圧電歯科用スケーラーの2つの異なる流動性複合充填材に対する粗さの影響

この方法論により、標準化された力と安定性で、任意の角度で任意の試料に歯科用器具を塗布することができます。このアプローチは、マイクロモーター、タービン、超音波スケーラーなどのハンドヘルド要素を備えた歯科用機器がさまざまな表面に与える影響を標準化するために、健康科学で広く使用される可能性があります。

歯科用超音波スケーラーは、歯周治療で一般的に使用されます。しかし、歯の表面を粗くする能力は、歯周病の主な原因である歯垢の生成を増加させる可能性があるため、懸念事項です。この研究では、圧電超音波スケーラーが2つの異なる流動性複合充填材料の粗さに及ぼす影響を研究しました。これを行うために、2つの流動性複合材料のそれぞれから10個の円盤状のサンプルを生成しました。標準化された研磨後、サンプルを24時間水に浸した後、電子顕微鏡とプロフィロメトリーを使用した最初の表面検査を行いました。超音波スケーラーは、水冷および調整された力の下で60秒間、各サンプルの指定された位置に適用されました。ポストスケーラー表面パラメータを再度調べました。スケーラーの適用後、両方の複合材料は、プロフィロメトリー(p < 0.01)によって決定されるように、表面粗さの顕著な増加を示しました。さらに、観察された表面粗さも走査型電子顕微鏡で定性的に視覚化されました。スケーラー適用後の初期粗さレベルは 2 つの複合材料間で同等でしたが (p = 0.143)、表面テクスチャに大きな不一致は見られませんでした (p = 0.684)。日常的に使用される流動性複合修復物に高出力圧電超音波スケーラーを使用すると、かなりの表面粗さが生成され、プラークの蓄積が増加する可能性があります。それにもかかわらず、従来のモノマー成分を有するナノハイブリッド流動性複合材料は、この実験の制限内で同等の表面変化を示す可能性があると仮定できるかもしれません。

口腔の健康を維持することは、包括的な歯科治療の基礎であり、歯周病の予防と治療における衛生の役割は十分に確立されています。衛生段階で使用されるツールの1つは、歯科用超音波スケーラーであり、これは歯石と歯垢¹を除去するために使用されます。しかし、スケーラーが歯の表面を洗浄する効果は重要ですが、修復材料への影響は、歯科材料科学における継続的な研究と関心の対象となっています。特に表面粗さは、プラーク²の蓄積と保持に寄与することが示されており、一般的に使用される歯科用器具が修復材料にどのように影響するかを理解する必要性が浮き彫りになっています。

最近の研究では、圧電歯科用スケーラーが歯または複合充填材に及ぼす粗さの影響について比較分析が行われました^3,4,5。Mittalら⁵は、圧電スケーラーでスケーリングされた根の表面は、磁歪スケーラーでスケーリングされたものよりも粗くないことを発見しました。Arabacı et ^al.3 は、圧電超音波スケーラーを使用して、先端の摩耗が根の表面粗さに及ぼす影響を調べ、先端の摩耗に基づく侵食比の違いを発見しました。Goldstein et ^al.4 は、磁歪性超音波スケーラーは、音波スケーラーと比較して、樹脂ベースの修復材料の表面粗さにより多くの悪影響を及ぼしたと報告しました。最近の研究では、超音波スケーリングと空気研磨の使用により、複合充填材の表面粗さが大幅に増加することが示されています^6,7。表面粗さの増加は細菌の付着につながり、歯科修復物の寿命を損なう可能性があるため、これらの発見は重要です。したがって、歯科専門家は、これらの手順が複合充填材の表面粗さに及ぼす潜在的な影響を考慮することが重要です。

