牙刷清洁效果研究及高清洁力牙刷的开发

祝智胜 陈敏珊 肖俊芳

(广州舒客实业有限公司,广东 广州 510665)

引言

2017年,国家卫计委发布了《第四次全国口腔健康流行病学调查》,结果显示全国35～44岁居民中,口腔内牙石检出率高达96.7%。牙龈出血检出率高达87.4%。口腔问题发生率较高,反映出国人口腔健康状况不容乐观。口腔健康率严重偏低的情况,与大众日常刷牙清洁不到位有着直接的关系。

众所周知,刷牙是全世界应用最广泛的个人机械控制菌斑和保护牙龈健康的基本方法,其中,牙刷是刷牙必不可少的工具。相关文献[1～3]也指出,通过使用牙刷刷牙可以机械性地去除牙菌斑、软垢、食物残渣以及牙面色渍,同时还能按摩牙龈、促进牙周组织的血液循环和龈上皮增生,增强牙周组织抵抗力,维护口腔的健康。选择合适的牙刷能够较好地清洁牙齿,保持口腔健康,降低口腔疾病的发生率。

然而,刷牙最终的清洁效果取决于多方面的因素,包括牙刷的设计、刷牙的方法、刷牙的时间、刷牙的频率、牙膏的选择以及评估清洁效果的方法等[4]。科学的牙刷设计,可以提高刷牙时清除菌斑和保护牙龈的功能。本研究借助牙刷清洁效果体外评价方法,研究了影响牙刷清洁力的主要因素,包括刷丝直径、刷丝种类及刷头大小,并以此为依据,设计开发了舒客系列高清洁力的牙刷产品,进一步地对舒客高清洁力牙刷进行清洁效果验证和刷牙口感调研。

1 牙刷清洁效果

1.1 牙刷清洁效果概述

据历史记载,3000多年前人类就已有口腔清洁意识:从古老文明的嫩叶木片揉刷牙齿,到古代采用动物鬃毛作为刷毛的木质牙刷,到1938年现代合成纤维作为刷丝的高分子牙刷,再到20世纪80年代兴起的电动牙刷。随着科学技术的发展以及消费者需求的提升,口腔清洁工具迭代更新,不断向着更高科技含量方向发展,但始终都围绕怎样提高刷牙清洁力和清洁效果而进行。

不同类型的牙刷具有不同的清洁效果,对于同一类型的牙刷,如手动牙刷而言,不同的牙刷设计及刷丝方案设计也会有不一样的清洁效果。关于牙刷清除牙菌斑的效果评价,目前认为最佳的方法是参考相关标准进行牙刷去除牙菌斑的临床试验,但临床试验一般周期较长,过程复杂,且成本较高,不能被业内普遍采用。因此,很有必要对牙刷体外清洁力测试方法展开研究工作。

1.2 牙刷体外清洁力测试方法简述

对于牙刷体外体外清洁力效果的评价,目前行业内没有统一的标准和方法。基于模拟刷牙清洁污物的原理,舒客公司自主研发建立了一套在体外条件下测试牙刷清洁力模型和方法[5]。其基本思路及流程如图1。主要步骤包括①预制牙模板涂布污物;②干燥称重,挑选重量符合要求的带污物牙模板;③使用刷牙机模拟刷牙,清除牙模板污物;④使用软件进行图像分析;⑤计算清洁力结果。

图1 牙刷体外清洁力测试流程图

2 牙刷清洁效果影响因素分析

从力学角度看,刷牙过程是由牙刷、牙膏和牙齿等构成的三体磨擦磨损体系,在牙刷刷丝、牙膏及牙齿相互磨擦作用下清除牙垢,同时不会损失牙齿硬组织(牙釉质、牙本质)和牙周软组织(牙龈和牙周)的过程[6]。对于刷牙最广泛的工具——手动牙刷来说,刷丝的直径、刷丝的种类和刷头大小的设计都会影响牙刷的清洁效果。

2.1 不同刷丝直径对清洁力的影响

在相同的条件下,从理论上看,刷丝直径越大,刷丝的硬度也就越大,在刷牙过程中产生的磨擦力也就越大,因而会具有越高的清洁效果。为了验证刷丝直径对清洁力的影响,本研究设计了两组样品进行测试,两组样品牙刷的尺寸完全一样,区别仅为刷丝不一样。样品信息如表1,所选用的刷丝为尼龙丝和双尖丝,所选丝径范围为0.12～0.22mm,均为市售产品常用的种类和丝径。

表1 测试牙刷样品信息表

根据牙刷体外清洁力评价方法,对样品1至样品8进行了清洁力效果的测试,第一组使用尼龙丝植毛的牙刷样品其清洁力结果见图2;第二组使用双尖丝植毛的牙刷样品其清洁力结果见图3。由图2和图3可知,样品牙刷的清洁力范围为34%～98%,无论是尼龙PA刷丝,还是双尖PBT刷丝的牙刷,其清洁力变化趋势都是随着刷丝直径的增加而增大。这是因为在其他条件相同的情况下,刷丝直径越大,牙刷的毛束弯曲力会越大,与牙模板产生更大的作用力,更能清除模板上的污物,因而会产生更好的清洁效果。

图2 不同丝径PA刷丝牙刷清洁力对比图

图3 不同丝径PBT刷丝牙刷清洁力对比图

进一步分析样品1～样品5的清洁力结果,发现当尼龙丝直径在0.12～0.20mm范围时,尼龙丝牙刷的清洁力大小与刷丝直径大小呈现明显的线性关系(R2=0.9869),随着尼龙丝直径的递增,尼龙丝牙刷清洁力效果明显梯度增加,但当丝径增加到0.22mm,清洁力效果却未有明显的增加。该结论提示在进行高清洁力牙刷产品开发时,一方面并不能一味的追求刷丝直径较大的刷丝作为产品的方案,另一方面也需要考虑刷牙舒适性的问题。

