的 HP-60、由C-E Minerals生产的 10和44css、以及由Japanese Glass Co制造的Spheron P1500。
[0145] 在一个实施方案中，如下氢氧化钠与SiO2粒子的表面反应以蚀刻Na2SiO3层的壳：
[0146] SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O
[0147] 如可从反应流程中看出，NaOH将会使二氧化硅产生变化，而在另一个极端情况下，2摩尔NaOH与1摩尔二氧化硅的完全反应将导致完全转化成Na2SiO3。为了获得本发明的核壳粒子，反应过程必须受到控制以便不获得包含适当比例的Na2SiO3的粒子。
[0149] 在一个实施方案中，当至少1-6％的每种二氧化硅粒子起始材料已用一个或多个Na2SiO3单层蚀刻时，形成本发明的核壳二氧化硅粒子。在另一实施方案中，当至少2.5-5％的每种二氧化硅粒子起始材料已用一层或多层Na2SiO3蚀刻时，形成本发明的核壳二氧化硅粒子。在另一实施方案中，当至少3.5-4％的每种二氧化硅粒子起始材料已用一层或多层Na2SiO3蚀刻时，形成本发明的核壳二氧化硅粒子。
[0150] 如上所述的本发明的核壳二氧化硅粒子的形成可通过操纵所用的碱的量和类型、所用的二氧化硅的量、所用的湿润剂量以及改变反应温度来实现。
[0151] 在一个实施方案中，所述方法进一步包括将二氧化硅粒子和碱与湿润剂混合。在一个实施方案中，所述方法进一步包括在4∶1至1∶4之间的湿润剂的量与水量的重量比。在一个实施方案中，所述方法进一步包括3∶1至1∶3；2∶1至1∶2；或5∶3至3∶5的湿润剂的量与水量的重量比。在一个实施方案中，湿润剂包含两种或更多种单独的湿润剂的混合物。在一个实施方案中，所述方法进一步包括干燥所产生的产物以便除去一部分H2O的步骤。
[0152] 在一个实施方案中，所述方法进一步包括使一定量的SiO2粒子与一定量的NaOH和湿润剂在50℃至140℃下反应。在一个实施方案中，所述方法进一步包括使一定量的SiO2粒子与一定量的NaOH在70℃至100℃下反应。在一个实施方案中，所述方法进一步包括使一定量的SiO2粒子与一定量的NaOH在70℃至90℃下反应。在一个实施方案中，所述方法进一步包括使一定量的SiO2粒子与一定量的NaOH在70℃至80℃下反应。在一个实施方案中，所述方法进一步包括使一定量的SiO2粒子与一定量的NaOH在74℃至76℃下反应。在一个实施方案中，所述方法进一步包括使一定量的SiO2粒子与一定量的NaOH在75℃下反应。
[0153] 一般而言，湿润剂在反应过程中的使用允许在如上所述范围内的更高温度的使用。
[0154] 除对反应混合物采样并测试所形成的核壳二氧化硅粒子直到形成具有关于层形成和电荷密度的必需特性的CSS粒子之外，本领域普通技术人员还可确定本发明的核壳二氧化硅粒子在何时通过若干手段获得。
[0155] 在一个实施方案中，当通过所述方法形成的核壳二氧化硅粒子的平均粒径比二氧化硅(SiO2)起始材料的平均粒径大至少5％时，得到方法的终点。在另一实施方案中，核壳二氧化硅粒子在直径上比二氧化硅起始材料的平均粒径大5％-10％。
[0156] 在一个实施方案中，所述方法进一步包括将产生的核壳二氧化硅粒子与载体混合以得到组合物。在一个实施方案中，所述方法进一步包括调节组合物的pH以获得7-9的pH值，所述调节可根据需要使用酸或碱完成。在一个实施方案中，使用酸完成pH调节。
[0157] 另一方面，本发明提供一种可通过如上所定义的方法获得的核壳二氧化硅粒子。
[0158] 又一方面，本发明提供一种减少或抑制口腔中的细菌的方法，其包括向有此需要的患者的口腔表面施用如上所定义的口腔护理组合物。
[0159] 最后一方面，本发明提供一种减少或抑制患者的可拆卸口腔装置中的细菌的离体方法，其包括向可拆卸口腔装置的表面施用如上所述的口腔护理组合物。优选地，可拆卸口腔装置是牙托、托盘、咬口器、正牙牙套及保持器。