この研究は、圧電超音波歯科用スケーラーが修復材料、特に 2 つの異なる流動性複合充填材料に引き起こす粗さの影響を調査することにより、知識体系を拡大しようとしています。修復歯科における複合材料の普及率と、モノマー含有量と技術の観点からのそれらの差別化、たとえば従来の複合材料とジオマーベースの複合材料などを考えると、超音波スケーラーの使用がこれらの材料に異なる影響を与えるかどうかを評価することが不可欠です6,8,9,10 .流動性複合材料は、フィラー含有量が減少することで定義され、最終的には機械的特性が低下します。その結果、これらの材料は、頚歯領域¹¹のような高応力負荷位置での使用には適していない。ここ数十年で、メーカーは機械的および物理的品質が向上した新世代の流動性材料を発売しました。これらの材料は、極度のストレスにさらされたものを含む、さまざまな直接前方および後方修復物での使用に適していると述べられています。したがって、いくつかの市販の高強度流動性歯科用複合材料¹²の機械的および物理的品質を調べることは臨床的価値がある。この研究では、2つの異なる流動性複合充填材に対するスケーラーの粗さの影響を細心の注意を払って比較することにより、臨床診療に情報を提供し、手順が口腔の健康結果とこれらの最近の修復材料の寿命と美学の両方を最適化することを目的としています。歯科用器具がさまざまな表面に与える影響を評価する際には、取得したデータの精度を確保するために、すべてのグループでアプリケーションを標準化することが重要です。先端の種類、角度、摩耗、加えられた力、歯科用スケーラーアプリケーションの動き、および同様の初期表面特性などの特性を標準化すると、これらの調査^{の品質が向上します}3,13,14,15,16。同様の調査のために確立された構成には、加えられた力を定量化するためのスケール、ハンドピースに必要な重量を提供するアイテム、および衛生機器を運んで適用するための手足または個人を特徴とする要素がほとんど含まれています。超音波歯科用スケーラーのセットアップを標準化することで、一貫性が向上し、個々のパラメータの違いによるばらつきが最小限に抑えられ、表面の変化を評価するための診断精度が向上します。セットアップ構成では、この研究で確立されたのと同様の初期表面特性が明らかになり、個々の特定のアプリケーションでの不一致を減らし、より良い結果が得られるようになりました。さらに、利用されるさまざまなアイテムに関しても特徴的です。さらに、この方法は簡単で、幅広い医療従事者が容易に採用できます。

この調査は、標準化され、制御された in vitro アプローチを通じて、歯科衛生プロトコルを改良し、修復された歯の持続可能な健康を強化するために重要な、著しい粗さをもたらす超音波歯科用スケーラーの適用の影響を描写することを目指しています。

注:この研究では、ナノハイブリッドグループPと、独自のジオマー技術を使用して製造されたナノハイブリッドグループBの2種類の流動性歯科用複合材料を使用しました。Casarinらの研究¹⁷ のパラメータ(平均欠陥深さ差(Ra;μm):15、標準偏差(μm):10、アルファ誤差:0.05、ベータ誤差:0.90)を、サンプルサイズを推定するためのパワー分析で利用しました。

1. 初期表面粗さが類似した複合試験片の作製

1. 透明ガラス、ゴム製ガスケット、透明テープを入手して、ISO規格¹⁸ (図1A)に従って厚さ2 mm、直径7 mmの複合サンプルを作成します。
2. ガスケットを透明テープに貼り付けた後、複合サンプルをガスケットに塗布して凝縮し、ガスケットと複合サンプルの上の透明ガラスを閉じます(図1B、C)。
3. 光硬化システムを使用して、上から20秒、下から20秒の光硬化システムを使用して、複合材料を重合します(図1D、E)。他のサンプルにも同じシステムを使用します。
4. 研磨システムを同じ時間、同じ方法で使用して、分析する複合サンプルの表面に同程度の粗さを達成します(図2A、B)。研磨後、蒸留水に24時間浸します。
5. 両方の複合グループから追加の複合サンプルを調製し、異なる倍率(1000倍、2000倍、5000倍)で最初の電子顕微鏡画像を記録します(図3A、B)。スパッタコーターを使用してサンプルを金で90秒間、18mAでコーティングし、加速電圧10kVの走査型電子顕微鏡(SEM)を使用してサンプルを検査します。

