Odborná práce ORTODONCIE

ORTODONCIE Odborná práce ročník 13 č. 3. 04 Srovnání pevnosti vazeb pěti adhezivních materiálů k lepení ortodontických zámků: kompozitních pryskyřic a pryskyřicí modifikovaných skloionomerních cementů Comparison of bond strength offive adhesive materials for bonding of orthodontic brackets: composite resins and resin-modified glass ionomer cements MUDr. Alena Bryšová*, MUDr. Pavlína Černochová*, PhD., Prof. RNDr. Bohumil Vlach, CSc.** *Ortodontické oddělení, Stomatologická klinika FN u sv. Anny a LF MU v Brně **Ústav materiálového inženýrství, FSI VUT v Brně *Orthodontic Department, Clinic of Stomatology FN U Sv. Anny and University Hospital Medical Faculty MU in Brno **lnstitute of materiál engineering, FSI VUT, Brno Souhrn Cílem této studie bylo srovnat pevnost vazeb 5-ti adhezivních materiálů ve zkoušce tahem: kompozitních pryskyřic - Brackfix (VOCO, Germany), Light Bond (Reliance Orthodontic Products, Itasca, IL, USA), No-mix (American Orthodontics, USA) a pryskyřicí modifikovaných GIC - Fuji OrthoLC (GC Corporation, Tokyo, Japan) a Fuji Ortho (GC Corporation, Tokyo, Japan). Ko vové zámky (Omni Arch, GA C) byly lepeny na vestibulárníplochu extrahovaných 100 lidských premolárů (5 skupin po ). Testovací stroj byl ZWICK Z0. Ačkoli pevnost vazby kompozitních adheziv byla signifikantně vyšší, všechna adheziva vykázala dostatečně vysokou pevnost vazby pro rutinní použití. (Ortodoncie 04, 13, č. 3, s. 29-34) Abstract The aim ofthe presented study was to compare bond strength of5 adhesive materials by means oftensile test: composite resins - Brackfix (VOCO, Germany), Light Bond (Reliance Orthodontic Products, Itasca, IL, USA), Nomix (American Orthodontics, USA), and resin modified GIC - Fuji Ortho LC (GC Corporation, Tokyo, Japan) and Fuji Ortho (GC Corporation, Tokyo, Japan). Metal brackets (Omni Arch, GAC) were bonded to buccal surface of 100 extracted human premolars (5 groups of each). Testing machine was - ZWICK Z0. Though the bond strength of composite resins was significantlybetter, all the adhesives proved sufficient for clinical practice. (Ortodoncie 04, 13, No. 3, p. 29-34) Klíčová slova: pevnost vazby, adhezivní materiál Keywords: Bond strength, adhesive materiál Úvod Technika přímého lepení ortodontických zámků na sklovinu znamenala pro ortodoncii významný pokrok. Přinesla s sebou řadu výhod v léčbě, estetice, hygieně i komfortu pro pacienta. S tím také přichází požadavek na ideální adhezivní systém, který by vykazoval vyso- Introduction Method of direct bonding of orthodontic brackets on enamel meant a significant progress in orthodontics. It meant a number of advantages in the treatment, esthetic results, hygieně and comfort for patients. Therefore, there arose the need of an ideál adhesive sywww.orthodont-cz.cz 29

ročník 13 č. 3. 04 Odborná práce ORTODONCIE kou pevnost vazby, jak v suchém, tak ve vlhkém prostředí, kariostatický účinek, snadnou a rychlou techniku lepení, biokompatibilitu a také jednoduché odstranění materiálu při snímáníortodontického aparátu. Vývoj adhezivních prostředků se stále zdokonaluje a snaží se těmto požadavkům vyhovět. V současnosti existují tři hlavní typy adhezivních materiálů používaných k lepení ortodontických zámků: kompozitní pryskyřice, kompomery a pryskyřicí modifikované skloionomerní cementy. stem with high strength of bond in dry as well as in moisture-contaminated environment, cariostatioc effects, easy and quick process of attachment, biocompatibility as well as facile elimination of materiál during removal of the orthodontic appliance. Adhesives are still developing and producersstriveto meetthe required criteria. Currently there are three main