牙膏中的化学成分

牙膏出来之前，人们用牙粉刷牙。牙粉是碳酸钙和肥皂粉的混合物。它的功能是保持牙齿清洁和去除污渍。牙粉的高酸碱度会导致口腔组织发炎。直到第二次世界大战后，治疗牙膏才陆续上市。特别是，使用月桂酰肌氨酸钠作为合成洗涤剂而不是肥皂的牙膏受到公众的青睐。该清洗剂不仅能明显减轻口腔炎症，还能使牙膏气味芳香，并具有抑制导致蛀牙的牙菌斑酸的作用。

用于预防和治疗龋齿的氟化物

20世纪50年代初，一些流行病学研究指出，氟化物可以预防龋齿。因此，含氟化亚锡的牙膏于1955年问世。后来，单氟磷酸钠(MFP)取代了氟化亚锡，成为世界上研究最广泛的氟化物。添加到牙膏中预防龋齿的氟化物现在包括氟化钠和氟化胺。专家们普遍认为，当氟离子的浓度相等时，所有这些氟化物对预防龋齿都有同样的效果。龋齿是由牙釉质或牙釉质下牙本质局部脱矿引起的。脱矿是指有机酸渗透到釉质表面溶解羟基磷灰石，一种牙齿的矿物质。这些酸由口腔细菌在糖代谢或糖酵解碳水化合物代谢过程中释放。由于细菌在牙齿表面——牙菌斑(或牙斑)上形成一层粘附的膜，细菌产生的酸可与牙齿表面长时间紧密接触，因此，羟基磷灰石被酸溶解，产生磷酸氢根离子和钙离子，扩散出牙齿，并被唾液冲走

然而，即使牙齿表面的牙菌斑中存在脱矿质酸，也有证据表明龋齿开始于牙齿珐琅质表面以下。

饮用水、食品和牙膏中的氟离子与羟基磷灰石反应生成氟磷灰石。

溶解度研究证明氟磷灰石比羟基磷灰石更耐酸侵蚀。据研究，釉质表层60um厚度的氟磷灰石含量是釉质内层的10倍，细菌分泌的酸通过微孔进入牙釉质，导致含氟磷灰石较少的内层牙本质脱矿。x光照片上矿化的亚表面区域显示出一个不透明的白色斑点。临床观察表明，含氟牙膏可通过沉积氟磷灰石使白斑再矿化。氟离子也能减少蛀牙，因为它在磷灰石晶体结构上比更大的氢氧根离子更匹配，还因为它能抑制口腔细菌产生酸。含氟牙膏已经减少了全世界千千1000万人的龋齿，并延长了他们的牙齿寿命。然而，不幸的是，老年人将遭受牙龈萎缩，这将暴露牙根并增加牙根表面的洞的数量。这种龋齿可以通过使用含氟牙膏，然后让医生使用含氟凝胶来预防。

预防牙齿过敏

牙膏化学的第二个发展是防止由牙本质过敏引起的疼痛。牙本质过敏是由于热、渗透、撞击或吸入空气刺激牙本质(羟基磷灰石和胶原蛋白)表面而引起的疼痛。通常牙根被牙龈覆盖。但是当牙龈收缩时，牙龈下的根就会暴露出来。由于牙本质较长，覆盖在牙根表面的牙骨质外层很薄。来自食物和口腔细菌的酸会导致牙骨质表面的牙本质微孔或小管张开，导致过敏。牙骨质小管充满液体。冷热刺激会导致液体膨胀和收缩，刺激潜在的牙髓神经并引起疼痛。含钾盐和锶盐的牙膏可以起到预防作用。锶盐会堵塞开放的通道，防止疼痛。据研究，硝酸钾和其他药物可以改变牙髓神经的刺激阈值，削弱神经活动。牙膏含有硝酸钾和一种含氟共聚物，这种共聚物能很好地附着在牙齿表面，起到这种作用。从电子显微镜照片可以看出，用这种牙膏进行的体外试验确实封闭了牙本质小管。缺点是这种治疗方法需要2-4周才能产生显著效果。因此，仍然有必要寻找一种速效材料来预防和治疗牙本质过敏症。

消除牙垢

含氟牙膏在预防龋齿方面的成功已经将药物牙膏的研究重点转移到其他问题上，例如如何预防和治疗牙齿表面牙垢的形成。牙垢也称为牙垢，其主要成分是Ca2(PO4)2.2 H2O。根据国家牙科研究所的统计，34%的学龄儿童和20%-30%的成年人牙垢在牙龈线以上，而60%-65%的成年人牙垢在牙龈线以下。如今，去除牙垢的唯一方法仍然是机械刮擦，这既费时又痛苦。

令人惊讶的是，磷酸钙沉积仅发生在口腔中。尽管许多体液，如血液、唾液和其他分泌物，都含有饱和的钙和磷酸盐，其中一个原因可能是其他体液含有一种天然的抑制剂来防止磷酸钙沉积。

