陽極酸化処理とインスツルメンテーションがチタン製支台歯の表面特性とバイオフィルム形成に及ぼす影響

The effects of anodization and instrumentation on titanium abutment surface characteristics and biofilm formation.

抄録

目的:

陽極酸化処理とインスツルメンテーションがチタン製支台歯の表面特性（表面粗さと濡れ性）とバイオフィルム形成（生存率と質量）に及ぼす影響を評価すること。

PURPOSE: To assess the impact of anodization and instrumentation on titanium abutment surface characteristics (surface roughness and wettability) and biofilm formation (viability and mass).

材料と方法:

チタンディスクは、チタン-6アルミニウム-7ニオブ合金で作られたプレミルドアバットメントブランクから得た。研磨されたサンプルは、アルマイト処理なし、金アルマイト処理、ピンクアルマイト処理の3つのグループに分けられた。測定方法には、測定なし、空気研磨、チタンスケーリング処理が含まれた。表面粗さは光学式プロフィロメーターを用いて測定し、濡れ性は光学式テンシオメーターを用いた無柄滴下法による接触角の測定によって決定した。ストレプトコッカス・サングイニス（Streptococcus sanguinis）によるバイオフィルム形成は、バイオフィルムの生存率と質量に基づいて評価した。バイオフィルムの生存率はコロニー形成単位数（CFU/mL）で評価し、バイオフィルムの質量はクリスタルバイオレット染色（490nmで測定した平均吸光度、光学濃度値）で評価した。バイオフィルム形成前後のサンプル表面は、走査型電子顕微鏡（SEM）でも検査した。二元配置分散分析（Two-way ANOVA）を行い群間差を求め、スピアマンの相関（ρ）を用いて表面粗さ、濡れ性、CFU/mL間の相関を分析した（α=0.05）。

MATERIALS AND METHODS: Titanium discs were obtained from pre-milled abutment blanks made of titanium-6aluminum-7niobium alloy. Polished samples were divided into three groups: un-anodized, gold-anodized, and pink-anodized. Instrumentation methods included no-instrumentation, air polishing, and titanium scaling treatment. Surface roughness was measured using an optical profilometer, and wettability was determined by measuring the contact angles using the sessile drop method with an optical tensiometer. Biofilm formation by Streptococcus sanguinis was evaluated based on the biofilm viability and mass. The biofilm viability was evaluated through colony-forming unit counting (CFU/mL), and biofilm mass was assessed with crystal violet staining (mean absorbance measured at 490 nm, in optical density values). Sample surfaces before and after biofilm formation were also examined by scanning electron microscope (SEM). Two-way ANOVA was performed to determine the group differences, and Spearman's correlation (ρ) was used to analyze the correlation among surface roughness, wettability, and CFU/mL (α = 0.05).

結果:

ピンクアルマイト処理により、表面粗さは未処理サンプル（0.25±0.01µm）と比較して有意に増加した（0.38±0.07µm、p<0.001）が、金アルマイト処理では増加しなかった（0.24±0.03µm、p=0.301）。ピンクアルマイト処理群では、チタンスケーリング（0.51±0.11µm、p<0.001）および器具処理なし（0.38±0.07µm、p=0.050）と比較して、空気研磨は有意に低い表面粗さ（0.33±0.08µm）をもたらした。陽極酸化は濡れ性を有意に増加させたが（p<0.001）、チタン・スケーリングによる器具処理は濡れ性を減少させた（p<0.001）。非陽極酸化試料とチタンスケーリング処理の組み合わせは、最も高い接触角（70.72±2.63°）で最も低い濡れ性を示した。CFU/mLで測定したバイオフィルムの生存率は、陽極酸化（p<0.001）および空気研磨（p<0.001）によって有意に抑制されたが、チタンスケーリング（p<0.001）によって促進された。空気研磨を行った金陽極酸化チタンディスクは最も低いCFU/mL（279,420±16,300）を示したが、チタンスケーラーを用いた非陽極酸化試料は最も高いCFU/mL（945,580±13,580）を示した。光学濃度値で定量化したバイオフィルム量は、陽極酸化（p＜0.001）および空気研磨（p＝0.001）によって有意に抑制された。CFUと濡れ性の間には中程度の負の相関が観察された（ρ=-0.55、p<0.001）。

RESULTS: Pink anodization significantly increased surface roughness (0.38 ± 0.07 µm, p < 0.001) compared to un-anodized samples (0.25 ± 0.01 µm), while gold anodization did not (0.24 ± 0.03 µm, p = 0.301). Among pink-anodized groups, air polishing resulted in significantly lower surface roughness (0.33 ± 0.08 µm) compared to titanium scaling (0.51 ± 0.11 µm, p < 0.001) and no instrument treatment (0.38 ± 0.07 µm, p = 0.050). Anodization significantly increased wettability (p < 0.001), while instrumentation with a titanium scaling decreased it (p < 0.001). The combination of un-anodized samples and titanium scaling treatment showed the lowest wettability with the highest contact angle (70.72 ± 2.63°). The biofilm viability, measured by CFU/mL, was significantly inhibited by anodization (p < 0.001) and air polishing (p < 0.001) while promoted by titanium scaling (p < 0.001). Gold-anodized titanium discs subjected to air polishing exhibited the lowest CFU/mL (279,420 ± 16,300), while un-anodized samples instrumented with a titanium scaler had the highest CFU/mL (945,580 ± 13,580). Biofilm mass, quantified by optical density values, was significantly inhibited by anodization (p < 0.001) as well as air polishing (p = 0.001). A moderate negative correlation was observed between CFU and wettability (ρ = -0.55, p < 0.001).

結論:

金アルマイト処理およびピンクアルマイト処理されたチタン表面は、アルマイト処理されていないチタン表面よりも親水性が高く、バイオフィルム形成が少なかった。バイオフィルム形成は空気研磨によって抑制されたが、チタンのスケーリングによって促進された。ゴールドアルマイト処理とエアーポリッシュの組み合わせは、バイオフィルム形成が最も少なく、アバットメントのアルマイト処理と器具の組み合わせとして好ましいと考えられる。

CONCLUSION: Gold- and pink-anodized titanium surfaces were more hydrophilic, leading to less biofilm formation than un-anodized ones. Biofilm formation was inhibited by air polishing while promoted by titanium scaling. Gold anodization combined with air polishing had the least biofilm formation and can be considered the preferred abutment anodization/instrumentation combination.