牙菌斑 pH 检测电极-口腔穿戴设备

以前的团队有些保密需求写不了相关的主题，但是现在解禁了，可以写了。

今天讨论相关话题，口腔环境如何测量？

首先要知道一个东西叫牙菌斑：

牙菌斑（dental plaque）又称牙垢（相对于牙石），是在牙齿及牙龈表面逐渐沉积的生物薄膜，组成的微生物主要是细菌，也有真菌；牙菌斑形成的初期是黏稠的薄层无色沉积物，但变厚时会形成牙石而呈现淡黄色或棕色。牙菌斑常见于齿间、齿前、齿后、咀嚼面、沿着龈线（龈上）或龈线下的齿颈边缘（龈下）。

这里找一个图示意一下

那最快速的知道菌斑的办法是什么？

牙菌斑显示剂一般为含有可食用色素的染色剂，在刷完牙后用棉花棒均匀涂抹于牙齿、牙龈表面，再以清水漱口将多余显示剂吐出，若牙齿表面显现出红紫色斑，代表有牙菌斑残留，需再用牙间刷及牙线去除色斑。

牙医如此说

原理在这里

除了在正规医院使用，更多的是给儿童使用

我截取的是日本这家公司的染色剂，它们把产品做了很好的归类

使用起来很简单，就是涂上以后，去清洁，然后去观察残留的颜色

但是它单价昂贵，按照ml去算。而且很多领域要的是量化，以上无法给出的。

说到底呢，口腔是一个理化环境，就可以引入一些理化的手段。首当其冲的就是PH这样的指标。

去年的CES电子展，老师给我带回来一个有趣的东西。

可能这样看不清

这样就看清楚了

一种可穿戴的牙科设备，这个产品就很有趣了。这就好像他们做了MVP，证明了这个东西的可行性。

牙菌斑生物膜是口腔微生物定植在牙面的形成的口腔微生态，其可引起龋病、牙周病等口腔常见病，因此对牙菌斑的控制是预防龋病的有效途径之一 。

牙菌斑环境中多种因子如细菌、糖、酸、钙、氟离子等的检测，都是可以用于其致病力监测的重要途径。牙菌斑原位 pH 值是指采用电极直接在牙面菌斑原位测定得到的菌斑 pH 值。

牙菌斑 pH 值与牙硬组织脱矿之间存在着密切的关系，其 pH 临界值为 5.5 左右 。菌斑原位 pH 值检测一直作为其代谢及其个体龋活性检测的有效指标，在龋病预防实践中起重要作用 。体外检测菌斑pH 值准备工作复杂且不能实现连续监测，因此应用牙菌斑 pH 检测的电极技术可以有效辅助龋风险的评估。

玻璃电极最先被用于菌斑pH 值测定，但其薄弱的玻璃膜在接触法检测牙面pH 值时易损坏，因此相比接触法，该电极多应用于牙菌斑 pH 值的体外采样检测以及埋伏电极后的遥感监测。

这种电极我也找不到小的：

很大只

金属氧化物微电极在使用中可以兼顾性能及强度。氧化锑微电极首先被应用于描述牙菌斑原位 pH 值的变化，这之后相继出现氧化钯、氧化铱微电极，但这类电极存在制备工艺复杂、成本较高的问题。

这样的

综合来看这个好像是可以量产的技术-这里缺了很多的论述

自己补这个文章

一般都会设计成三电极模式

传统工作电极(WE)一般采用滴汞电极、悬汞电极、玻碳电极、金电极等，这些电极由于制备和储存的需要，工作电极外型尺寸一般在厘米级别。

滴汞电极和悬汞电极由于机械稳定性差、毒性、不易储存等缺点，在金属离子电化学自动检测中逐渐被淘汰。玻碳电极和金电极机械性能优良、化学性能稳定，但裸的玻碳电极和金电极检测重金属离子灵敏度较低，所以常在电极表面修饰不同的界面材料，如生物材料、纳米材料、高分子材料、金属氧化物、碳纳米管、石墨烯等新型材料进行化学修饰，从而达到对目标金属离子的选择性、灵敏、稳定检测。