[0160] 本发明的另一实施方案是一种使用核壳二氧化硅粒子来减少或抑制有此需要的患者的口腔中的细菌的方法，其包括向患者的口腔表面施用本发明的组合物。
[0161] 用于减少或抑制细菌的方法的另一实施方案包括向有此需要的患者、向患者的可拆卸口腔装置离体施用核壳二氧化硅粒子。在本发明的上下文中，可拆卸口腔装置包括但不限于牙托、托盘、咬口器、正牙牙套及保持器。
[0163] 本发明的另一实施方案是核壳二氧化硅粒子制成组合物来减少或抑制有此需要的患者的口腔中的细菌的用途，其包括向患者的口腔表面施用本发明的组合物或用于减少或抑制细菌，包括向有此需要的患者、向患者的可拆卸口腔装置离体施用核壳二氧化硅粒子。
[0164] 本发明的实施方案在以下实施例中进一步描述。这些实施例仅是说明性的且不以任何方式限制如所述并要求保护的本发明的范围。实施例
[0165] 实施例1
[0166] 表2中所示的组成被用于生产核壳二氧化硅粒子。 114和 165是由J.M.Huber生产的沉淀二氧化硅粒子(化学名称：合成的无定形二氧化硅)。
[0167] 表2：实施例1中使用的成分。
[0168]
[0169] 实施例2
[0170] 将本发明的核壳粒子与其他基于二氧化硅的粒子相比较。所用的组成示于表3中。
[0171] 表3：实施例2中使用的成分
[0172]
[0173] 不希望受理论约束，据信在对照#1中产生的粒子由于缺乏湿润剂(例如山梨糖醇)将水保持在二氧化硅粒子上而不具有粘合特性，这是使SiO2离子化的优选条件。
[0174] 不希望受理论约束，在对照#2中产生的粒子因为不存在NaOH将一些SiO2转化为覆盖其余SiO2核的Na2SiO3层而同样不具有粘合特性。相比之下，在实施例2中产生的核壳二氧化硅粒子具有类似于以上实施例1的粘合特性。这些比较显示需要NaOH，并且水和/或湿润剂是优选的以获得本发明的核壳粒子。
[0175] 实施例3
[0176] 在另一对比实施例中，用甘油取代山梨糖醇作为湿润剂组分，并且以两个不同的重量比添加到水中。制备的组合物示于表4中。对照#3类似于实施例1，但是使用甘油代替山梨糖醇作为湿润剂并且使用8g 50％NaOH代替4g固体NaOH。
[0177] 表4：在对照#3和实施例3中使用的成分和相应的重量。
[0178]
[0179] 不希望受理论约束，在对照#3中产生的粒子不具有粘合特性，这可能是因为水含量不足以将SiO2转化成Na2SiO3。相比之下，在实施例3中产生的核壳二氧化硅粒子具有粘合特性。
[0180] 实施例4
[0181] 使SiO2研磨剂与NaOH溶液反应以生成核-壳粒子。
[0182] 该反应是：
[0183] 将0.8％NaOH(50％溶液)用于澄清的二氧化硅胶体中(参见表5)。当NaOH与过量的SiO2反应时，pH将超出11，随后逐渐降至低于10.0(对于牙膏应用，其需要在6与10之间的pH范围)。在室温下的转换时间是6-24小时，但是加热至更高温度如75℃可能要短得多。胶体的光学性质在反应期间变化，从透明的变为不透明的。
[0184] 表5制造核-壳二氧化硅胶体(模型胶体)
[0185]
[0186] 光学外观变化是因为折射率在壳上的变化。这是有意义的，因为已知SiO2能够与NaOH(或Na2CO3或其他强碱)反应形成Na2SiO3，且与SiO2(1.44-1.45)匹配的折射率变得错配，因此透明度消失。
[0187] 本发明者推测NaOH+SiO2的产物是水合的Na2SiO3(折射率比SiO2低，或nD＜1.44)。为了证实此假设，将更高折射率的非结晶山梨糖醇(折射率＝1.455-1.465)用于增加水溶液(包围二氧化硅粒子)的折射率以匹配核壳二氧化硅的折射率。其变回成完全透明的胶体。这个简单的实验证明壳是由低折射率的水合Na2SiO3组成，其连接在二氧化硅核上。本发明者发现了同心刚性非多孔球状粒子光散射的物理模型以解释胶体为什么从不透明变为透明的反应物。