2. サンプルのアクリルブロックへの安定化

1. キッチンテラスを壁に固定するために使用されるプラスチック製のL接続ハンガーエレメントを見つけます(図4A)。製品は2つの部分で構成されています。外側はプラスチック製、内側は金属製のカバーで構成されています。プラスチックパーツを使うだけです。
2. プラスチックパーツの底面と裏面に冷間硬化ピンクのアクリルを充填し、アクリルを平らな面で重合して硬化させます。その後、ダイヤモンドカッティングディスクを使用してホルダーの一部を切り取り、モンスターラボバーを使用して、任意の試料の固定に対応する溝を作成します(図4B)。
3. シリコン印象材を使用して、プラスチックとアクリルの混合物ホルダーのプロトタイプのコピーを作成します。次に、プロトタイプのネガティブバージョンを作成します。これにより、すべての標本を別々に保持するのに十分なホルダーを作ることができます(図4C)。
4. 冷間硬化型アクリルを使用してネガを埋め、十分なホルダーを作成します。次に、冷間硬化型アクリルを使用して複合試料を安定させ、装置を適用する領域に印を付けます(図4D)。
5. プロフィロメトリック測定値を収集します。プロフィロメータのメニューにある[測定条件]タブに移動します。[設定]タブをクリックし、λc = 0.8、λs = 2.5、およびOpt length = 2のように、関連する数値設定を行います。これらの設定では、0.25 mm/sの速度で0.8 mmのカットオフ値で2 mmを超える表面粗さの読み出しが実行されます(図5A)。
6. ノギスを使用して、複合試料の上部中央から2mm下に印を付けます(図5B)。プロフィロメータの敏感な先端をそのポイントに調整します。次に、プロフィロメトリック測定を開始します。接触式プロファイラー(表面形状測定機)を使用して、各サンプルの平均粗さ(Ra)を測定します。
7. 各標本の指定された位置(中央上)を使用して読み取り値を確認します。読み取りごとに、デバイスの針を指定された領域の2mm内側に動かします(図5C、D)。各試験片の表面特性を3回測定し、計装操作の前と直後の平均を計算します。

3. スケーラーアプリケーションのセットアップの作成

1. 平行計を入手します(図6A)。アクリルブロックを平行計のテーブルに固定します(図6B、C)。
2. パイプを壁、天井、または床に取り付けて固定するために使用されるトライフォン付きのゴムパイプクランプを入手してください。これを使用して、デバイスのハンドピースを平行計のホルダーアームに取り付けます(図7A)。クランプ部品の数とゴムの量は、ハンドピースの厚みに合わせて増やします。clのネジ部分をclに厚くしますamp 冷間硬化アクリル(図7B)で、平行計の保持アーム(図7C)に挿入できるようにします。
3. 歯肉縁上の堆積物除去用に設計された超音波スケーラーを、この独自のセットアップを使用して、0°の角度で最大出力で、水冷下で、指定された指定領域に等しい力で各複合材料に60秒間適用します(図8A、B、C、D)。
4. スケーラーの適用に続いて、各サンプルに対してプロフィロメトリック測定と走査型電子顕微鏡イメージングを繰り返します(図9A、B)。

統計分析は、統計分析ソフトウェアを使用して行われました。Wilcoxon Signed Rank Testは、グループ内の変化を評価するために実施されました。マンホイットニーUテストは、グループ間比較を行うために採用されました。有意水準はp < 0.05で決定されました。

両群のグループ内プロファイメトリック比較では、スケーラーの適用によりかなりの粗さが生じ、これは電子顕微鏡画像で定性的に視覚化できることが注目されました(グループP、p = 0.005;グループB、p = 0.007; 表 1)。グループ間プロファイロメトリック比較では、開始粗さレベルが同等であると判断された両方の複合タイプ(p = 0.143)にスケーラーを適用した後の粗さの変化の分析では、有意差は示されませんでした(p = 0.684; 表2)。