types of adhesive materials for orthodontic bonding: composite resins, compomers and resin-modified glass ionomer cements. Materiál a metodika Vzorek Vzorek tvořilo 100 extrahovaných premolárů z ortodontických důvodů pacientům ve věku 14-27 let. Zuby byly bez kazů, výplní nebo jinak porušeného povrchu skloviny. Tyto vzorky byly skladovány v destilované vodě při pokojové teplotě. Zuby byly náhodně rozděleny do pěti skupin po dvaceti. Na kořenech zubů byly vytvořeny drobné retenčnízábrusy, poté byly zuby zality do pryskyřičných bločků tak, aby korunková část zubu zůstala neporušena a vestibulární plocha směřovala kolmo k horizontální plošce pryskyřičného bločku (obr. 1). Pryskyřice pro vytvoření bločků byla obarvena pěti barvami, pro odlišeníjednotlivých skupin. Poté byly vzorky skladovány v destilované vodě při pokojové teplotě po dobu jednoho měsíce. Na vestibulární plochy zubů byly lepeny premolárové ortodontické zámky z nerezavějící oceli Omni Arch.018 (GAC International, Inc.) pomocí jednotlivých adhezivních materiálů dle návodu výrobce. Pro kompozitní adheziva byla sklovina zubů leptána s. 37% kys. fosforečnou, pro PM GIC byla sklovina ošetřena kondicionerem -10% kys. polyakrylovou po dobu 10 s. Označení vzorků: Skupina A: Chemicky polymerující kompozitní pryskyřice Brackfix NT (VOCO, Germany) Skupina B: Světlem polymerující kompozitní pryskyřice Light Bond (Reliance Orthodontic Products, Itasca, IL, USA). Skupina C: Chemicky polymerující kompozitní materiál No-Mix (American Orthodontics, USA). Skupina D: Pryskyřicí modifikovaný světlem tuhnoucí skloionomerní cement GC Fuji Ortho LC (GC Corporation, Tokyo, Japan) Skupina E: Pryskyřicí modifikovaný chemicky tuhnoucí skloionomerní cement GC Fuji Ortho (GC Corporation, Tokyo, Japan) Materiál and method Sample The sample included 100 premolars extracted (for orthodontic reasons) in patients of the age between 14-27. Teeth were without caries, fillers, the enamel was not damaged. Teeth were stored in distilled water at room temperature. They were divided randomly to five groups (each of teeth). Minor retention grinds were made at roots, then the teeth were fixed into block of resin in such a way that the crown part remained intact and vestibular surface directed perpendicular to horizontál facet of block made of resin (Fig. 1). Resin was differentiated into five colours - each group in different colour. Then the samples were stored in distilled water at room temperature for a month. Premolar orthodontic brackets made of stainless steel Omni Arch.018 (GAC International, Inc.) were bonded to buccal surface of teeth by means of the above mentioned adhesives. The instructions of producers were followed. Enamel was etched for seconds with 37% orthophosphoric acid for composite adhesives, with conditioner - for 10 seconds with 10% polyacrylic acid - for PM GIC. Names of samples: Group A: Chemically cured composite resin Brackfix NT (VOCO, Germany) Group B: Light cured composite resin Light Bond (Reliance Orthodontic Products, Itasca, IL, USA) Group C: Chemically cured composite materiál No- Mix (American Orthodontics, USA) Group D: Light cured resin-modified glass ionomer cement GC Fuji Ortho LC (GC Corporation, Tokyo, Japan) Group E: Chemically cured resin-modified glass ionomer cement GC Fuji Ortho (GC Corporation, Tokyo, Japan) Zkouška tahem Zkoušku tahem jsme prováděli na VUT FSI (Ústav materiálového inženýrství, Odbor nauky materiálu). Zkušební stroj byl ZWICK Z0, snímač síly byl nastaven na 2,5 kn, rychlost zkoušky 2 mm za min. (obr. 2). Tensile test Tensile test was performed at VUT FSI (Institute of materiál engineering, Department of Materials). We ušed the test device ZWICK Z0, tensile reader was set for 2.5 kn,speed2 mm/min (Fig. 2). Fourliga- 30 www.orthodont-cz.cz