2.2 不同种类刷丝对清洁力的影响

为了增加刷丝对牙齿的清洁效果,一些新型的刷丝会在表面进行各种处理,比如通过双股纤维交织一起而成的螺旋丝,或者将刷丝表面处理竹节状的竹节丝等等,均是为了增大刷丝表面与牙齿的接触面积和磨擦性,从而提高刷牙的清洁效果。

在同等条件下,对竹节丝与尼龙丝两种不同类型刷丝的牙刷进行了清洁力的对比测试,结果如图4所示。由图4可知,竹节丝牙刷具有较高的清洁效果,相比之下,竹节丝牙刷清洁力比尼龙丝牙刷的清洁力提高了14.8%。

图4 不同种类刷丝的牙刷清洁力对比图

2.3 不同刷头大小对清洁力的影响

选取了相同刷丝种类和刷丝直径但刷头大小不同(以牙刷毛面尺寸进行测量)的样品进行清洁力效果的测试,其结果如表2。由表2结果可知,一般而言,大刷头的样品比小刷头的样品具有更高的清洁力,因为刷头较大的牙刷其整体刷毛与牙模板接触的面积更大,能清洁到牙模板上更多的区域。然而也会有例外的情况出现,比如牙刷1,虽然是小刷头牙刷,但其清洁效果要好于大刷头的牙刷。

表2 不同刷头大小的牙刷清洁力对比表

3 高清洁力牙刷的开发与验证

基于以上影响牙刷清洁力效果的研究分析,开发了系列舒客高清洁力牙刷产品。以其中一款产品(舒客专效美白牙刷)进行说明。

3.1 牙刷方案的确认

舒客专效美白牙刷的尺寸设计及刷毛方案如表3。采用合适的刷头大小设计,在刷头的中间刷孔部位搭配0.18mm丝径尼龙刷丝,用于提高对牙齿齿面的清洁效果;在刷头的两侧刷孔部位搭配0.18mm丝径双尖丝,用于清洁齿缝间隙区域;同时在刷头的前端刷孔部位采用表面有特殊纹理的竹节刷丝,用于清洁后磨牙及口腔难刷区域,进一步提高了产品的清洁力。

表3 舒客专效美白牙刷方案表

经过物理指标的测试,舒客专效美白牙刷的毛束拉力≥18N,单丝弯曲恢复率≥60%,单丝顶端轮廓磨毛率≥60%,磨尖丝磨尖率≥90%。柄部抗弯力与颈部抗弯力均为变形极限范围内不断,以上物理指标测试均符合国家标准GB 30003-2013[7]的要求。

3.2 牙刷清洁效果的验证

选择相同丝径和类似刷头大小的普通牙刷作为对照组,根据牙刷体外清洁力评价方法,对舒客专效美白牙刷(试验组)和对照组牙刷进行了清洁力测试,其测试数据如表4所示。由表4数据可知,舒客专效美白牙刷能够显著清除牙模板凸起表面和凸凹相邻处的污物,清洁力达到94.2%,相比对照组牙刷,清洁力可以提高34.6%,具有显著的清洁效果。

表4 舒客专效美白牙刷及普通牙刷清洁力测试

3.3 牙刷去除外源性色斑效果的验证

去除外源性色斑效果可以反映牙刷清洁美白牙齿的能力,从另一个角度验证牙刷的高清洁性效果。委托第三方权威机构,对舒客专效美白牙刷和普通牙刷进行了去除外源性色斑效果的对比验证,其结果如表5。显著性差异分析结果如表6。由表5及表6可知,舒客专效美白牙刷刷牙前后色差值变化(△L值)均大于普通牙刷刷牙前后色差值变化,显著性差异分析结果显示两组△L值具有显著性差异(P<0.001),且相较于普通牙刷,舒客专效美白牙刷色差值变化提高了75.8%,说明舒客专效美白牙刷具有去除外源性色斑的功效,能起到清洁美白牙齿的作用。

表5 样品去除外源性色斑效果的对比

表6 显著性差异分析

3.4 牙刷口感调研验证

3.4.1 整体喜好度测评

产品上市前,对舒客专效美白牙刷进行了消费者的口感调研测试(有效样本量为25人)。整体喜好度调研结果如表7所示。数据表明,在所测试人群中,舒客专效美白牙刷的整体喜欢度(比较喜欢+非常喜欢+喜欢)高达92%,能获得消费者的一致好评。

表7 舒客专效美白牙刷整体喜好度测评

3.4.2 口腔异物清洁效果测评

在口感调研中,对舒客专效美白牙刷实际的清洁效果也进行了测评,结果如图5所示。由图5可知,超过80%的消费者认为舒客专效美白牙刷清除口腔异物能力较强(非常容易清洁+比较容易清洁),在实际的使用过程中,比普通牙刷更能彻底清除牙齿软垢和实物残渣。

图5 口腔异物清洁效果测评图

4 结论

①不同刷丝直径对于牙刷清洁力效果具有较为明显的影响,刷丝直径越大,牙刷清洁力效果越好,且尼龙丝牙刷的刷丝直径在一定范围内时,其清洁力大小与刷丝直径大小呈现明显的线性关系(R2=0.9869)。不同种类的刷丝、不同大小的刷头,对于牙刷清洁力均有一定的影响。

②舒客专效美白牙刷的清洁力达到94.2%,比对照组牙刷的清洁力提高了34.6%,具有显著的清洁效果,且具有去除外源性色斑的功效,能起到清洁美白牙齿的作用。