低濃度過酸化水素のラジカル殺菌能を高度利用した次世代青色レーザー歯ブラシの開発

• Project/Area Number: 22792107
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Social dentistry
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 猪飼 紘代 東北大学, 大学院・歯学研究科, 助教 (20431588)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2011: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2010: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 低濃度過酸化水素 / ラジカル殺菌 / 可視光LED歯ブラシ / オーラルケア / ヒドロキシルラジカル / 可視光レーザー

Research Abstract

本研究は、ラジカル殺菌技術をオーラルケアの分野に応用することを目的として行われた。原理として、過酸化水素を含む歯磨剤と、毛先から光が放出される歯ブラシを用いて効果的にヒドロキシルラジカルを局所で発生させ、歯面に付着したバイオフィルムの除去・殺菌を行うものである。本年度は、光ファイバーでブラシ部分を作成し、405nmのLEDでブラシ先端を光らせるタイプの歯ブラシを試作した。LEDは可能な限り高出力のものを使用したかったが、発熱の問題があり、初めに試作した歯ブラシの先端からの出力は約1.5mW程度であった。1.5mW程度では、過酸化水素濃度を最大の1Mにしても、明らかな殺菌効果は認められず、さらなる出力の向上が必須であった。次に試作した歯ブラシは先端からの出力を約22mWまで高めることができたが、この出力でも、10^7CFU/mlの菌を殺菌するのには十分な出力とは言えなかった。試作歯ブラシの製作にはその他にも、(1)ブラシの先端から光らせるためにブラシ部分を光ファイバーにせざるを得ないという問題、(2)歯ブラシの形状を考えるとそれほど多くのファイバーを搭載できないという問題、(3)405nmのLED光は、わずかに紫外光を含んでしまうという安全面での問題、があった。(3)については、UVカットフィルムを使用することで対応可能(type II試作機に搭載)であるが、(1),(2)については今後の検討課題である。S.mutansのバイオフォルムモデルを用いた殺菌試験で、従来から用いられている口腔内消毒薬との殺菌効果の比較を行ったところ、過酸化水素濃度が最大の1Mであれば、LED出力は50mW以下でも既存の口腔内消毒薬よりも高い殺菌効果を示すことが分かった。ただし、実際に口腔内で用いる場合は刷掃効果があること、同一か所に数分間光照射するわけではないこと、口腔内消毒薬と同程度の殺菌効果を目指しているわけではないことなどを考慮すると、in vivoでの判定が必須である。