歯科用器具の使用を標準化する革新的な技術の有効性は、典型的な結果によってよく示されています。超音波スケーラーの適用後に両方の流動性複合材料に見られる表面粗さの顕著な上昇は、そのようなデバイスが歯科修復物に及ぼす潜在的な影響を強調しています。この知見は、医原性の害を減らすために、治療パラメータと材料選択を綿密に評価する必要性を強調しています。この研究で開発された方法論は、さまざまな材料やさまざまな臨床条件下でのさまざまな歯科用器具の影響をさらに調査するために適用できる可能性があり、それによって歯科開業医と研究者の両方に貴重な洞察を提供します。

図1:複合ディスクの調製と重合(A)複合ディスクの調製に必要な装置。(B)ガスケットへの複合サンプルの塗布。(C)透明テープと透明ガラスとの間の複合サンプルの凝縮。(D)光硬化装置。(E)複合サンプルの重合。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:研磨アプリケーション(A)研磨に使用したディスク。(B)複合サンプルの研磨ディスクアプリケーション。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:スケーリングアプリケーション前のSEM画像。 画像は(A)グループP、(B)グループBのものです。左から1000倍、2000倍、5000倍の倍率を示しています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:サンプルのアクリルブロックへの安定化(A)プラスチックL接続ハンガーエレメントの例。(B)プラスチック製のL接続ハンガーエレメントへのアクリルの冷間硬化塗布と試料ホルダーのプロトタイプの準備。(C)ホルダープロトタイプのネガを作成するために、シリコンベースの印象材料を使用します。(D)アクリルホルダーへの複合試料の挿入。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:プロフィロメト測定の手順(A)プロファイラー測定の設定、(B)プロファイラー(表面形状測定機)の先端調整、(C)プロファイラー(表面形状測定機)の先端と試料との接触、(D)プロファイラー(表面形状測定機)の読み取り画面。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図6:アクリルブロックと複合試料の固定 (A)特別なセットアップに使用された平行計の図。(B)平行計のテーブル。(C)アクリルブロックの正確な位置。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図7:スケーラーのハンドピースの安定化のための準備 (A)平行計のホルダーアーム。(B)トライフォン付きゴムパイプクランプの改造。(C)スケーラーハンドピースのホルダーアームへの固定。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図8:特別に準備された装置の助けを借りて、マークされた領域に等しい力で超音波スケーラーを適用します。 (A)正面図、(B)斜め図、(C)アプリケーションの側面図、(D)超音波歯科用スケーラー。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図9:スケーリング適用後のSEM画像。 画像は(A)グループP、(B)グループBのものです。左から1000倍、2000倍、5000倍の倍率を示しています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

表1:グループ内の粗さの変化。 SD:標準偏差;* Wilcoxon Signed Rank Test, p ˂ 0.01, # Mann Whitney-U Test, p ˂ 0.05.

表2:グループ間の粗さの変化の評価。 SD:標準偏差;* マン・ホイットニー-U検定、p ˂ 0.05。

研究は一貫して、超音波スケーリングと超音波スケーリングの両方が歯の色の修復材料の表面粗さを増加させることができ、超音波スケーリングはより有害な影響を与えることを示しています^8,9。超音波スケーリングおよびエアパウダー研磨は、複合樹脂の粗さおよび修復マージンをさらに増加させる可能性があり、損傷の程度は材料に依存する⁶。使用される修復材料の種類も表面の損傷の程度に影響を与える可能性があり、流動性およびシロランベースの複合材料は、表面がより滑らかで細菌数が少ない^{ことを示しています1}。現在の研究の結果は、複合材の充填物の表面粗さに対する超音波スケーリングの影響に関する既存の文献群に貢献しています。

