Neuartige Shape-Memory-Aligner sowie Ein- und Mehrschichtfolien-Aligner – eine Analyse der initialen Kraft- und Momentabgabe sowie der Biokompatibilität
Ziele: das erste Ziel dieser Arbeit war die Klärung der Fragestellung, welche Kräfte und Momente verschiedene Zahnumstellungsschienen (Aligner) unterschiedlicher Materialien und Herstellungsverfahren initial auf einen Zahn in Malokklusion ausüben. Darüber hinaus sollte die Biokompatibilität dieser verschiedenen Aligner evaluiert werden.
Methoden: es wurden insgesamt vier verschiedene ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Ziele: das erste Ziel dieser Arbeit war die Klärung der Fragestellung, welche Kräfte und Momente verschiedene Zahnumstellungsschienen (Aligner) unterschiedlicher Materialien und Herstellungsverfahren initial auf einen Zahn in Malokklusion ausüben. Darüber hinaus sollte die Biokompatibilität dieser verschiedenen Aligner evaluiert werden.
Methoden: es wurden insgesamt vier verschiedene Alignertypen ausgewählt. Darunter befanden sich zwei Schienen, welche neuartige Shape-Memory-Eigenschaften aufweisen: Tera Harz TC-85DAC (Graphy Inc., Seoul, Südkorea), ein druckbarer Aligner sowie ein mit der Montanuniversität Leoben entwickelter Aligner, bestehend aus den Komponenten PPC (= Polypropylencarbonat) und TPU (= thermoplastisches Polyurethan). Die anderen beiden Zahnumstellungsschienen repräsentieren konventionelle, tiefziehbare Folien: CA® Pro Clear Aligner (Scheu Dental GmbH, Iserlohn, Deutschland) und Erkodur-al (Erkodent Erich Kopp GmbH, Pfalzgrafenweiler, Deutschland).
Die Finite-Elemente-Methode wurde angewandt, um die initialen Kräfte und Momente, die von den Alignern mit unterschiedlichen Schichtdicken auf einen Zahn in Malokklusion ausgeübt werden, zu berechnen. Hierfür wurden Gipsmodelle von Zahnbögen mit einem mesiorotierten Zahn 11 gefertigt, digitalisiert und virtuell analysiert. Im Rahmen der Untersuchung der Biokompatibilität wurden die flüchtigen Substanzen mittels Headspace-Festphasenmikroextraktion gekoppelt mit der Gaschromatographie mit Massenspektrometrie identifiziert, die Freisetzung und die Menge organischer Verbindungen in künstlichem Speichel bestimmt sowie die Konzentration von Bisphenol A (BPA) und Bisphenol S (BPS) quantifiziert.
Ergebnisse: Der CA® Pro Clear Aligner wies die höchsten Werte bei allen drei untersuchten Schienendicken (0,40 mm, 0,50 mm und 0,60 mm) in Bezug auf die resultierenden Kraft- und Momentbelastungen auf. Wohingegen die Zahnumstellungsschiene Erkodur-al die geringsten Kraftbelastungen zeigte. Die gedruckte Graphy-Schiene hatte in Bezug auf die Kraft- und Momentapplikation im Vergleich zu Erkodur-al ähnliche Ergebnisse bei den Schichtdicke von 0,40 mm und 0,50 mm. Zudem wurde nach 72 Stunden in allen vier Proben kein BPA nachgewiesen. BPS konnte in dem Graphy-Aligner detektiert werden. Die höchste Anzahl an freigesetzten Verbindungen wurde in den Proben des SMP- und des direkt gedruckten Graphy-Alignes gefunden. Die Substanzfreisetzung innerhalb der ersten 24 Stunden dominierte.
Schlussfolgerungen: um eine parodontale Überbelastung zu vermeiden, sollten Aligner mit geringeren Kräften und Momenten für diese Art der Zahnbewegung bevorzugt und dünne Schichtdicken verwendet werden. Es werden verschiedene Substanzen aus den Alignern freigesetzt, wobei die Konzentrationen dieser Verbindungen gering sind.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Objectives: the first aim of this study was to clarify the applied initial forces and moments by different repositioning splints (aligners) of various materials and manufacturing methods. In addition, the second goal of this research was to evaluate the biocompatibility of these different aligners.
Methods: four types of aligners were selected. Two splints with novel shape memory properties: ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Objectives: the first aim of this study was to clarify the applied initial forces and moments by different repositioning splints (aligners) of various materials and manufacturing methods. In addition, the second goal of this research was to evaluate the biocompatibility of these different aligners.
Methods: four types of aligners were selected. Two splints with novel shape memory properties: a printable aligner made of the resin Tera Harz TC-85DAC (Graphy Inc., Seoul, South Korea) and an aligner developed in collaboration with the University of Leoben, consisting of the components polypropylene carbonate and thermoplastic polyurethane. The other two aligners were conventional, thermoformable aligners: CA® Pro Clear Aligner (Scheu Dental GmbH, Iserlohn, Germany) and Erkodur-al (Erkodent Erich Kopp GmbH, Pfalzgrafenweiler, Germany).
The finite-element-method was used to analyze the forces and moments generated by the aligners with various layer thicknesses on a maloccluded tooth. Plaster models of dental arches with a mesiorotated tooth 11 were fabricated, digitized and virtually analyzed. The investigation of biocompatibility included the characterization of the volatile fraction by headspace solid phase microextraction coupled to gas chromatography mass spectrometry, the simulation of leachable organic compounds using artificial saliva and the quantitation of bisphenol A (BPA) and bisphenol S (BPS) after extraction.
Results: the force and moment analyses showed that the thermoformable CA® Pro Clear Aligner exhibited the highest values. The thermoformed Erkodur-al aligner showed the lowest force loads for all layer thicknesses (0.40 mm, 0.50 mm and 0.60 mm). The printed Graphy splint had similar results to Erkodur-al in terms of force and moment application at layer thicknesses of 0.40 mm and 0.50 mm. Furthermore, no BPA was found in all four samples after 72 h. BPS was found in the Graphy-Aligner. The most leachable compounds were found in the samples of the SMP- and the direct printed Graphy-Aligner. Most of the compound release occurred during the first 24 h.
Conclusions: to avoid periodontal overloading, aligners with lower force and moment delivery should be chosen for this type of tooth movement and thin layer thicknesses should be used. Moreover, various substances are released from the aligners, but the current research indicates that the levels of leachable compounds are generally low.
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