Comparison of intraoral biofilm reduction on silver-coated and silver ion-implanted stainless steel bracket material: Biofilm reduction on silver ion-implanted bracket material

PurposeThe objective of this in situ study was to quantify the intraoral biofilm reduction on bracket material as aresult of different surface modifications using silver ions. In addition to galvanic silver coating and physical vapor deposition (PVD), the plasma immersion ion implantation and deposition (PIIID) procedure was investigated for the first time within an orthodontic application.Materials and methodsAn occlusal splint equipped with differently silver-modified test specimens based on stainless steel bracket material was prepared for atotal of 12periodontally healthy patients and was worn in the mouth for 48h. The initially formed biofilm was fluorescently stained and aquantitative comparative analysis of biofilm volume, biofilm surface coverage and live/dead distribution of bacteria was performed by confocal laser scanning microscopy (CLSM).ResultsCompared to untreated stainless steel bracket material, the antibacterial effect of the PIIID silver-modified surface was just as significant with regard to reducing the biofilm volume and the surface coverage as the galvanically applied silver layer and the PVD silver coating. Regarding the live/dead distribution, however, the PIIID modification was the only surface that showed asignificant increase in the proportion of dead cells compared to untreated bracket material and the galvanic coating.ConclusionsOrthodontic stainless steel with asilver-modified surface by PIIID procedure showed an effective reduction in the intraoral biofilm formation compared to untreated bracket material, in asimilar manner to PVD and galvanic silver coatings applied to the surface. Additionally, the PIIID silver-modified surface has an increased bactericidal effect. ZusammenfassungZielsetzungDas Ziel der vorliegenden In-situ-Studie war die Quantifizierung der intraoralen Biofilmreduktion auf Bracketmaterial nach unterschiedlichen Oberflachenmodifikationen mittels Silberionen. Zusatzlich zur galvanisch aufgebrachten Silberbeschichtung und der Beschichtung mittels PVD (physical vapor deposition) wurde das Verfahren der PIIID (plasma immersion ion implantation and deposition) erstmals in der kieferorthopadischen Anwendung untersucht.Material und MethodikEine Okklusionsschiene, bestuckt mit unterschiedlich silbermodifizierten Probekorpern aus Edelstahl-Bracketmaterial, wurde fur insgesamt 12parodontal gesunde Probanden hergestellt und fur 48h im Mund getragen. Der initial gebildete Biofilm wurde fluoreszenzgefarbt und eine quantitative, vergleichende Analyse des Biofilmvolumens, der bakteriellen Flachenbelegung und der Lebend/Tot-Verteilung der Bakterien wurde mittels konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM) durchgefuhrt.ErgebnisseIm Vergleich zu unbehandeltem Edelstahl-Bracketmaterial war die PIIID-silbermodifizierte Oberflache hinsichtlich der Reduktion des Biofilmvolumens und der bakteriellen Flachenbelegung ebenso signifikant antibakteriell wirksam wie die galvanisch aufgebrachte Silberbeschichtung und die PVD-Silberbeschichtung. In Bezug auf die Lebend/Tot-Verteilung wies die PIIID-Modifikation jedoch als einzige Oberflache eine signifikante Zunahme des Tot-Bakterienanteils im Vergleich zu unbehandeltem Bracketmaterial und der galvanischen Silberbeschichtung auf.SchlussfolgerungenKieferorthopadisch verwendeter Edelstahl, dessen Oberflache mittels des PIIID-Verfahrens silbermodifiziert wurde, zeigt im Vergleich zu unbehandeltem Bracketmaterial eine wirksame Reduktion der intraoralen Biofilmbildung, ebenso wie die oberflachlich aufgetragene PVD- und galvanische Silberbeschichtung. Daruber hinaus hat die PIIID-silbermodifizierte Oberflache einen verstarkten bakteriziden Effekt.