Developing a Dental Unit Waterline Model Using General Laboratory Equipments

Water supplied through dental unit waterlines (DUWLs) has been shown to contain high number of bacteria. To reduce the contamination of DUWLs, it is essential to develop effective disinfectants. It is, however, difficulty to obtain proper DUWL samples for studies. The purpose of this study was to establish a simple laboratory model for reproducing DUWL biofilms. The bacteria obtained from DUWLs were cultured in R2A liquid medium for 10 days, and then stored at $-70^{\circ}C$. This stock was inoculated into R2A liquid medium and incubated in batch mode. After 5 days of culturing, it was inoculated into the biofilm formation model developed in this study. Our biofilm formation model comprised of a beaker containing R2A liquid medium and five glass rods attached to DUWL polyurethane tubing. Biofilm was allowed to form on the stir plate and the medium was replaced every 2 days. After 4 days of biofilm formation in the laboratory model, biofilm thickness, morphological characteristics and distribution of the composing bacteria were examined by confocal laser microscopy and scanning electron microscopy. The mean of biofilm accumulation was $4.68{\times}10^4$ colony forming unit/$cm^2$ and its thickness was $10{\sim}14{\mu}m$. In our laboratory model, thick bacterial lumps were observed in some parts of the tubing. To test the suitability of this biofilm model system, the effectiveness of disinfectants such as sodium hypochlorite, hydrogen peroxide, and chlorhexidine, was examined by their application to the biofilm formed in our model. Lower concentrations of disinfectants were less effective in reducing the count of bacteria constituting the biofilm. These results showed that our DUWL biofilm laboratory model was appropriate for comparison of disinfectant effects. Our laboratory model is expected to be useful for various other purposes in further studies.

실험실 일반 장비를 이용한 치과용 유니트 수관 모델 개발

DUWL에 형성된 바이오필름 제거를 위한 효과적인 소독제의 제시와 새로운 소독제의 개발을 위해 DUWL의 실험실 모델의 확립이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 실험실에서 쉽게 구할 수 있는 장비들로 실험실 모델을 제작하여, DUWL 바이오필름을 재현하기 위한 새로운 실험실 모델을 확립하고자 하였다. 사용 중인 DUWL을 통해 수집한 물에서 세균을 모은 후, R2A 액체 배지에서 10일 동안 배양시켰다. 10일 배양시킨 세균액을 $-70^{\circ}C$에 보관하여 사용하였다. $-70^{\circ}C$에 저장한 세균 stock은 R2A 액체배지에 5일 동안 회분 배양시킨 배양액은 모델에서 바이오필름을 형성시키기 위해 사용되었다. 바이오필름 형성 모델은 실험실 내 장비인 1 L 비커에 폴리우레탄 튜빙이 부착된 20 cm 유리막대를 꽂아서 제작하였다. 모델을 멸균시킨 후 R2A 액체배지 300 ml와 5일 동안 회분 배양한 세균액 50 ml을 넣고 stir plate에서 $25^{\circ}C$로 배양시켰다. 배양 2일마다 R2A 액체배지를 교체해주었다. 임상의 상황과 유사한 조건에서 바이오필름을 형성하기 위해 와류상태는 오전 9시에서 오후 6시까지 적용시키고 그 이외의 시간에는(약 15시간) 정체상태로 배양시켰다. 바이오필름 형성은 4일 동안 진행하였으며, 그 후 바이오필름의 두께, 바이오필름을 구성하는 세균의 분포 및 형태학적 특징을 SEM과 CLSM을 사용하여 분석하였다. 4일 바이오필름 형성 후 평균 바이오필름 축적량은 $4.68{\times}10^4CFU/cm^2$였고, 바이오필름의 두께는 $10{\sim}14{\mu}m$였다. 또한 바이오필름을 구성하는 세균들이 부분적으로 응집되어 덩어리를 이루고 있는 양상을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 제작한 실험실 모델을 대상으로 차아염소산나트륨, 과산화수소 그리고 클로르헥시딘과 같은 소독제의 효과를 확인하였다. 그 결과 적용된 소독제의 농도가 낮을수록 바이오필름 내 생존한 세균의 수가 많았다. 따라서 우리의 실험실 모델에서 형성시킨 바이오필름은 소독제의 효과를 비교하기 위해 적절한 것으로 판단된다. 우리의 실험실 모델은 향후 DUWL 소독을 위한 새로운 방법의 개발을 위해 유용하게 사용될 것으로 예상된다.