キャビテーションを用いたバイオフィルムの破壊に及ぼすスタンドオフ距離と表面粗さの影響

The effect of standoff distance and surface roughness on biofilm disruption using cavitation.

• N Vyas
• R L Sammons
• S A Kuehne
• C Johansson
• V Stenport
• Q X Wang
• A D Walmsley

抄録

口腔内表面のバイオフィルムを効果的に除去することは臨床上の課題である。歯科用超音波スケーラーの周囲に発生するキャビテーション気泡は、バイオフィルムを効果的に除去する方法として検討されている。表面の粗さやバイオフィルムからの距離などのパラメータが除去にどのような影響を与えるかはわかっていない。本研究では，表面粗さ（0.02～3.15μm）を変化させたカバースリップとチタンディスク上にストレポトコッカス・サンギニスのバイオフィルムを育成した．バイオフィルムからの超音波スケーラースタンドオフ距離を変化させた場合のバイオフィルムの除去面積を計算するために、高速イメージングと画像解析を用いたバイオフィルム除去の実験研究を行った。その結果、2μmまでの表面粗さはバイオフィルム除去に悪影響を及ぼさないが、3μmの表面粗さではバイオフィルム除去が少ないことがわかった。また、スタンドオフ距離も表面粗さによって効果が異なるが、全体的には1mmの距離は0.5mmの距離と同様に効果的であった。結果は、これまでの研究では15～60秒であった超音波スケーラーチップの動作時間がわずか2秒であったため、有意なバイオフィルム除去効果が得られたことを示している。バイオフィルム除去の高速イメージングと画像解析のために開発された技術は、他の分野で生体材料表面からの物理的なバイオフィルムの破壊を調査するために使用することができます。

Effective biofilm removal from surfaces in the mouth is a clinical challenge. Cavitation bubbles generated around a dental ultrasonic scaler are being investigated as a method to remove biofilms effectively. It is not known how parameters such as surface roughness and instrument distance from biofilm affect the removal. We grew Strepotococcus sanguinis biofilms on coverslips and titanium discs with varying surface roughness (between 0.02-3.15 μm). Experimental studies were carried out for the biofilm removal using high speed imaging and image analysis to calculate the area of biofilm removed at varying ultrasonic scaler standoff distances from the biofilm. We found that surface roughness up to 2 μm does not adversely affect biofilm removal but a surface roughness of 3 μm caused less biofilm removal. The standoff distance also has different effects depending on the surface roughness but overall a distance of 1 mm is just as effective as a distance of 0.5 mm. The results show significant biofilm removal due to an ultrasonic scaler tip operating for only 2s versus 15-60s in previous studies. The technique developed for high speed imaging and image analysis of biofilm removal can be used to investigate physical biofilm disruption from biomaterial surfaces in other fields.