[0188] 实施例5
[0189] 核-壳(同心)粒子光散射的物理模型
[0190] 此模型是基于“light Scattering by Small Particles”，H.C.van de Hulst，2003，第67-77页。
[0191] 散射强度与介电常数α成比例。
[0192] 对于简单的球状粒子：
[0193]
[0194] 其中：
[0195] ·m＝np/nm，其中np和nm是粒子和包围粒子的含水介质(水+山梨糖醇+盐)的折射率
[0196] ·a是粒子半径
[0197] 对于图1B中所示的同心粒子：
[0198] 对于核粒子，n1是折射率，qa是半径(q是核与壳之间的半径比)。
[0199] 对于壳，n2是折射率，a是半径
[0200] 其中折射率(n)如下所定义：
[0201] n＝n1对于0＜r＜qa
[0202] n＝n2对于qa＜r＜a
[0203] n＝1对于r＞a(在此情况下是空气)
[0204] 这种核-壳(同心)粒子的介电常数是：(仅取决于4个参数：n1、n2、和q、a)[0205]
[0206] 可见介电常数或光散射强度对于简单的球状和同心粒子是不同的。
[0207] 实施例6
[0209] 核壳二氧化硅(CSS)粉末的ESCA分析
[0210] ESCA(化学分析电子光谱法)被用于确定在含水介质中从SiO2和NaOH制备的CSS粉末的表面组成。ESCA仅分析样品表面的外部10nm，因此对于检测二氧化硅粉末表面上的硅酸盐来说这是理想的方法。分析的样品包括这样干燥的粉末以及用去离子水简单冲洗三次以从表面除去任何可溶性残余物。CSS粉末的ESCA表面组成数据示于表6中。
[0211] 表6：来自SiO2(Zeodent 105)的核壳二氧化硅(CSS)粒子的ESCA分析。
[0212]
[0213] 数据显示相对于二氧化硅，钠的显著增加在这样干燥的材料的表面上出现。另外，还在数据中观察到特征为硅酸盐(OSiO3)的低强度氧峰。对于SiO2没有观察到此峰。Na和硅酸盐氧峰的检测强烈地支持二氧化硅粉末的表面上硅酸钠的形成。用去离子水冲洗这样干燥的CSS粉末稍微减少Na和硅酸盐氧，表明表面硅酸盐具有低水溶性。因此，硅酸钠主要保持在含水介质中的二氧化硅表面上。
[0214] 还通过ESCA研究已经历1％CaCl2溶液的CSS粉末以测定材料对Ca的摄取。这样干燥的材料的ESCA结果清楚地显示Ca存在于CSS的表面上。还观察到相对于这样干燥的CSS，Na的减小，表明Ca代替Na存在于CSS表面上。对于CaCl2处理过的样品还检测到低浓度的Cl，提示残留的CaCl2也可存在于材料上。样品的去离子水冲洗除去Cl，然而大多数Ca被保留。因此，数据显示CSS能够从水溶液中吸附和保留Ca离子。此结果支持如上所述的Ca离子摄取数据，并且支持CSS充当牙垢控制剂的可能性。
[0215] 实施例7
[0216] 中红外和偏振分析
[0217] 中红外光谱学被用于证实在核二氧化硅壳层上存在硅酸盐。在所有测量中，三个(多个)反射ATR(衰减全反射)附件被用于增强样品的吸收光谱。这些附件仅允许光穿透到样品中1-2微米，由此增强与疏松基材相比来自表面组分的信号。为了进一步提高信噪比，测量32个扫描并且为每次测量取平均值。
[0218] 二氧化硅与硅酸盐的中红外指纹指纹相当不同并且被很好地分辨。纯二氧化硅的特征是具有靠近1074cm-1的对称的SiO振动和由于SiOH键的伸缩振动造成的约960cm-1的谱带。另一方面，硅酸盐具有在1200cm-1与1100cm-1之间的突出的不对称肩振动。另外，发现从二氧化硅转移来的强不对称伸缩靠近1000cm-1。