ORTODONCIE Odborná práce ročník 13 č. 3. 04 Čtyři ligaturove dráty byly spleteny dohromady a upevněny okolo ortodontického zámku. Konec drátu byl upevněn do horní samosvorné čelisti zkušebního stroje, do dolní samosvorné čelisti pryskyřičný bloček (obr. 3). Poté se inicioval tah, při kterém se čelisti od sebe vzdalovaly rychlostí 2mm za minutu. Síla, při které došlo k odtržení zámku byla zaznamenána v newtonech [N]. Hodnoty jsme přepočítali na megapascaly [MPa] dle vzorce: 1 MPa = 1N / mm 2, plocha báze zámku : 3mm x 4mm = 12 mm 2. ture wires were twisted and attached around the orthodontic bracket. The end of wire was fastened into the upper self-locking jaw, the block was fastened into the lower jaw (Fig. 3). Then the tensile was initiated in which the jaws were receding at speed of 2 mm/min. Tensile at which the bracket was torn was recorded in Newton N. The values were converted into megapascals MPa according to the formula: 1 MPa = 1 N/mm 2, surface without bracket: 3 mmx 4 mm = 12 mm 2. Statistické zpracování Pro testování rozdílů síly adheze mezi jednotlivými materiály byla použita analýza rozptylu. Předpoklady jejího použití jsou splněny- testy nezamítly předpoklad normality ani rozdílnost rozptylů měřené síly adheze jednotlivých materiálů. Takže byla použita parametrická analýza rozptylu ANOVA. Statistical data processing Analysis of variance was ušed for testing of differences in the strength of adhesion of individual materials. Tests did not reject assumption of normality nor different variance of measured strength of adhesion of individual materials. Parametric analysis of variance ANOVA was applied. Výsledky Pevnost vazby všech testovaných adheziv byla vyšší než 8 MPa, což je síla doporučovaná Reynoldsem [7] pro efektivní rutinní použití. Parametrická analýza rozptylu ANOVA ukázala statisticky významný rozdíl pevnosti vazby mezi kompozitními a skloionomerními cementy na hladině významnosti p < 0,0001 (tab. 1, graf 1). Kompozitní materiály dosáhly těchto výsledků: Průměrná síla vazby ve skupině A (Brackfix) byla 16,21 MPa a statisticky významně se nelišila od skupina B (Light Bond), ale statisticky významně se liší od skupin C (No-Mix), D (Fuji OrthoLC ) a skupiny E (Fuji Ortho). Skupina B (Light Bond) vykázala nejvyšší průměrnou pevnost vazby ze všech testovaných adheziv, tj. 16,76 MPa. Tato pevnost vazby se však statisticky významně neliší od skupiny A (Brackfix). Statisticky významně se liší od skupin C (No-Mix), D (Fuji OrthoLC) a skupiny E (Fuji Ortho). Skupina C (No-Mix) dosáhla průměrné síly vazby 13,77 MPa. Z testovaných kompozitních materiálů to byla vazba nejnižší, která se statisticky významně lišila od obou kompozitních skupin -A (Brackfix) i B (Light bond). Pevnost vazby byla ale zároveň statisticky významně vyšší než u obou skloionomerních adheziv -tj. skupin D (Fuji Ortho LC) a skupiny E (Fuji Ortho). Pryskyřicí modifikované skloionomerní cementy dosáhly těchto výsledků: Skupina D (Fuji Ortho LC) dosáhla průměrnou sílu vazby 11,32 MPa a skupina E (Fuji Ortho) měla průměrnou sílu vazby 10,47 MPa, která byla nejnižší ze všech testovaných adhezivních materiálů. Obě skupiny se svou pevností vazby statisticky významně lišily od skupin s kompozitními adhezivy, tj. skupin A (Brackfix), B (Light Bond) a skupiny C (No-Mix). Results Bond strength in all adhesives tested was over 8 MPa, which is the strength advocated by Reynolds 7 for effective practical use. Parametric analysis of variance ANOVA showed statistically significant difference in the bond strength between composites and glass ionomer cements