Research Products

• [Journal Article] Synergistic Effect of Thermal Energy on Bactericidal Action of Photolysis of H_2O_2 in Relation to Acceleration of Hydroxyl Radical Generation (2012)
  • Author(s): Shirato M, Ikai H, Nakamura K, Hayashi E, Kanno T, Sasaki K, Kohno M, Niwano Y
  • Journal Title: Antimicrob Agents Chemother Volume: 56 Issue: 1 Pages: 295-301
  • DOI: 10.1128/aac.05158-11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Literature review of the role of hydroxyl radical in chemically-induced mutagenicity and carcinogenicity for the risk assessment of disinfection system utilizing photolysis of hydrogen peroxide (2012)
  • Author(s): Kanno T, Nakamura K, Ikai H, Kikuchi K, Sasaki K, Niwano Y
  • Journal Title: J Clin Biochem Nutr Volume: (未定)(印刷中)
  • NAID: 130004879280
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel Denture Cleaning System Based on Hydroxyl Radical Disinfection (2012)
  • Author(s): Kanno T, Nakamura K, Ikai H, Hayashi E, Shirato M, Mokudai T, Iwasawa A, Kohno M, Niwano Y, Sasaki K
  • Journal Title: Int J Prosthodont Volume: (未定)(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reevaluation of analytical methods for photogenerated singlet oxygen (2011)
  • Author(s): Nakamura K, Ishiyama K, Ikai H, Kanno T, Sasaki K, Niwano Y, Kohno M
  • Journal Title: Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition Volume: 49 Issue: 2 Pages: 87-95
  • DOI: 10.3164/jcbn.10-125
  • NAID: 130004466651
  • ISSN: 0912-0009, 1880-5086
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photolysis of hydrogen peroxide, an effective disinfection system via hydroxyl radical formation (2010)
  • Author(s): Ikai H, Nakamura K, Shirato M, Kanno T, Iwasawa A, Sasaki K, Niwano Y, Kohno M
  • Journal Title: Antimicrob Agents Chemother Volume: 54 Pages: 5086-5091
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A retrospective study of fixed dental prostheses without regular maintenance (2010)
  • Author(s): Ikai H, Kanno T, Kimura K, Sasaki K
  • Journal Title: J Prosthodont Res Volume: 54 Pages: 173-178
  • NAID: 130004679534
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reevaluation of quantitative ESR spin trapping analysis of hydroxyl radical by applying sonolysis of water as a model system (2010)
  • Author(s): Nakamura K, Kanno T, Ikai H, Sato E, Mokudai T, Niwano Y, Ozawa T, Kohno M
  • Journal Title: Bull Chem Soc Jpn Volume: 83 Pages: 1037-1046
  • NAID: 10026698287
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Bactericidal effect of hydroxyl radical generated by photolysis of hydrogen peroxide (2011)
  • Author(s): Ikai H, Nakamura K, Shirato M, Kanno T, Iwasawa A, Sasaki K, Niwano Y, Kohno M
  • Organizer: Interface Oral Health Science 2011
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2011-03-08
• [Presentation] Influence of hydroxyl radical generated by photolysis of H2O2 on corrosion behavior of dental metals (2011)
  • Author(s): Yamada Y, Nakamura K, Takada Y, Mokudai T, Ikai H, Inagaki R, Kanno T, Sasaki K, Niwano Y, Kohno M
  • Organizer: Interface Oral Health Science 2011
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2011-03-08
• [Presentation] Reevaluation of analytical methods for photogenerated singlet oxygen (2011)
  • Author(s): Ishiyama K, Nakamura K, Ikai H, Kanno T, Sasaki K, Niwano Y, Kohno M
  • Organizer: Interface Oral Health Science 2011
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2011-03-08
• [Presentation] Booster effect of thermal energy on bactericidal action of hydroxyl radical generated by photolysis of H_2O_2 (2011)
  • Author(s): Shirato M, Ikai H, Nakamura K, Kanno T, Sasaki K, Niwano Y, Kohno M
  • Organizer: Interface Oral Health Science 2011
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2011-03-08
• [Presentation] 過酸化水素光分解により生じるヒドロキシルラジカルの細胞毒性評価 (2011)
  • Author(s): 猪飼紘代, 中村圭祐, 菅野太郎, 佐々木啓一, 河野雅弘, 庭野吉己
  • Organizer: 第64回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: ルスツ(北海道)
• [Presentation] プロアントシアニジン光照射による新しい殺菌技術 (2011)
  • Author(s): 白土翠, 中村圭祐, 猪飼紘代, 菅野太郎, 佐々木啓一, 庭野吉己, 河野雅弘
  • Organizer: 第64回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: ルスツ(北海道)
• [Presentation] プロアントシアニジンの光照射により生成される活性酸素種の解析 (2011)
  • Author(s): 中村圭祐, 白土翠, 猪飼紘代, 菅野太郎, 佐々木啓一, 河野雅弘, 庭野吉己
  • Organizer: 第64回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: ルスツ(北海道)
• [Presentation] ヒドロキシルラジカルが骨治癒に及ぼす影響 (2011)
  • Author(s): 菅野太郎, Luiz Meirelles, 中村圭祐, 猪飼紘代, Johansson Carina, Stig Karlsson, 佐々木啓一, 河野雅弘, 庭野吉己
  • Organizer: 第64回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: ルスツ(北海道)
• [Presentation] ヒドロキシルラジカルが歯科用金属の耐食性に及ぼす影響 (2011)
  • Author(s): 山田康友, 中村圭祐, 高田雄京, 目代貴之, 猪飼紘代, 稲垣亮一, 菅野太郎, 佐々木啓一, 庭野吉己, 河野雅弘
  • Organizer: 第64回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: ルスツ(北海道)
• [Presentation] 光線力学殺菌療法における一重項酸素生成量評価法の検討 (2010)
  • Author(s): 石山希里香, 中村圭祐, 猪飼紘代, 菅野太郎, 佐々木啓一, 庭野吉己, 河野雅弘
  • Organizer: 第25回日本酸化ストレス学会関東支部学術大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-12-11
• [Presentation] 過酸化水素光分解殺菌法における殺菌効果増強因子の検討 (2010)
  • Author(s): 白土翠, 猪飼紘代, 中村圭祐, 菅野太郎, 佐々木啓一, 庭野吉己, 河野雅弘
  • Organizer: 第25回日本酸化ストレス学会関東支部学術大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-12-11
• [Presentation] 過酸化水素光分解から生じたヒドロキシルラジカル殺菌効果 (2010)
  • Author(s): 猪飼紘代、中村圭祐、白土翠、菅野太郎、庭野吉己、河野雅弘
  • Organizer: 第63回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] ESRスピントラップ法を用いたラジカル定量の潜在的問題点 (2010)
  • Author(s): 佐藤恵美子, 中村圭祐, 菅野太郎, 猪飼紘代, 目代貴之, 庭野吉己, 河野雅弘
  • Organizer: 第63回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 過酸化水素の光分解によるHO・生成反応の活性化 (2010)
  • Author(s): 白土翠, 中村圭祐, 猪飼紘代, 菅野太郎, 佐々木啓一, 庭野吉己, 河野雅弘
  • Organizer: 第63回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Book] Interface Oral Health Science 2011 (Bactericidal effect of hydroxyl radical generated by photolysis of hydrogen peroxide) (2012)
  • Author(s): Ikai H, Nakamura K, Shirato M, Kanno T, Iwasawa A, Sasaki K, Niwano Y, Kohno M
  • Publisher: Springer
• [Book] Interface Oral Health Science 2011 (Booster effect of thermal energy on bactericidal action of hydroxyl radical generated by photolysis of H_2O_2) (2012)
  • Author(s): Shirato M, Ikai H, Nakamura K, Kanno T, Sasaki K, Niwano Y, Kohno M
  • Publisher: Springer
• [Book] Interface Oral Health Science 2011 (Reevaluation of analytical methods for photogenerated singlet oxygen) (2012)
  • Author(s): Ishiyama K, Nakamura K, Ikai H, Kanno T, Sasaki K, Niwano Y, Kohno M
  • Publisher: Springer
• [Book] Interface Oral Health Science 2011 (Influence of hydroxyl radical generated by photolysis of H2O2 on corrosion behavior of dental metals) (2012)
  • Author(s): Yamada Y, Nakamura K, Takada Y, Mokudai T, Ikai H, Inagaki R, Kanno T, Sasaki K, Niwano Y, Kohno M
  • Publisher: Springer