[0219] 核壳二氧化硅糊剂的ATR光谱指纹受折射率作用的极大影响，折射率因为像在二氧化硅和硅酸盐中的Si-O伸缩的固有的强吸收而较大。在透射中，Si-O谱带靠近1100cm-1，但在ATR中其通常为约1060cm-1。谱带也不是完全对称的。因为这些糊剂吸收是宽的并且潜在地含有无定形/结晶材料两者。
[0220] 除规则ATR测量之外，还添加偏振附件以深化认识并证实存在表面硅酸盐物质。偏振测量的益处在于其给出了关于样品分子结构涉及结晶度或分子定向的附加信息。在此应用中，由于平面偏振光沿着样品平面定向，所以二氧化硅与硅酸盐的比率将变化。测试的偏振角是：0、30、60、90、120、150及180度。计算硅酸盐(1022cm-1)与二氧化硅(1074cm-1)的光谱比值以证明存在壳硅酸盐。表7示出了来自Na-CSS分析的结果。
[0221] 表7
[0222]偏振角(度) 硅酸盐/二氧化硅比率
0 1.143
30 1.135
60 1.106
90 1.066
120 1.069
150 1.113
180 1.132
0 1.143
30 1.135
60 1.106
90 1.066
120 1.069
150 1.113
180 1.132
[0223] 该分析示出了当平面偏振光定位在0度时硅酸盐的最佳浓度，表明硅酸盐的偶极矩变化位于ATR表面的水平方向上。
[0224] 实施例8
[0225] 动力学
[0226] 进行动力学研究以确定现场制造Na+-CSS胶体所需的时间。使用基于Na+-CSS牙膏配方(#85CSS牙膏)的以下配方。
[0227] 表8Na+-CSS胶体配方
[0228]成分 克
水 1452
甘油 2018
NaOH(50％) 270
Zeodent 105 1320
水 1452
甘油 2018
NaOH(50％) 270
Zeodent 105 1320
[0229] 工序：在反应容器中添加水、NaOH及甘油。缓慢添加Zeodent 105高清洁二氧化硅到含水混合物中。使用蒸汽水浴锅加热混合物以维持反应温度在80-90℃范围内。反应6小时。每小时采集样品以测量当冷却至室温时的pH和导电率。数据列出如下：
[0230] 表9-动力学数据
[0231]时间，小时 导电率(微西门子/cm) pH
0 5220 12.218
1 1880 11.420
2 1324 11.508
3 1248 11.526
4 1077 11.544
5 680 11.625
6 469 11.647
0 5220 12.218
1 1880 11.420
2 1324 11.508
3 1248 11.526
4 1077 11.544
5 680 11.625
6 469 11.647
[0232] 从表9可见，pH和导电率在第一个小时中急剧下降，且接着在2小时之后呈平稳状态。形成CSS的反应在大约2小时内完成。此动力学研究是重要的，因为必须使牙膏批料制造时间减至最短。
[0233] 钾核壳二氧化硅(K-CSS)胶体是基于以下配方：
[0234] 表10K+-CSS胶体配方
[0235]成分 以克计的量
水，75℃ 117
甘油 343
45％KOH 101.1
SiO2 220
水，75℃ 117
甘油 343
45％KOH 101.1
SiO2 220
[0236] 工序：在反应容器中添加热水(75℃)、45％KOH及甘油。缓慢添加Zeodent 105高清洁二氧化硅到含水混合物中。让反应在周围温度下进行6小时，而没有额外加热。在反应期间取样以测量温度、pH及导电率。动力学数据列出如下：
[0237] 表11K+-CSS胶态样品的动力学数据
[0238]
[0239] 表11显示导电率在第一个小时中急剧降低，且接着在2小时之后呈平稳状态。因此，CSS反应在周围(室)温度下在大约2小时之后完成。
[0240] 通过将45％KOH/SiO2从101.1g/220g减至303.2g/1321g改变以上胶体配方来制造K-CSS牙膏并且再次进行动力学测量：
[0241] 表12 K+-CSS胶体配方(减小KOH∶SiO2比率)