at the level of significance p 0.0001 (Table 1, diagram 1). Results for composites: Mean bond strength in Group A (Brackfix) was 16.21 MPa. This was not significantly different from Group B (Light Bond), however, it was significantly different from Group C (No-Mix), D (Fuji Ortho LC) and E (Fuji Ortho). Group B (Light Bond) demonstrated the biggest average bond strength of all the adhesives tested, i.e. 16.76 MPa. It is different from Group C (No-Mix), D (Fuji OrthoLC) and E (Fuji Ortho). Group C (No-Mix) reached the average bond strength 13.77 MPa. It was the lowest value of all the composites and it was significantly different from both Group A(Brackfix) and B (Light bond). However, at the samé time, the bond strength was significantly higher than in both glass ionomers, i.e. Group D (Fuji OrthoLC) and E (Fuji Ortho). Results for resin-modified glass ionomer cements: Group D (Fuji Ortho LC) had the average bond strength 11.32 MPa, and Group E (Fuji Ortho) reached 10.47 MPa - which was the lowest value of all the adhesives tested. Both groups differ significantly from composite adhesives, i.e. Group A (Brackfix), B (Light Bond) and C (No-Mix). www.orthodont-cz.cz 31

ročník 13 č. 3. 04 Odborná práce ORTODONCIE Diskuse Kompozitní materiály vykázaly statisticky vyšší pevnost vazby než pryskyřicí modifikované skloionomerní cementy. Pevnost vazby všech námi testovaných adhezivních materiálů byla dostatečně vysoká pro uspokojivé klinické použití. Dosažené výsledky našeho pozorování korespondují se závěry současných studií Rix [8], Cacciafesta [4], Rock [9], Chung [10], které byly prováděny za obdobných podmínek a na moderních testovacích zařízeních. Průměrná pevnost vazby námi testovaných adhezivbyla: světlem polymerujícíkompozitnímateriál Light Bond -16,76 MPa, chemicky polymerujícíkompozitnímateriál Brackfix -16,21 MPa, chemicky polymerujícíkompozitnímateriál No Mix-13,77 MPa, světlem polymerující pryskyřicí modifikovaný GIC Fuji Ortho LC -11,32 MPa a chemicky polymerující pryskyřicí modifikovaný GIC Fuji Orho 10,47MPa. V literatuře je pevnost vazby pryskyřicí modifikovaných skloionomerních cementů udávána v rozmezí 6,5-19 MPa [8,11,12,13,14] a pro kompozitní adhezivní materiály 8-25 MPa [4, 8, 9]. Vliv na rozdílnou velikost vazby daných adheziv mezi jednotlivými studiemi má jednak vlastní technika odtržení ortodontického zámku, typ zámku a také příprava a skladování zubů s nalepenými zámky. Pro světlem polymerující pryskyřicí modifikovaný skloionomerní cement Fuji Ortho LC nejvyšší hodnoty pevnosti vazby publikovali Lippitz [24] -18,9 MPa a Rix [37] -13,57 MPa. Oba autoři použili při lepeníortho Conditioner GC -10% kyselinu polyakrylovou. Ostatní autoři [4, 21, 28] uvádí dosaženou pevnost vazby tohoto materiálu nižší. Z kompozitních adhezivních materiálů jsou publikovány vysoké pevnosti vazeb u materiálu Transbond XT (3M)-až MPa [37, 8, 2]. Celková frekvence selhání lepení je udávána u kompozitních adheziv mezi 4-7% [15,16] a pro pryskyřicí modifikované cementy 5-9% [15,17,18,19]. Závěr V této studii jsme srovnávali pevnost vazeb dvou typů adhezivních materiálů - kompozitních pryskyřic a pryskyřicí modifikovaných skloionomerních cementů. Vyšší sílu adheze vykázala kompozitní adheziva. Ovšem oba typy materiálů, jak kompozitní, tak skloionomerní prokázaly dostatečně vysokou pevnost vazby vhodnou pro klinické využití. Proto pro jejich použití rozhodnou i další faktory, jakými jsou kariostatický účinek, prostředí, ve kterém budeme lepit, délka procedury lepení, cena a další. Discussion Statistically, composites proved better bond strength than resin-modified glass ionomer cements. However, the bond strength of all the tested