但上述化学修饰电极在制备过程中，首先需要对玻碳电极和金电极表面的机械打磨，这不仅费力费时，而且机械打磨后的电极一般重现性较差；另外，化学修饰电极的缺点是稳定性和抗干扰能力较差，难于长时间保存，检测环境参数的微小变化即导致传感器的失灵，非常不利于现场重金属离子的检测。

相对传统三电极体系，集成芯片式微型三电极不仅尺寸小，电极状态和位置距离固定，易于保存和携带；而且采用固态Ag或Ag/AgCl参比电极，相对商业Ag/AgCl(3MKCl)电极修饰步骤简单方便，成本低，可微型化和集成化用于制备一次性电化学传感器。

这里看这个价格，很贵，你说能有啥？不就是印刷（可能是我不知者无畏了）

下面看一个国外的小组的活~

（1）单电极（Single electrodes，SE）

薄膜电极的标准尺寸为10x6mm，以玻璃为基质，采用SU-8树脂作为保护层，电化学池的大小为2mm, 适合1-5ul样品。具有经济高效，高分辨率、高灵敏度，低试剂消耗，可重复使用等优势。

金属单电极基于三电极体系，一个工作电极（WE）、参比电极（RE）和辅助电极，适用于电分析、流动系统、纳米技术或生物传感器开发。

薄膜金电极可用作酶和生物传感器，适合硫醇类、DNA等物质的检测，薄膜铂金电极适合气体传感器的开发，如氧气、氨气的检测等。

而双金属电极可用于工作电极表面选择性的修饰而不影响参比电极和辅助电极的情况。

（2）微电极阵列（microelectrode arrays, MEA ）

MEA微电极阵列具有蜂窝状微结构的针孔，直径为1 mm的工作电极上有10或5μm微孔。通过快速达到稳定状态，提高灵敏度和检测限。

（3）薄膜叉指电极（interdigitated electrodes, IDE）

金属叉指电极由两个独立的电极阵列构成，无参比电极和辅助电极，特殊圆形电池的设计更好的适应样品液滴（小于10ul），高的分辨率和精确性。用于阻抗、电容、导电性和燃料电池。叉指电极有铂金和黄金叉指电极，具有不同的宽度和缝隙。用于光学和电化学阻抗研究，光谱电化学等。

（4）叉指阵列微电极（interdigitated array microelectrodes IDA）

叉指阵列电微极具有四个电极，2个叉指工作电极，1个参比电极和1个辅助电极，可采用单模式或者双模式。包括铂金和黄金薄膜叉指电极阵列，其中铂金叉指阵列微电极适用于硫醇、尿酸、抗坏血酸、癌症生物标志物、杀虫剂等检测，铂金叉值阵列微电极用于气体传感器，氧气、二氧化氮、爆炸物等检测。

（5）叉指环阵列微电极（interdigitated ring array microelectrodes IDRA）

叉值环状阵列微电极采用四电极配置，两个环状叉指工作电极，可采用单电极模式和双电极模式，尤其适合流动分析系统。

（6）定制化的薄膜电化学传感器

可提供单电极或者多电极系统，集成一个或者多个工作电极，和一个参比电极、辅助电极。不同的线性和环状叉指电极，以及双叉指电极传感器，以及寻址微电极阵列系统，微电极阵列芯片（4套7个微电极，28个独立的寻址微电极），多电极芯片等。

就是这样的

测量类更多的是卖耗材，也就是说反而调理电路没有的吸引人，当然也是有难度的，小型化，低功耗等，也是忽视不了的。

相关的东西呢，只能找论文复现了，更多的是一些专利，

需要关注这个公司

它们可以测量的是这些

上面说的是，测量PH重要的是电极，而在牙齿内的测量还有一些问题。

牙菌斑的位置、结构特殊，牙邻接点以下等龋易感部位操作空间小，需要体积微小的电极才能实现这些牙菌斑的 pH 值检测。然而，缩小体积的同时也存在着技术复杂、成本高昂以及电极易损坏的问题，因此牙菌斑 pH 检测电极技术仍旧未能实现在临床上的推广。