[0242]成分 以克计的量
水，75℃ 1005
甘油 2029.3
45％KOH 303.2
SiO2 1321
水，75℃ 1005
甘油 2029.3
45％KOH 303.2
SiO2 1321
[0243] 表13 #118胶态样品的动力学数据
[0244]
[0245]
[0246] 从表13可见，导电率在第一个半小时中急剧地降低并且在2小时之后呈平稳状态。因此，可在没有任何外部加热下，在周围温度下在大约2小时内制成K-CSS牙膏的K-CSS胶体(参见表14中的K-CSS牙膏)。此动力学研究是重要的，因为必须使牙膏批料制造时间减至最短。
[0247] 表14-K-CSS牙膏
[0248]
[0249]
[0250] K-CSS牙膏具有7.7的pH和8.06的10％pH(10％pH是通过将10g牙膏添加于90g水中的10％牙膏溶液的pH(对于牙膏，10％pH应在6与10之间)。注意，1布氏粘度单位是10,000厘泊。
[0251] ESCA光谱法被用于量化K-CSS粒子中的K元素。
[0252] 表15 在K-CSS牙膏中K和Zn(2.25％KOH/2％HaPO4)的ESCA数据
[0253]
[0254] 从表15可见，K见于CSS研磨表面上。概括地说，可使用KOH作为碱以在室温下制造K-CSS牙膏。
[0255] 实施例9
[0256] 在室温下制造K-CSS的方法
[0257] 在室温下制造K-CSS的示例性方案阐述如下：
[0258] 在75℃下添加试验工场水至lee混合器中，接着添加甘油。添加SiO2(Zeodent 105)。添加KOH。混合成分。每隔一定时间移除样品并且测试pH和导电率以确定何时形成K-CSS。添加H3PO4-反应混合物形成凝胶。取样并在Lee混合器中添加NaF、糖精和水，并且混合
10分钟。在PEG 600溶液中分散CMC/黄原胶。在Lee混合器中添加以上树胶溶液。混合。缓慢添加Zeodent 165增稠二氧化硅。施加25英寸真空持续一段时间。移除真空，并添加调味剂、染料和云母。打开刮料机和搅拌器，颜色显示出淡蓝色，在添加SLS之前粘度相当稀薄。在真空下混合10min。停止真空/混合。添加SLS。施加真空，缓慢混合，形成具有厚度一致但仍较薄的产物。最终产物的测量密度是1.279。产物具有淡蓝色。静置2小时之后，测量的初始粘度＝156600cp。布氏粘度＝150600cp，在1加仑罐中几乎不可流动。
10分钟。在PEG 600溶液中分散CMC/黄原胶。在Lee混合器中添加以上树胶溶液。混合。缓慢添加Zeodent 165增稠二氧化硅。施加25英寸真空持续一段时间。移除真空，并添加调味剂、染料和云母。打开刮料机和搅拌器，颜色显示出淡蓝色，在添加SLS之前粘度相当稀薄。在真空下混合10min。停止真空/混合。添加SLS。施加真空，缓慢混合，形成具有厚度一致但仍较薄的产物。最终产物的测量密度是1.279。产物具有淡蓝色。静置2小时之后，测量的初始粘度＝156600cp。布氏粘度＝150600cp，在1加仑罐中几乎不可流动。
[0259] 实施例10
[0260] 透明的CSS
[0261] SiO2研磨剂在高温(70-90℃)下与NaOH溶液反应以生成核-壳粒子。反应是：
[0262]
[0263] 先前，通过过量的SiO2与NaOH(SiO2∶50％NaOH＝20％∶4.5％＝4.44∶1重量百分数比)反应制成不透明的牙膏。以此方式，SiO2粒子仅一小部分(表面)与NaOH反应。不知道有多少百分比的SiO2与NaOH反应，因为SiO2与NaOH的比率基于上述反应是n∶2(n是未知)。
[0264] 希望使用CSS材料制造透明的或半透明的漱口水产品。必须知道需要多少NaOH才能完全溶解SiO2以便制造透明的CSS。通过使SiO2与50％NaOH的比率最小化由以下配方制造透明的CSS胶体以便实现最大的粒子电荷密度。