adhesives was sufficient for the clinical practice. Results of our research correspond to those given in the works by Rix [8], Cacciafesta [4], Rock [9], Chung [10] which were carried out in similar conditions and on modern testing equipment. The average bond strength of the tested adhesives was: light cured composite Light Bond -16.76 MPa, chemically cured composite Brackfix -16.21 MPa, chemically cured composite No-Mix 13.77 MPa, light cured resin-modified GIC Fuji Ortho LC -11.32 MPa, and chemically cured resinmodified GIC Fuji Ortho -10.47 MPa. Published studies statě the bond strength by resinmodified glass ionomer cements between 6.5-19 MPa [8, 11, 12, 13, 14] and by composite adhesives between 8-25 MPa [4, 8, 9]. The different results of bond strength by the given adhesives in the works mentioned is influenced by technique of removal of orthodontic bracket, type of bracket and also preparation and storage of teeth with brackets. The highest values of bond strength for light cured resin-modified glass ionomer cement Fuji Ortho LC were published by Lippitz [24] -18.9 MPa, and Rix [37] - 13.57 MPa. Both authors ušed in attachment Ortho Conditioner GC - 10% polyacrylic acid. Other authors [4, 21, 28] give lower values of the bond strength. Big strength is recorded for composite adhesive Transbond XT (3M) - MPa [37, 8, 2]. The overall frequency of failed adhesion is stated between 4-7% [15, 16] for composite adhesives, and 5-9% for resin-modified cements [15,17,18,19]. Conclusion The bond strength attached with two types of adhesives - composite resins and resin-modified glass ionomer cements - were compared. Better strength was demonstrated by composites. However, both composites and glass ionomers proved sufficient bond strength appropriate for clinical practice. Therefore, the choice is affected by other factors, e.g. cariostatic effect, environment of adhesion, length of proceduře, costs, etc. 32 www.orthodont-cz.cz

ORTODONCIE Odborná práce ročník 13 č. 3. 04 pohyblivý pričnik Obr.1: Barevné rozlišení vzorků zalitých v pryskyřičných bločcích Fig. 1: Color identification according to the ušed adhesive Tabulka 1: Základnístatistické charakteristiky jednotlivých adhezivních materiálů Table 1: Tensile test results mířící hlavy samosvomé Či:lis1 adheziva adhesives A B C D E počet number průměr mean 16,21 16,76 13,77 11,32 10,47 sm. odchylka s.d. 1,59 2,01 2,33 1,66 1,38 medián 16,18 17,02 13,12 11,48 10,79 minimum 12,87 12,54 10,06 7,11 7,13 maximum 18,71 19,84 18,26 14,05 11,92 rozpětí range 5,84 7,3 8,2 6,94 4,79 IB.fl 14 0 i i í Obr. 2: Zkušební stroj ZWICKZ0 rychlost tahu: 2 mm/min Fig. 2: Test device ZWICK Z0 speed: 2 mm/min 12.0 10 0 : í * 9 0- A B C O E Adhezivum Graf 1: Graf průměrů a směrodatných odchylek použitých adhezivních hmot Graf 1: Tensile test results - means and standard deviations Obr. 3: Upevněný testovaný vzorek v samosvorných čelistech - stav před iniciací tahu Fig. 3: Block fastened in tensile device - at the beginning of the test www.orthodont-cz.cz 33

ročník 13 č. 3. 04 Odborná práce ORTODONCIE Literatura/References: 1. Arnold, W. R.; Combe, C. E.; Warford, H. J.: Bonding of stainless steel brackets to enamel with a new selfetching primer. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 02,122, č. 3, s. 274-276. 2. Bishara, S. E.; VonWald, L; Laffoon, J. F.; Warren, J. J.: Effect of a self-etch primer/adhesive on the shear bond strength of orthodontic brackets. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 01,119, č. 6, s. 621-624. 3. Brosnihan, J.; Šafránek, L: Orthodontic bonding:the next generation. J. clin. Orthodont. 00, 34, č. 6, s. 614-616. 