Antimikrobielle Beschichtung kieferorthopädischer Ligaturenringe mit Silber und Bismut

Antimikrobielle Beschichtung kieferorthopädischer Ligaturenringe mit Silber und Bismut

Antimicrobial coating of orthodontic elastomeric ligatures with silver and bismuth

Carolin Griesmüller

Doctoral thesis

Date of Examination: 2019-05-07

Date of issue: 2019-03-15

Advisor: Wassmann, Torsten Dr.

Referee: Bürgers, Ralf Prof. Dr.

Referee: Wiegand, Annette Prof. Dr.

Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-002E-E5CC-4

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Abstract

English

AIM The aim of the present in vitro study was to evaluate the anti-adherence and bactericidal activity of silver and bismuth coatings on orthodontic elastomeric ligatures against streptococcus mutans. MATERIALS/METHODS Circular specimens (10.0 mm diameter) of polyurethan-polyester-elastomerics were coated with microparticulate silver and microparticulate bismuth via magnetronsputtering. Surface roughness Ra was assessed by widefield confocal microscopy. The surface free energy (SFE) according to water contact angles was determined by sessile drop and computerized image analysis. Microbial testing included the incubation with S. mutans for 2,5 hours followed by fluorometric and bioluminescent assays. RESULTS No relevant significant differences in surface free energy of all test materials were found. The silver coating revealed the least surface roughness when compared to bismuth and the uncoated specimens. The results of the measurements were affirmed by three-dimensional computer-generated images of the surface texture. There were no statistically significant differences of antimicrobial activity. CONCLUSION The coated specimens did not show a statistically significant reduction of adherent bacteria when compared to the uncoated specimens. Nevertheless there was a general tendency for lower values of bacterial activity on the silver-coated specimens. These findings could either be interpreted as an anti-adherence effect of silver additives but could also be explained by the low values of surface roughness. Since both coatings revealed a very unstable interconnection with the elastomeric specimens further research on a stable compound between elastomeric specimens and metallic coatings is necessary.

Keywords: biofilm; antimicrobial coating; orthodontic elastomeric ligatures; luminescence; surface roughness; surface free energy

German

ZIEL Ziel der vorliegenden in vitro Studie war es, die antimikrobielle Wirkung von Silber und Bismut als Oberflächenbeschichtung von kieferorthopädischen Ligaturenringen auf Streptococcus mutans, den Leitkeim der Kariespathogenese, zu untersuchen. MATERIAL/METHODE Für die Untersuchung wurden die runden Polyurethan-Polyester-Elastomer-Probekörper (Durchmesser von 10 mm) mit einer dünnen Schicht Silber bzw. Bismut mittels Magnetronsputtern beschichtet. Zunächst wurde das arithmetische Mittel der Oberflächenrauheit (Ra) mithilfe eines Weitwinkel-Konfokalmikroskops bestimmt. Die Messung der freien Oberflächenenergie (SFE) erfolgte anhand von Kontaktwinkelmessungen nach der Methode des liegenden Tropfens mittels einer Bildanalysesoftware. In den mikrobiellen Versuchsreihen folgte die Bakterieninkubation mit Streptococcus mutans für 2,5 Stunden sowie die Auswertung der Bakterienaktivität mittels Fluoreszenz- und Lumineszenz-Assays. ERGEBNISSE Es konnten keine signifikanten Unterschiede der freien Oberflächenenergien der Testoberflächen festgestellt werden. Die Silberoberfläche zeigte im Vergleich zur Bismutbeschichtung und zum unbeschichteten Probeköper die geringste mittlere Oberflächenrauheit. Die Ergebnisse wurden anhand von 3D- Aufnahmen der Testoberflächen bestätigt. Es konnte kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Beschichtungen in Bezug auf den antibakteriellen Effekt nachgewiesen werden. SCHLUSSFOLGERUNG Die beschichteten Testoberflächen zeigten keine signifikanten antimikrobiellen Wirkungen. Die Silberbeschichtung zeigte tendenziell die geringste Bakterienaktivität. Dies könnte zum einen auf ein antimikrobielles Potenzial der Silberbeschichtung oder zum anderen auf die vergleichsweise geringere Oberflächenrauheit zurückzuführen sein. Der Verbund zwischen der Beschichtung und dem gummielastischen Probekörper erwies sich in der Versuchsreihe als relativ instabil, wodurch möglicherweise auch der antimikrobielle Wirkmechanismus beeinträchtigt wurde. Für weiterführende Studien sollte daher zunächst ein stabiler Verbund zwischen den Probekörpern und der antimikrobiellen Beschichtung geschaffen werden, der auch einer starken mechanischen Beanspruchung standhält und die mechanischen Eigenschaften der Elastomere nicht negativ beeinflusst.

Schlagwörter: Biofilm; Antimikrobielle Beschichtung; kieferorthopädische Ligaturenringe; Lumineszenz; Oberflächenrauheit; Freie Oberflächenenergie