[0265] 表16透明的Na-CSS胶体
[0266]成分 以克计的量 摩尔
水 2847.4
Zeodent 105 280.1 4.662
50％NaOH 234 2.925
水 2847.4
Zeodent 105 280.1 4.662
50％NaOH 234 2.925
[0267] 在85C下将SiO2完全溶于NaOH中持续4小时，形成透明液体。当计算其摩尔浓度时，SiO2与NaOH的摩尔比(4.662摩尔∶2.925摩尔)＝1.593∶1(摩尔比)。然而，如果假设以下反应：
[0268]
[0269] SiO2∶NaOH＝1∶2摩尔比，仅2.925摩尔/2的SiO2溶解，或者溶解的SiO2/总SiO2＝(2.925)/2摩尔/(4.662摩尔)＝0.3138。因此，大多数SiO2没有溶解。这与所观察到的是矛盾的：所有二氧化硅明显溶解，形成透明的溶液。此计算指示反应(2)是无效的而反应(1)更适当。如果所有二氧化硅都溶解，那么n＞2x 1.593＝3.186。
[0270] 为了进一步证实此发现，可从PQ Corp.商购获得的37.5％Na2SiO3在此研究中被用作对照样品。对于此商购的透明Na2SiO3液体样品，SiO2∶Na2O重量比＝3.220∶1或摩尔比＝3.323∶1。这等效于SiO2∶NaOH＝3.323∶2＝1.662∶1。Na2SiO3/总SiO2＝(1/2)摩尔/(1.662摩尔)＝30.08％。因此，对于商购的Na2SiO3溶液，n＞3.323。
[0271] 通过光散射和ESCA分析样品以确定在透明的胶体中是否存在一些小纳米粒子。基于表16中的上述配方，微调SiO2与50％NaOH的比率并制备以下配方：
[0272] 表17用于制造不透明的、半透明的、及透明的Na-CSS胶体的配方
[0273]
[0274] 当SiO2与50％NaOH重量比＝2.028∶1或摩尔比＝2.700∶1时，发现半透明的Na-CSS胶体。因此，当n≤2.700X2＝5.400时，所有二氧化硅将完全溶解。使用0.20mm厚的石英UV光学池测量以上5个样品的UV-可见光谱(参见图3)。从来自PQ Corp.的37.5％Na2SiO3商业产品制备的14.6％Na2SiO3溶液被用作对照样品。
[0275] 可见半透明的(#152)和透明的(#148和#149)胶体具有与对照样品类似的浊度谱：在300与800nm之间的可见光谱区中不存在散射，这可能是因为不存在SiO2粒子或者如果二氧化硅粒子存在的话，它们是极少的，并且在200与300nm之间的UV区中有一些散射或吸收。
由于更多的二氧化硅用于所述配方中，所以半透明的(#151)和不透明的(#150)样品显示在可见光和UV区中来自SiO2粒子的高得多的散射背景。
由于更多的二氧化硅用于所述配方中，所以半透明的(#151)和不透明的(#150)样品显示在可见光和UV区中来自SiO2粒子的高得多的散射背景。
[0276] ESCA分析：
[0277] 表18-Na-CSS#152的ESCA分析
[0278]
[0279] 基于上述ESCA数据，半透明的样品(#152)含有(基于Na数据)Na2SiO3％＝37.5％X 2.53/13.20＝7.19％。从#152配方可见，如果所有NaOH与二氧化硅反应，那么得到6.84％Na2SiO3，这非常接近于由以上ESCA数据计算的值(7.19％)。
[0280] 下表19显示如通过光散射测定的二氧化硅和CSS粒子的粒度分布。表19示出了以下各物的粒度分布：热解法二氧化硅、Na-CSS胶体、 105沉淀二氧化硅、不透明的Na-CSS(#150)、半透明的Na-CSS(#151)以及半透明的Na-CSS(#152)。
[0281] 表19
[0282]