4. Cacciafesta, V.; Sfondrini, M. F.; De Angelis, M.; Scribante, A.; Klersy, C: Effect of water and saliva contamination on shear bond strength of brackets bonded with conventional, hydrophilic, and self-etching primers. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 03, 123, č. 6, s. 633-640. 5. Marcusson, A.; Norevall, L. I.; Persson, M.:Whitespotreductionwhen using glass ionomer cement for bonding in orthodontics:a longitudinal and comparative study. Eur. J. Orthodont. 1997,19, č. 3, s. 133-242. 6. Wilson, R. M.; Donly, K. J.: Demineralization around orthodontic brackets bonded with resin-modified glass ionomer cement and fluoride-releasing resin composite. Pediatr. Dent. 01, 23, č. 3, s. 255-259. 7. Reynolds, I.R.: A review of direct orthodontic bonding. Brit. J. Orthodont. 1975, 2, č. 3, s. 171-178. 8. Rix, D.; Foley, F. T.; Mamandras, A.: Comparison of bond strenght of three adhesives:composite resin, hybrid GIC, and glass-filled GIC. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 01,119, č. 1, s. 36-41. 9. Rock, W. P.; Abdullah, M. S. B.: Shear bond strengths produced by composite and compomer light cured orthodontic adhesives. J. Dent. 1997, 25, č. 3, s. 243-249. 10. Chung, C. H.; Cuozzo, P. T.; Maňte, F. K.: Shear bond strength of a resin-reinforced glass ionomer cement: an in vitro comparative study. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 1999,115, č. 1, s. 52-54. 11. Cacciafesta, V.; Jost-Brinkmann, P.; Sussenberger, U.; Miethke, R.: Effects of saliva and water contamination on the enamel shear bond strength of a light cured glass ionomer cement. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 1998,113, č. 4, s. 402-407. 12. Lippitz, S.J.; Stanley, R.N.; Jakobsen, J.R.: In vitro study of 24-hour and 30-day shear bond strengths of three resin-glass ionomer cements ušed to bond orthodontic brackets. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 1998, 113, č. 6, s. 6-624. 13. Meehan, P. M.; Foley, T. F.; Mamandras, A. H.: Acomparison of the shear bond strengths of two glass ionomer cements. Amer. J. Orthodont.dentofacial Orthop. 1999, 115, č. 2, s. 125-132. 14. Schaneveldt, S.; Foley, F. T.: Bond strength comparison of moisture-insensitive primers. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 02,122, č. 3, s. 267-273. 15. Adolfsson, U.; Larsson, E.; Ogaard, B.: Bond failure of no-mix adhesive during orthodontic treatment. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 02, 122, č. 3, s. 277-281. 16. Sunna, S.; Rock, W. P.: Clinical performance of orthodontic brackets and adhesive systems: a randomized clinical trial. Brit. J. Orthodont. 1998,25, č. 4, s. 283-287. 17. Fricker, J. P.: A newself-curing resin-modified glass-ionomer cement for the direct bonding of orthodontic brackets in vivo. Amer. J. Orthodont.dentofacial Orthop. 1998, 113, č. 4, s. 384-386. 18. Hitmi, L; Muller, Ch.; Mujajic, M.; Attal, J. P.: An 18-month clinical study of bond failures with resin-modified glass ionomer cement in orthodontic practice. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 01,1, č. 4, s. 406-415. 19. Wright, A.B.; Lee, R.T.; Lynch, E.; Young, K.A.: Clinical and microbiologic evaluation of a resin modified glass ionomer cement for orthodontic bonding. Amer. J. Orthodont. dentofacial Orthop. 1996,110, č. 5, s. 469-475. MUDr. Pavlína Černochová, Ph.D. ortodontické odd. stomatologické kliniky FN Pekařská 53,656 91 Brno Orthoexpress CZ + SK pořádá kurzy: (Informace: Orthoexpress CZ, s. r. o., Křenová 40, 602 00 Brno, tel./fax: 543 210 617, e-mail: orthoexpress@iol.cz) 15.-17.10. 04 Diagnostika a terapie retinovaných špičáků" kurz Doc. MUDr. O. Jedličková, CSc, MUDr. P. Černochová 34 www.orthodont-cz.cz