炭酸水で振動する歯科用超音波スケーラーのキャビテーションを利用したバイオフィルム除去の改善

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Ultrason Sonochem.2021 Jan;70:105338. S1350-4177(20)31049-X. doi: 10.1016/j.ultsonch.2020.105338.Epub 2020-09-03.

炭酸水で振動する歯科用超音波スケーラーのキャビテーションを利用したバイオフィルム除去の改善

Improved biofilm removal using cavitation from a dental ultrasonic scaler vibrating in carbonated water.

N Vyas
Q X Wang
A D Walmsley

PMID: 32979637 PMCID: PMC7786568. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2020.105338.

抄録

バイオフィルムの洗浄を改善するためのキャビテーションの使用は、非常に興味深いものです。医療用インプラントに付着したバイオフィルムを効果的に除去し、特に歯科用インプラントに付着したバイオフィルムを除去するシステムは現在のところ存在しない。歯科用超音波スケーラーの先端を振動させて発生させたキャビテーションは、歯科用インプラントなどの生体材料を洗浄することができる。しかし，臨床応用のためには，この洗浄プロセスを大幅に加速する必要がある。本研究では，CO濃度の異なる炭酸水の中でスケーラーを動作させることで，キャビテーションを増加させることができるかどうかを検討した。超音波スケーラーのチップ周辺のキャビテーションを高速画像で記録した。画像解析により、キャビテーションの面積を算出した。静水および炭酸水の中で超音波スケーラーを用いて、表面に細菌のバイオフィルムを成長させ、その除去状況を高速度カメラで撮影した。炭酸濃度の上昇に伴い、キャビテーションが大幅に増加している。また、炭酸水に浸した場合、非炭酸水に比べて先端付近から早くキャビテーションが発生した。炭酸水でスケーラーを作動させた場合、バイオフィルムの除去量が大幅に増加した。この結果から，炭酸水を使用することで，臨床場面での超音波スケーラー周辺のキャビテーションが大幅に増加・促進され，歯科インプラントやその他の生体材料からのバイオフィルム除去が改善される可能性が示唆された。

The use of cavitation for improving biofilm cleaning is of great interest. There is no system at present that removes the biofilm from medical implants effectively and specifically from dental implants. Cavitation generated by a vibrating dental ultrasonic scaler tip can clean biomaterials such as dental implants. However, the cleaning process must be significantly accelerated for clinical applications. In this study we investigated whether the cavitation could be increased, by operating the scaler in carbonated water with different CO concentrations. The cavitation around an ultrasonic scaler tip was recorded with high speed imaging. Image analysis was used to calculate the area of cavitation. Bacterial biofilm was grown on surfaces and its removal was imaged with a high speed camera using the ultrasonic scaler in still and carbonated water. Cavitation increases significantly with increasing carbonation. Cavitation also started earlier around the tips when they were in carbonated water compared to non-carbonated water. Significantly more biofilm was removed when the scaler was operated in carbonated water. Our results suggest that using carbonated water could significantly increase and accelerate cavitation around ultrasonic scalers in a clinical situation and thus improve biofilm removal from dental implants and other biomaterials.