[0283] 由于高表面面积(能量)，所以小粒子可形成更大的簇。这可从商购的热解法二氧化硅样品(平均粒径据报告为12nm)中看出，通过光散射法，其平均粒度为51.90μm。SEM图片也显示热解法二氧化硅粒子形成更大的簇。从粒度分布可见：(1)在与NaOH反应之后的粒度分布比商购的Zeodent 105高清洁粉末(对照)要窄；(2)较小粒子在较大尺寸的部分之前溶解。
[0284] 将蚀刻的CSS粒子与完全形成的金属硅酸盐(例如Na2SiO3)区分的一个其他手段是比较粘度。37.5％Na2SiO3在pH 11.3时固化。当几乎10x稀释至3.32％Na2SiO3时，溶液仍在约9的pH下固化。相比之下，本发明的CSS粒子在这些浓度和pH下保持在溶液中。因而，本发明的另一实施方案是形成CSS粒子，其在pH 6-10的整个10％pH(通过将10g牙膏添加于90g水中的10％牙膏溶液的pH)范围上保持可流动的胶态形式(即非固化)，这可与其他完全形成的金属硅酸盐区分开，其他金属硅酸盐将在约大于或等于pH 9的pH下固化。
[0285] 实施例11
[0286] 通过NaOH进行的二氧化硅蚀刻
[0287] CSS可由任何种类的二氧化硅材料制成，例如刚性二氧化硅粒子、或多孔二氧化硅粒子如无定形牙齿二氧化硅研磨剂：高清洁二氧化硅Zeodent 105；规则二氧化硅如Zeodent 114、增稠二氧化硅如Zeodent 165。
[0288] 蚀刻掉的二氧化硅的量取决于二氧化硅粒子的BET比表面积-具有更大表面面积的粒子将被蚀刻较浅深度。蚀刻的量还取决于二氧化硅与碱的比率。发现当Zeodent 105二氧化硅对50％NaOH溶液的重量比＝2.02(终点)时，所有二氧化硅溶解。当制造Na-CSS牙膏时，使用20％高清洁二氧化硅(Zeodent 105)和4.5％的50％NaOH。因此，SiO2∶50％NaOH的比率＝4.44∶1。因为溶解的SiO2∶50％NaOH＝2.02∶1，所以在反应之后剩余的SiO2与NaOH(50％)＝(4.44-2.02)∶1＝2.42∶1。因此，剩余SiO2对初始SiO2＝2.42/4.44＝54.55％，或体积变化(ΔV/V)＝54.55％-100％＝-45.45％。注意用于溶解所有二氧化硅材料的终点可能在SiO2与SiO2之间是不同的(不同二氧化硅可具有不同终点，因此例如对于热解法二氧化硅的终点可能不是2.02∶1)。
[0289] 由BET比表面积的计算
[0290] 对于所有SiO2(包括刚性和多孔粒子两者)都使用BET比表面积(S/W)来计算。对于高清洁二氧化硅(例如Zeodent 105，S/W＝35m2/g且密度d＝2.2g/cm3)，在粒径(ΔX)上的变化是由下式给出：
[0291] ΔX＝[(ΔV/V)/(S/W)]x 1/d
[0292] ΔX＝(-0.4545/35x 104cm2/g)x(1/2.2g/cm3)
[0293] ΔX＝-5.90x 10-7cm
[0294] ΔX＝-590nm(-0.590μm)
[0295] 由粒径的计算
[0296] 对于单分散、刚性、球状粒子可利用替代的计算。因为粒子外表面面积极小(与微孔粒子相比)，所以刚性粒子将具有更高程度的蚀刻。
[0297] 求导数：
[0298]
[0299]
[0300]
[0301] 对于12nm热解法二氧化硅(例如Aeorsil 200)，如果通过假定与高清洁二氧化硅(例如Zeodent 105)相同的相对体积变化，dV/V＝-0.4545，那么粒径的变化AD＝-0.1515X 12nm＝-1.8nm。此直径的变化(12nm二氧化硅是-1.8nm)成比例地大于高清洁二氧化硅(10μm二氧化硅的-0.590μm＝5.9％)。
[0302] 实施例12
[0303] 使用ESCA数据的二氧化硅表面上的Na2SiO3层数的模型
[0304] ESCA(化学分析电子光谱法-又名XPS或X射线光电子光谱学)可从表面向下穿透到10nm深。1层二氧化硅或Na2SiO3是大约 (0.1nm)。对于Na2SiO3分子：Na/Si＝2∶1。因此对于100单层，Na/Si＝0.02∶1。但来自ESCA数据：Na/Si＝0.084∶1。因此，存在0.084/0.02＝
