氟化物处理

背景

氟化物治疗是一种应用于牙齿的矿物质溶液，以加强它们并帮助预防蛀牙。含氟产品包括市售牙膏和漱口水，以及牙医专业使用的浓度更高的液体和凝胶。

导致龋齿（蛀牙）的三个主要因素：牙齿上的易感部位、感染性细菌（变形链球菌）、 以及刺激细菌生长的糖类或其他营养物质。随着这些细菌的生长，它们会产生一种酸性副产品，可以溶解牙釉质中的矿物质并最终破坏牙齿。

在过去的几十年里，牙医在很大程度上归功于使用氟化物治疗和氟化水导致蛀牙的急剧减少。一份报告指出，对于美国 5-7 岁的儿童，蛀牙的平均发病率已从 1970 年代的 7.1% 下降到 1990 年代的 2.5%。几乎所有年龄段的人都记录了类似的改进。尽管如此，蛀牙仍然是最常见的儿童传染性疾病，氟化物治疗仍然是对抗蛀牙的重要工具。

氟化物实际上是元素氟的一种形式。元素形式的氟是一种有毒气体，但当它与其他化合物（如锡）发生化学反应时，它就具有新的抗空洞用途。一旦进入口腔，氟化物就会在唾液中稀释并沉积在牙齿表面的菌斑中。在这里，它以两种方式保护牙齿。首先，它直接抑制细菌生长，从而减少口腔中产生的酸。其次，当细菌产生足够的酸来降低牙齿的酸碱平衡时，储存在牙菌斑中的氟化物就会释放出来。当这种情况发生时，氟化物会通过牙釉质中的小孔扩散到牙齿中。氟离子取代羟基磷灰石晶体中的氢氧根离子，羟基磷灰石晶体是牙齿珐琅质的一部分，并形成一种称为氟磷灰石的新化合物。这种牙釉质在口腔细菌产生的酸中溶解度较低，因此有助于保护牙齿免于腐烂。

历史

Frederick S. McKay 是 1900 年代初期在科罗拉多州科罗拉多斯普林斯执业的牙医，他是第一个发现氟化物是有效的蛀牙斗士的人。麦凯注意到，他的许多患者的牙齿上都有斑驳的牙釉质或棕色污渍。到 1916 年，麦凯和他的研究人员发现斑驳是由患者饮用水中的某些物质引起的。他又花了 12 年时间才了解这种影响与龋齿的关系，又花了三年时间才认识到导致这种变化的化学机制。最后，1931 年在 McKay 证实，有斑驳牙齿的患者饮用的天然氟化物含量异常高。整个 1930 年代和 1940 年代对这种联系进行了更详细的研究，最终确定百万分之一是饮用水中氟化物的理想水平，可以显着减少腐烂，同时不会引起斑点。

这项研究促使联邦政府实施了加氟计划，到 1950 年代初，大多数拥有公共供水系统的美国社区都采用了经过氟化处理的水。在口腔护理产品中使用氟化物的想法始于 1956 年，当时宝洁公司推出了“Crest with Fluoristan”。自 1950 年代以来，已经为一般市场和牙科专业人士推出了数十种含氟产品。

尽管氟化物已经使用了几十年，但今天仍然有人担心它对健康的影响。尽管尚未完全了解其化学性质，但研究人员认为，高浓度的氟化物会干扰牙釉质的自然形成。他们的理论是，过多的氟化物会导致矿化不足，导致氟中毒的特征是粉状、混浊或不透明的外观。虽然牙科支持者声称氟化物在很大程度上有助于改善牙齿健康，但也有人声称它会导致某种形式的骨癌。在 1980 年代，由国家毒理学计划进行的一项研究发现，基于对大鼠进行的测试，致癌性的“模棱两可的证据”。然而，该小组最终得出结论，没有可靠的数据将癌症（包括骨肉瘤）与氟化物直接联系起来。