本研究の2つのグループ、ナノハイブリッドグループP(モノマー含有量:Bis-EMA、TEGDMA、フィラー含有量:予備重合フィラー、バリウムガラス、シリカフィラー)と特許取得済みのジオマーナノハイブリッドグループB(モノマー含有量:Bis-GMA、TEGDMA、フィラー含有量:ガラスフィラー、フルオロホロアルミノケイ酸塩ガラス)の2つのグループの比較分析では、スケーラー適用後の粗さ変化に有意差は見られませんでした。この発見は、複合技術、特にジオマーベースの配合の進歩が、スケーラーによる粗さの変化に対する耐性を本質的に伝えないことを示しているため、注目に値します。両方の複合タイプに追加された粗さの程度に統計的に有意な差がないことについては、材料のフィラー含有量と粒子サイズを考慮して議論することができます。技術やモノマーの含有量はさまざまですが、スケーリングの機械的影響はこれらの要因とは無関係であり、複合材料間の類似性がより顕著になる最も表面的な層にのみ影響を与える可能性があります。ここで得られた結果は、技術的に進歩した複合材料がいくつかの臨床的利点を提供する可能性がある一方で、スケーリングによって誘発される機械的変化に対する耐性を批判的に評価する必要があることを示唆しています。歯科開業医は、複合修復物を持つ患者にスケーリングを行う際に、これらの知見の意味を考慮する必要があり、表面の完全性を維持するために、研磨性の低い器具や技術の使用を好む可能性があります。

任意の材料の表面変化を調べて比較を行うためには、比較対象の材料の初期表面特性が同等であることが必要です。本研究で用いた複合材料の重合に必要な最小エネルギー量は、製造業者¹⁹によって10J/^cm2と報告された。製造元の指示によれば、本調査で使用された光硬化システムは、1秒あたり^cm2あたり1Jから3Jのエネルギーを供給します。Checciら²⁰は、硬化時間が長いと複合材料の機械的特性が向上することを証明しました。前述の事実に従って、サンプルの重合に光システムを適用したのは、上から20秒、下から20秒の期間でした。流動性複合材料は、組成物中の充填材の量が減少し、希釈剤モノマーの濃度が高いことによって区別されます。従来、これらの複合材料は、従来のハイブリッド複合材料の小さな粒子サイズを維持しながら、フィラーの量を減らすことによって作られていました。これにより、樹脂の量を増やすことができ、その結果、混合物の粘度が低下しました^1,21。それにもかかわらず、曲げ強度や耐摩耗性など、これらの複合材料の機械的品質は、従来の複合材料と比較すると一貫して劣っていることが示されています。流動性複合材料は、低応力の用途や、アクセスが困難な、または効果的な浸透が必要なシナリオに適したフィラー材料として提案されています。本調査で同様の初期表面粗さ値を取得するために、試験した流動性複合材料を同様に重合および研磨し、プロファイラー(表面形状測定機)によって得られた表面特性を分析することにより、同様の表面粗さ値を検証しました。本研究²²で採用された研磨システムのrpm値と研磨時間に関して、メーカーの推奨は得られなかった。サンプルは、図2に示すように、4段階の研磨システムを使用して、同じ個人によって同様の初期粗さ値まで研磨されました。