4.2≈4层的Na2SiO3。
4.2≈4层的Na2SiO3。
[0305] 实施例13
[0306] 使用拉曼光谱学的二氧化硅表面上的Na2SiO3层数的模型
[0307]
[0308]
[0309]
[0310] 其中：
[0311]
[0312]
[0313]
[0314]
[0315]
[0316] 实施例14
[0317] CSS粒子的喷雾干燥合成
[0318] 合成工序：
[0319] 在反应容器中添加水和50％NaOH。用机械搅拌器(约200RPM)保持搅拌。使用100℃蒸汽水浴加热水溶液以控制温度在80-90℃。缓慢添加Zeodent 105(高清洁二氧化硅粉末)到溶液中。保持搅拌。在约85℃下反应4小时以制造Na+-CSS胶体。停止加热并冷却至室温。保持搅拌过夜。使用滤纸以在真空下过滤以上胶体。收集过滤的液体。使用水洗涤Na+-CSS湿固体以除去可溶性金属离子。通过喷雾干燥干燥Na+-CSS胶体以获得干燥的Na-CSS研磨剂。计算产率(接近100％)，其产率稍微超过100％，因为在固体中存在一些水分而在干燥期间没有完全蒸发。
[0320] 实施例15
[0321] 冷冻干燥工序
[0322] 或者，将实施例14的过滤液体接着与DI水混合，水与Na-CSS的质量比为约1∶1。冷冻混合物直到其变成固体。打开冷冻干燥器以冷却室。当室温下降到-47℃时，将冷冻样品加载到室中并打开真空持续足以形成干燥的CSS粉末的一段时间。
[0323] 实施例16
[0324] 使用刃天青抗细菌测试测定就抗细菌活性对本发明的核壳二氧化硅(CSS)粒子进行测试，其中刃天青的减少是细菌生长减少的量度。
[0325] 使用具有用于口腔护理产品评价中的恒化器接种物(与粘性放线菌(A.viscosus)、口腔链球菌(S.oralis)、小韦荣氏球菌(V.parvula)、干酪乳酸杆菌(L.casei)及核粒梭杆菌(F.nucleatum)的细菌混合物)的刃天青微测定就细菌活力测量所有溶液。刃天青(7-羟基-3H-吩嗪-3-酮10-氧化物)是用作氧化还原反应的蓝色染料，其由色彩感知与呼吸反应作用量化细菌活力。
[0326] 分别使用TSB肉汤(胰酶解酪蛋白大豆肉汤)和乙醇，用与粘性放线菌、口腔链球菌、小韦荣氏球菌、干酪乳酸杆菌及核粒梭杆菌的活的和死的细菌混合物进行每个实验并且将其以适当的比率添加以生成在总共12个点收集的从100％活细菌混合物至100％死细菌混合物的标准曲线。
[0327] 使用来自1ml恒化器接种物的细菌沉淀进行测定并且在Eppendorf管中暴露于1∶1比率的1/4浓度的胰酶解酪蛋白大豆肉汤：测试溶液。在1小时培养之后，通过在适当的混合下添加1ml D/E肉汤去活化进一步的细菌生长并且用1ml TSB肉汤冲洗收集的沉淀以完全除去D/E肉汤(D/E＝Dey-Engley)。将最后的沉淀再悬浮于1.5ml TSB肉汤中并且将100μL的量转移到具有于96孔板中的100μL刃天青染料溶液的96孔板中。在37℃下培养3-5min之后用刃天青测定方案完成OD测量以实现理想的染料反应。
[0328] 从生物学方面考虑到每天细菌中的差异，每天一次进行微测定持续4-5天。最终的细菌活力％代表平均值。本发明的成分浓度被设定为牙膏配方中的实际浓度。
[0329] 表20：刃天青抗细菌测试(活力水平)
[0330]测试组合物 活细菌％
阳性对照(1％ZnCl2+水) 4.88
Na-CSS 2.34
阳性对照(1％ZnCl2+水) 4.88
Na-CSS 2.34
[0331] 如从表20中的数据可见，核壳二氧化硅粒子提供比氯化锌(ZnCl2，一种已知的抗细菌剂)更高的抗细菌活性。
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