美国和英国牙医协会继续建议成人和儿童每天用含氟牙膏刷牙两次，但他们也建议，为降低氟中毒的风险，儿童不应吞咽牙膏。这个话题仍然是政治辩论的热门话题。

原材料

美国食品和药物管理局 (FDA) 允许在口腔护理产品中使用多种氟化物。氟化物成分根据可能使用的产品类型和必须包含在配方中的百分比列出。

牙膏。 氟化钠：0.22%；单氟磷酸钠：0.76%；氟化亚锡：0.4%。

治疗冲洗。 （配方的 pH 值或酸碱平衡会影响氟化物的功能。产品的 pH 值越高，它包含的酸越多。pH 值越低，它的碱性越强。）氟化钠用磷酸钠、二元酸和磷酸的混合物，其磷酸根离子浓度为 0.1 摩尔，pH 值为 3.0-4.5，从而产生 0.02% 的有效氟离子浓度；氟化钠用磷酸钠、二氢钠和磷酸的混合物酸化至 pH 值为 3.5，产生 0.01% 的有效氟离子浓度；氟化钠 0.02% 水溶液，pH 值约为 7；氟化钠 0.05% 水溶液，pH 值约为 7；氟化钠浓缩物包含在使用前与水混合的适当说明，以产生 0.02% 或 0.05% 的水溶液，pH 值约为 7；以稳定形式销售的氟化亚锡浓缩物，并包含在使用前立即与水混合以形成 0.1% 水溶液的适当说明。

护理凝胶。 氟化亚锡：0.4%。

除氟化物外，这些产品还含有多种其他成分，包括溶剂、增稠剂和 pH 控制剂。溶剂包括水或甘油，出于功效、安全性和成本的原因将其用作载体。去离子水或软化水用于防止不需要的矿物质影响产品的性能或稳定性。配方中水的浓度可以是90%或更多。

添加增稠剂以控制粘度。这些包括黄原胶、角叉菜胶和各种其他树胶和聚合物，浓度在 0.1-2.0% 之间。

添加风味和颜色以使产品更具吸引力。流行的口味包括薄荷、泡泡糖和葡萄，这些都是以百分之几的比例添加的。染料用于以非常低的水平（少于百分之一）赋予颜色。由于产品可能会被意外吞咽，这些染料必须被批准用于食品。

必要时添加防腐剂。根据产品的 pH 值，可能需要它们来防止产品在货架上储存时霉菌或细菌的生长。百分之一或十分之二是防腐剂的典型使用水平。

可以添加有机酸，例如磷酸，以控制产品的 pH 值。一些 将氟化物成分混合并分配到容器中。氟化物的形式需要低 pH 值才能起作用。这些也以十分之几的百分比添加。

设计

氟化物治疗旨在提供处于 pH 值的适当浓度的氟化物，这将有助于在牙齿上沉积正确数量的氟化物。如果氟化物含量太低，治疗将不会有效；如果过高，患者可能会意外中毒。在美国，已制定法律以确保这些产品安全有效。 FDA 将它们作为非处方 (OTC) 药物或牙医使用的专业产品进行监管。此外，FDA 限制了市售产品的尺寸，以减少意外用药过量的可能性。最后，组织确定所有商业产品和专业产品的某些方面的标签要求。在设计氟化物处理时，最需要考虑这些要求。

非处方含氟药物包括牙膏和漱口水。专业产品浓度更高，可以作为凝胶、泡沫或液体使用。它们可能被设计为使用适合牙齿周围的塑料托盘来应用。根据正在配制的产品类型，开发化学家可以从几种类型的 FDA 批准的活性物质中进行选择。同样，在产品设计中必须考虑这些监管因素。

治疗配方的主要例子是： 酸化磷酸盐氟化物凝胶，含 1.23% 氟离子，pH 值为 3.5，在放置托盘时易于流动，但在治疗过程中会变稠，因此不会滴入患者的喉咙；氟化钠凝胶，含 2% 氟离子，pH 值为 7.0，用于对瓷修复体进行蚀刻；含 0.63% 氟离子的氟化亚锡液体冲洗，旨在防止蛀牙，减少牙菌斑堆积，并有助于减少牙龈炎症和出血； APF 氟化物泡沫含有 1.23% 氟离子，pH 值为 3-4.25，设计为易于使用的非气溶胶泡沫，可减少患者的意外摄入。

