通过虚拟刷牙改善牙科卫生产品

设计牙膏和牙刷是一种持续的过程，涉及对许多样品的生产和测试。使用新型模拟，可以只需点击咔嗒声来修改各种参数，例如刷毛形状和磨粒粒度。这使制造商能够提高新牙科护理产品的质量，并将其更快地推向市场。

当我们早上醒来时，我们的牙齿上有类似的毛皮涂层：这是一夜形成的生物膜。随着时间的推移，这可以导致龋齿的发展 - 这就是为什么我们使用牙刷去除这个“地毯”的重要原因。市场上有很多牙科卫生产品，包括刷毛圆润，指向，硬，柔软的刷子。还有刷毛的刷毛变化长度。到目前为止，要确定哪些清洁最彻底的，同时对此造成伤害牙釉质制造商不得不尽可能地进行实验。在选择正确的研磨颗粒用于牙膏时也是如此。各种各样的牙膏配方必须混合，然后在人造牙釉质模型上进行测试——这是一项艰巨的任务。这种方法的另一个缺点是，刷子、牙膏和搪瓷只能作为一个完整的系统进行分析，这意味着制造商很难确定在这些实验中观察到的影响来自于各种参数中的哪一个。

模拟牙齿刷牙

弗莱堡的弗劳恩霍夫材料力学研究所(Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM)的研究人员开发了一种新型的模拟技术，从而为该技术提供了帮助。“通过我们的程序，牙科卫生产品制造商可以以快速、经济和可靠的方式确定每个单独参数的清洁效果，”IWM的科学家Christian Nutto博士说。“与真实世界的实验不同，模拟中的单个参数可以很容易修改——无论是牙膏中磨料颗粒的大小、形状和数量，还是它们的制造材料，或者牙刷刷毛的形状和弹性。”我们可以将实验的范围扩大到远远超过现实世界测试的可能范围，从而在产品质量上产生显著的差异。刷牙时刷毛的形状和硬度有什么影响?不同的磨料或牙膏粘度是如何影响牙釉质的?它们又是如何影响牙齿上的生物膜?模拟测试可以为诸如此类的问题提供可靠的答案，而且它在制造商混合牙膏之前就已经做到了。

磨料颗粒的磨损风险

磨料颗粒是牙膏的关键部件，并用于机械地从牙齿上取下斑块。但是一个好的牙膏不应过度磨蚀，多年来摩擦会损伤珐琅质，这不会再生。此外，这种破坏性效果在软牙本质上更加明显。出于这个原因，德国牙医的代表性机构建议患有暴露的根表面的患者选择具有低磨损效果的牙膏。

Nutto博士依赖于IWM开发的Simpartix仿真软件，它使用平滑的粒子流体动力学（SPH）粒子仿真方法。“我们指定了磨料颗粒的特性，如密度，形状和填充因子，”他说。甚至包括牙釉质的参数。然后将虚拟牙刷刷毛擦在牙釉质上，模拟提供有关擦洗颗粒如何与弹性刷毛相互作用的数据。它还计算清洁效果，以及磨料对牙釉质的侵蚀性。这里，来自粉末技术的团队，流体动力学组可以改变刷毛穿过牙釉质以及它们的压力的速度。Simpartix团队与Fraunhofer算法和科学计算SCAI一起，设计了一个额外的软件工具，可以将粒子模拟集成到标准化的仿真程序中。

软件计算牙膏对牙釉质的影响

但是，这些发现与现实相符吗?比较实验由Andreas Kiesow博士和他的工作人员在hallle的Fraunhofer材料和系统微结构研究所IMWS以及Karlsruhe的MikroTribologie CentrumµTC进行。在测试中，一个刷毛被放在一个扣件上，然后以恒定的速度刷过一个已经涂了牙膏的人造牙釉质模型。结果表明，该模拟可以准确地预测牙膏和刷毛对牙釉质的影响。在以后的阶段，它还将能够预测牙膏和牙刷去除牙齿上生物膜的效果。

磨料颗粒的磨损风险

磨料颗粒是牙膏的关键部件，并用于机械地从牙齿上取下斑块。但是一个好的牙膏不应过度磨蚀，多年来摩擦会损伤珐琅质，这不会再生。此外，这种破坏性效果在软牙本质上更加明显。出于这个原因，德国牙医的代表性机构建议患有暴露的根表面的患者选择具有低磨损效果的牙膏。

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