専門家が一般的に採用している様々な超音波装置の効果に関する証拠は、決定的ではない23,24,25,26。Yousefimanesh et ^al.26によると、同じ力が加えられた場合、圧電スケーラーは磁歪式スケーラーよりも滑らかな根の表面を生成しました。Flemmig et ^al.24はまた、磁歪装置が圧電装置よりも根の表面に対してより攻撃的であると報告しました。それにもかかわらず、Busslingerら²³は、圧電デバイスが計装後の磁歪デバイスよりも粗い根面を生成することを発見しました。Singhら²⁵は、磁歪超音波装置と圧電超音波装置が同等の表面粗さレベルを作り出し、生理学的に調和のとれた表面を作り出すための同等の能力を示したことを発見しました。一貫性のない調査結果は、この分野でのさらなる研究の必要性を強調しています。最近の研究では、いくつかの超音波スケーラーと研磨装置が根の表面の摩耗と粗さに及ぼす影響を調べました¹⁰。その結果、アプリケーション設定がルート表面の粗さに大きな影響を与える可能性があることが実証されています。さらに、圧電超音波スケーラーを最大強度、0°の角度で使用すると、根の表面で最大の摩耗と粗さのレベルが得られました。その結果、今回の調査では、最も大きな影響が見つかったサンプルに同等の適用条件を適用しました。

表面分析研究では、バイアスを避けるために、再現性のあるアプリケーションを実行し、すべてのサンプルの標準曝露を確立できることが非常に重要です。また、塗布後に検査面を正確に開示できることも、結果にとって非常に有益です。そのため、このような検討を行う際には、個別のアプリケーションパラメータや評価パラメータを標準化するための体制を整える必要があります。超音波スケーラーのアプリケーションに関しては、調査結果に影響を与える可能性のある方法論的要因は、次のように挙げることができます:調整された横方向の力、先端の角度、電力設定、および検査されるアプリケーションサイトの一貫性10,24,26,27,28。現在の研究では、平行計、サンプルを固定するためのアクリルブロック、およびハンドピースを最小限の接触力で目的の角度でサンプルに適用できるカスタムホルダーを使用して、いくつかの重要な方法論的パラメータを取得できることを示しています。この方法論的アプローチでは、試験片に加えられる力を測定し、変更できないということは、構築されたセットアップの潜在的な制限を表しています。一方、超音波器具は、表面の損傷を最小限に抑えるために、力を入れずに表面と接触する場合にのみ歯科および修復面に適用する必要があることを覚えておく必要があります。また、現在のセットアップでは、アプリケーションゾーンを明確に定義することが可能であり、これはアプリケーション後に明らかになった結果を正確に分析するために重要です。

歯科用複合材料の表面の質感は、その寿命と性能にとって重要であり、粗い表面にはより多くの歯垢や細菌が潜んでいる可能性があり、虫歯や歯周病のリスクが高まる可能性があります。歯垢の蓄積は表面の粗さの影響を受け、0.2μmの閾値では細菌の付着が制限されることが示されている²。これは、表面の粗さとプラークの蓄積との間に相関関係があることを発見したin vivo研究によって裏付けられています^29,30。本研究は、圧電超音波スケーラーの適用が、複合材料表面の粗さをプラーク堆積につながるレベルまで実際に増加させることができることを示しています。この効果は、テストした両方の材料タイプで一貫していました。

また、この研究の限界を考慮することも重要です。実験の in vitro の性質は、特にスケーラーの角度と唾液の存在に関して、臨床状態を正確に再現しない可能性があり、それが見られる影響を調節する可能性があります。臨床現場での長期研究は、これらの発見を確認し、スケーラーの経時的な影響をより明確に理解することを可能にします。

結論として、本研究は、歯科用複合材料に対する衛生処置の物理的影響を考慮することの重要性を強調しています。観察された粗さの増加の臨床的意義はさらなる調査が必要ですが、プラーク保持の増加の可能性は臨床診療に情報を提供するはずであり、複合修復物に関する慎重なスケーリング技術の必要性を強調しています。

著者は利益相反を宣言しません。

マルマラ大学ナノテクノロジー・バイオマテリアル応用研究センター/マルマラ大学技術学部冶金・材料工学科のOğuzhan Gündüz教授に感謝の意を表します。マルマラ大学歯学部修復歯科学科のプナル・ユルマズ・アタル教授。マルマラ大学遺伝・代謝性疾患研究・調査センターのセムラ・ウナル・ユルディリム博士は、調査を真剣に支援する貴重な洞察と専門知識を提供してくれました。