制造
过程

批处理

• 1 含氟处理剂的制造过程与其他口腔护理产品的制造过程相似。由于治疗中使用的大多数氟化物都是水溶性的，因此这些产品相对容易制造。制造过程涉及简单的混合，不需要任何特殊的溶剂或乳化。可在大至 3,000 加仑 (11,356 1) 的不锈钢罐中进行大批量生产。第一步是在配料罐中加入水或甘油，它们在配方中所占的比例最大。水用电动涡轮搅拌器搅拌。当添加其他成分时，混合速度由计算机控制以优化搅拌条件。虽然制造程序差异很大，但通常在批处理过程的早期添加颜色。这些产品中使用的染料是高度浓缩的，如果错误地添加了过多的染料，在添加更昂贵的成分之前处理这批染料会更容易、更便宜。
• 2 其他成分可依次添加。根据所选氟化物形式的溶解度，可能需要加热和冷却以帮助快速溶解粉末。在此批处理过程中，可以在混合过程中定期取样以检查清晰度。在配料过程即将结束时，引入 pH 控制剂。他们确保批次具有适当的酸碱平衡。如果香料对热敏感，则在操作结束时添加香料。

批量检查

• 3 批次完成后，必须对其进行评估以确保其符合规格。确保活性成分以其指定浓度存在尤为重要。使用 pH 分析、固体重量百分比和氟化物浓度等测试来保持产品规格。

填充操作

• 4 批次完成并获得批准后，即可进行灌装操作。根据工艺的性质，批料可以直接从批料罐中填充，也可以转移到辅助容器或储罐中。使用高速灌装设备，但灌装速度取决于产品的粘度。与较厚的凝胶相比，稀薄的液体产品可以更快、更有效地填充。
• 5 填充好的包装被送入装配线，在该装配线上安装封闭件。虽然瓶子可能只需要一个简单的盖子来密封它，但包装在管子或泡沫分配器中的产品可能涉及更复杂的密封机制。装满包装并盖上盖子后，该装置就可以进行最终包装了。多个单位可以收缩包装在一起或放在纸箱中运输。

质量控制

除了在制造过程中进行的化学测试外，氟化物处理还需要进行特殊的测试，以确定产品性能。从历史上看，这些测试涉及昂贵的人体临床研究，但自 1988 年以来，牙科专家组允许使用新的实验室测试来确定氟化物治疗的效率。

未来

虽然氟化物治疗的政治前景可能不确定，但它们仍然是对抗蛀牙的重要工具。有朝一日可能会有新的技术进步导致无氟空腔战士。英国研究人员发现了一种新型抗龋剂，可以阻止蛀牙长达三个月。他们的新成分是一种蛋白质片段，称为肽 p1025，它通过将自身附着在导致蛀牙的细菌通常结合的牙齿表面上起作用。蛋白质阻止细菌附着在牙齿上，因此它们很容易被冲走。像这样的突破有朝一日可以提供无氟的方法来预防蛀牙。

哪里可以了解更多

书籍

Wolinsky, L. E. “龋齿与龋病学”。在 口腔微生物学和免疫学。 第二版。埃德。 R. J. 尼森加德和 M. G. 纽曼。费城：W. B. Saunders 公司，1994 年。

期刊

Brady、Robert P. 和 Abbe Goldstein。 “保持对氟化物的信心。” 化学家和药剂师 （1997 年 5 月 24 日）：24。

“漱口水可以消除蛀牙。” 流行力学 （2000 年 2 月）：15。

“用氟化物治疗绝经后骨质疏松症。” 美国家庭医生 （1996 年 1 月）：302。

谢赫、阿米尔和爱丽丝 M.霍洛维茨。 “含氟牙膏的好处。” 学校健康杂志 （1999 年 10 月）：299。

其他

康纳利。 “用氟化物治疗龋齿。”美国专利 5738113，1998 年。

兰迪 舒勒