未来尚需针对这些不足进一步优化电极的制备技术，使牙菌斑pH 值的检测技术的应用不再仅仅局限于实验室，也能辅助临床的龋风险筛查。

此处就是需求

浙大有个nature，是在牙齿上面搞的东西

第一层是控制电路，实现无线能量收集、传感控制、药物输送控制和无线数据传输。该电路在聚酰亚胺 (PI) 基板上制造，柔性且薄。为了紧凑设计，电路采用双面布局。

NFC芯片、微控制器（MCU）芯片、电阻和电容位于正面，而由铜线制成的NFC天线位于背面。

第二层是电极阵列，包括传感模块和药物输送模块。电化学电极由薄且可拉伸的聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜支撑，并通过导电点与电路连接。当致龋细菌在牙齿上产生酸时，牙贴上的电化学电位传感器会记录局部微环境中pH值的变化，并传输到智能手机上。相应地会发出有关潜在龋齿病变的警告。

如有必要，可以通过定制的移动应用程序将命令发送到药物输送模块，按需释放氟化物，通过抑制细菌活性和促进再矿化来有效阻止和逆转龋齿病变阶段。

系统

为了说明牙补片系统的工作原理，框图如上图所示。通过 13.56 MHz 电磁场下的感应耦合，能量可以从支持 NFC 的智能手机无线传输到 NFC 天线。获得的能量被NFC芯片调制为稳定的电压输出，作为无电池系统的电源。

为了匹配口腔内有限的空间，低功耗MCU芯片集成了信号链外围设备，包括模数转换器(ADC)、多个运算放大器(Amp)和数模转换器采用DAC（DAC）来减少电路尺寸、功耗和材料成本。针对酸性微环境监测，利用MCU芯片建立了电化学开路电位法。

pH敏感电极的电位被ADC采样并转换为数字信号，并通过NFC芯片和天线无线传输到智能手机进行数据处理。pH 值将显示在屏幕上。如果表明牙齿长期处于酸性环境下，可以通过智能手机下达治疗指令。对于药物输送模块，DAC 向电极施加恒定电势，以电释放氟化物。释放潜力和时间可以根据需要设定，以调整氟化物的释放量。

该贴片小型化且重量轻。通过NFC的应用，系统不仅实现了与移动终端的无线通信，而且摆脱了刚性板载电池的限制。电路元件的减少使得系统集成度更高，大大提高了口腔内应用佩戴的舒适度和安全性。电化学传感模块与电控药物输送模块一起为龋齿监测和治疗提供了有效的治疗诊断平台。

a：电极阵列的光学图像和分解图。

比例尺，3 毫米。

电极阵列由丝网印刷导电油墨作为电化学电极界面、铜线和铜点作为导电轨道、PI和PDMS薄膜作为基板和封装组成。柔性电极阵列小型化、超薄且重量轻，可以保形地连接在牙齿上。

b：柔性电极阵列的机械变形，包括弯曲和拉伸。

c：电极多层修改的分解示意图。

d：聚苯胺（PANi）修饰电极的扫描电子显微镜（SEM）图像。比例尺，100 nm。

e：聚吡咯 (PPy) 修饰电极的 SEM 图像。

比例尺，1 μm。

f电沉积在药物输送模块工作电极上的聚吡咯/氟化物 (PPy/F) 的能量色散光谱 (EDS) 图像，包括 C（红色）、N（绿色）和 F（蓝色）元素图谱。

文章我就不说太多了，是很有帮助的文章。

还有一个也是可以研究的，但是网站没有打开

口腔穿戴设备是一个新领域，文章也不多，产品更少。但是限于我本身的专业，更多是材料制备的事情，看不懂，睡了。

https://www.nature.com/articles/s41528-022-00185-5

https://www.instrument.com.cn/netshow/SH104807/down_1011666.htm

https://www.instrument.com.cn/netshow/SH104807/C473974.htm