早在1923年，罗伯特·罗宾逊就提出了一种观点，认为阻止磷酸钙沉积的天然抑制剂是磷酸酯，如葡萄糖磷酸酯。但这一说法后来没有得到证实。20世纪60年代初，赫伯特·弗莱什和沃尔特·纽曼指出，含有p-o-p键的焦磷酸是磷酸钙晶体生长的抑制剂。苏黎世的汉斯·穆勒曼(Hans Muhlemann)对焦磷酸盐溶液或锭剂的应用和改性做了大量的研究工作，但收效甚微。他指出，这是因为该化合物被口腔细菌产生的磷酸酶分解——焦磷酸酶、碱金属磷酸酶和酸性磷酸酶。研究表明，焦磷酸类似物用P-C-P取代P-O-P是相对稳定的，但不幸的是，它们干扰了人体骨骼的生长，不能付诸实践。因此，研究人员一直致力于开发安全有效的酶抑制剂来防止焦磷酸分解。早期研究表明，氟离子可以抑制酸性磷酸酶和焦磷酸酶，但不能有效抑制碱金属磷酸酶。最近的研究指出，除非碱性磷酸酶被抑制，否则就会形成牙垢。酶活性越高，形成酒石的趋势越强。直到去年才开发出一种有效的碱金属磷酸酶抑制剂——乙烯甲醚和马来酸的共聚物(PVM/马)。

该聚合物还具有以下优异的生活品质:安全性，因为它被用作牙科粘合剂；在口腔中的滞留时间与焦磷酸相同，甚至更长。聚合物能很好地粘附在潮湿的牙齿表面。核磁共振研究表明，该聚合物能与碱金属磷酸酶活性中心的Zn2+和Mg2+离子螯合。临床研究表明，焦磷酸盐、聚合物和氟化物的组合是一种有效的人体牙垢抑制剂，使用3个月后可减少30%-50%的牙垢。为什么这种混合物能抑制牙垢的形成？这是因为唾液是钙和磷酸盐的来源。当这些离子到达牙斑或牙齿表面时，就会产生牙垢籽晶。在羟基磷灰石的成熟晶体形成之前，晶种将生长到50纳米的临界尺寸。牙垢的化学成分与牙齿相似，所以不可能用化学方法溶解它。在牙膏中加入焦磷酸盐、共聚物和氟化钠后，它们会侵蚀牙石的晶种并溶解它。磷酸钙将被回收。现在这种混合物被加入到世界各地的牙膏中，以防止牙垢的形成。此外，在牙膏中添加锌盐也可以预防和治疗牙垢。它们可以取代磷酸钙中的钙来抑制牙石晶体的生长。

杀菌剂

牙膏化学的第四个方面是杀菌剂的问题。早在1683年，安东尼·范·列文虎克就第一个指出口腔中存在细菌。口腔细菌形成的牙菌斑具有高度有序的结构，每克含有1012个细菌菌落，以及多糖、磷脂和蛋白质。虽然细菌通常不会损害牙龈，但它们的产品会引起组织的病变。1890年，牙科微生物学之父威廉·米盖尔指出，为了预防和治疗牙科疾病，应该使用杀真菌剂来杀死口腔中的细菌。牙膏中添加的杀菌剂品种过去包括抗生素、防腐剂和消炎药，但效果不佳，有明显的副作用。总之，他说，它们会扰乱口腔微生物的正常生态环境。事实上，如果你每天刷牙两次，99%的细菌会被杀死，但是抑制牙斑形成的效果只有6小时。斑块的形成是一个持续的过程，饮食甚至接吻都会导致再次感染的机会。因此，消毒不仅仅是为了防止斑块的形成。一种有效的抗菌剂应具有以下特性:★具有广谱活性；★可留在口腔和牙齿中；★口味纯正；★低毒性；★不要扰乱口腔内正常微生物的生态环境。阳离子杀菌剂如氯己定被广泛用作漱口液。他们是双胍。这些药物在口腔粘膜上具有良好的滞留能力，漱口后12小时内即可释放。然而，这些药物对一些敏感个体有副作用，扰乱味觉，导致牙齿变色并增加牙垢的形成。因此，有必要开发另一种新型口腔杀菌剂，满足上述性能，且无副作用。已经发现非离子化合物三氯生对杀灭口腔细菌具有良好的效果。该药物对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌有效。与阳离子抗菌药物不同，它不会扩散和污染牙齿，也不会影响味觉。然而，药物在口腔中的滞留时间不够长。为了提高保留时间，开发了一种特殊的聚合物-共聚物PVM/马，它可以在12小时内逐渐释放活性三氯生。含有三氯生聚合物的牙膏已经过多次临床试验，现已进入80多个国家的市场。

改善外观

牙膏化学的另一个突破是改善牙齿外观的产品的开发。具有治疗效果的添加剂能使人的牙齿更长，但随之而来的问题是牙齿变色越来越严重。牙齿上有两种类型的菌斑:外部的和内部的。前者是由食物引起的，而后者是由四环素等药物引起的。过氧化氢是消除牙本质菌斑最常用的药物。但是它会破坏牙齿的结构，使它们过敏。为此，开发了一种广谱牙膏，其成分如下:含有表面活性剂，以促进过氧化氢渗透到牙体并溶解内部牙菌斑；含磨料机械去除牙齿表面的菌斑；螯合剂如焦磷酸被包含以防止过氧化氢的分解，因此具有连续的清除作用。因此，该牙膏不仅含有过氧化氢以去除牙齿内的牙斑，含钙研磨剂以防止牙齿损伤，还含有焦磷酸以防止牙斑再次沉积在牙齿上。焦磷酸还有一个额外的好处，因为它可以减少牙垢，从而防止磷酸钙之间的牙斑沉积。为了确保该系统不伤害牙齿，进行了一系列显微硬度测试。电子显微镜显示二水合磷酸二钙会在变色的牙齿中重新沉积，从而增加其硬度。扫描电镜图像显示牙釉质的表面形态没有改变。用X射线光电子能谱仪对表面成分进行了分析，处理后牙齿的矿物成分没有明显变化。