Kelelahan ortodontik nikel-titanium (NiTi) (NiTi) kabel dalam cairan yang berbeda di bawah tekanan mekanik konstan O. Prymaka, A. Klockeb, . Kahl-Niekeb, !. "##lea, $ a Institut Kimia Anorganik, University of Duisburg-Essen, D-45117 Essen, Jerman b Departemen rto!onti, "uma# $akit Universitas %amburg-Eppen!orf, &artinistr' 5(, D-()(4* %amburg, Jerman
%iterima &uni ' *+ menerima dalam bentuk reisi * Oktober ' Abstrak
Tuuan dari #enelitian ini adalah untuk mengan alisis in itro resistensi kelelahan nikel-titanium (NiTi) dan /uNiTi kabel ortodontik ketika mengalami kekuatan dan cairan yang hadir intraoral. Kabel menadi sasaran analisis mekanik dinamis (%!A) saat mereka tenggelam ke dalam cairan yang berbeda dengan #arameter beban mekanis miri# dengan yang dikenakan di mulut. 0uhu karakteristik transisi dan struktur #ermukaan kasar #ada #erimeter kabel ditentukan oleh di1erensial scanning kalorimetri (%0/) dan mikrosko# elektron scannin g (0"!), masing-masing, sebelum dan sesudah #ercobaan %!A. Kawat stainless steel digunakan untuk #erbandingan. 0ecara umum, NiTi kabel retak awal dari s#esimen stainless steel. Kelangsungan hidu# kali lebih rendah untuk kabel NiTi ketika direndam dalam cairan (air, asam sitrat, larutan Na/l, salia buatan, dan air liur buatan 1luoride) dari#ada di udara. Analisis #ermukaan #ermukaan 0"! menunukkan bahwa NiTi dan /uNiTi kabel memiliki #ermukaan kasar dari kawat baa. 2raktur teradi dalam seumlah singkat siklus #embebanan. 0am#ai #atah tulang teradi, si1at mekanik sebagian besar teta# konstan. 3 '4 "lseier-undangNiTi+. Kata kunci5 Kawat ortodontik+ intraoral+ Analisis mekanik dinamis+ Kelelahan 1. Pendahuluan
Nikel-titanium (NiTi) kabel ortodontik 67 yang di- troduced di ortodontik oleh Andreasen dan 8illeman 6'7. %ibandingkan dengan bahan archwire ortodontik tradisional, NiTi kabel ortodontik menunukkan modulus lebih rendah dari elastisitas, yang sangat berguna selama taha# awal tera#i alat cekat. urstone et al. 67 #ertama kali dielaskan #enera#an kawat NiTi su#erelastic ( 9/hinese NiTi9). Pasukan #enonakti1an rendah digunakan untuk membuat res#on tulang 91isiologis9 0ementara 0ementara si1at mekanik mekanik NiTi kabel ortodontik ortodontik telah di#elaari di#elaari secara ekstensi1, ekstensi1, ada sedikit sedikit in1ormasi in1ormasi mengenai ketahanan lelah angka #anang di bawah tekanan dinamis dan kondisi im#lantasi. Ketika digunakan sebagai bagian dari alat ortodontik cekat, NiTi kabel :en erally teta# berada di lingkungan oral untuk bebera#a bulan. iasanya, mereka mengalami mengalami seumlah besar kecil $ Penulis 0esuai. Tel .5 ; 4<-'-=-'4+ 1a>5. ; 4<-'-=-'*' "-mail address5. matthias.e##le?uni-essen.de (!. "##le)
beban selama #engunyahan. Namun, ketahanan lelah dari kabel ini mungkin terbatas 64,@7 dan studi klinis telah menunukkan bahwa kerusakan mungkin teradi lebih sering #ada NiTi kabel ortodontik 6*7. 8al ini sebagian diseba disebabka bkann oleh oleh lingku lingkunga ngann mulut mulut yang yang menga mengandu ndung ng banya banyakk agen agen korosi korosi11 yang yang berkon berkontri tribus busii terhad terhada# a# degenerasi kawat NiTi5 #ermukaan karatan telah dikaitkan dengan #enurunan ketahanan lelah. Asam bawang #utih atau- di#roduksi oleh #lak gigi dan minuman ringan berkarbonasi adalah asam kuat 67. 2luoride hadir di ham#ir setia# #asta gigi dan seumlah #roduk lisan hidrokarbon giene lainnya (bilas dan gel) dan #erendaman dalam larutan 1luorida baru-baru ini ditemukan menyebabkan 1raktur beta-titanium kabel ortodontik terkait dengan #enyera#an hidrogen 6=7. Ada sedikit in1ormasi tentang #erilaku kom#rehensi1 corro- dari #aduan NiTi di media 1luoride 6<7. Korosi NiTi #aduan da#at mem#engaruhi ity biocom#atibil- material. Beaksi alergi
terhada# kabel ortodontik telah dila#orkan dan kemungkinan akan terkait dengan #ele#asan ion nikel 6,7. Oleh karena itu, tuuan dari #enelitian ini adalah untuk mensimulasikan #embebanan dinamis dari NiTi kabel ortodontik yang menadi sasaran cairan yang berbeda yang hadir intraoral-. <'-@< C D Eihat hal de#an 3 '4 "lseier All rights resered. doi5 ,* C .msea.'..' Flmu dan Teknik !aterial A = ('4) -4 ' +rymak et a' Imu !an .eknik &ateria A /70 ())42 11)-114 111
Tabel . &enis kabel yang digunakan #ada saat inistudi namaProduk Alloy %imensi (menurut #rodusen s#esi1ikasi) Produsen 0ingkatan 0entalloyG NiTi ,4* mm H .*4mm (.= di. H .'@ di.) #ersegi #anang :A/ NiTi = I '@ /o##er NiTiG 'J NiTi (tembaga ditambahkan) .4*mm (.=in.) #utaran Ormco /uNiTi = /o##er NiTiG 'J NiTi (tembaga ditambahkan) ,4= mm H .*4mm (,< di. H ,'@ di.) #ersegi #anang Ormco /uNiTi < I '@ /o##er NiTiG @J NiTi (tembaga ditambahkan) .4 mm H .*4mm (, di. H ,'@ di.) #ersegi #anang Ormco /uNiTi I '@ stainless steel stainless steel .4 mm H .*4mm ( .. . di H ,'@ in) #ersegi #anang Ormco aa I '@ Produsen5 :A/, /entral Fsli#, N, L0A+ Ormco, Orange, /A, L0A. 0uhu diberikan untuk kabel /uNiTi (' dan @J) adalah suhu transisi martensit-austenit (J/) sebagaimana ditentukan oleh #rodusen. 2. Bahan dan metode
('1' Kabe
erbagai enis kabel ortodontik su#erelastic yang an- alyMed dalam #enelitian ini (lihat Tabel ). Kabel disegel baru digunakan sebagai di#eroleh dari #rodusen. 0ebuah kawat stainless steel digunakan untuk #erbandingan. Karena kabel ini #ra- dibentuk untuk bentuk lengkung gigi, hanya uung lurus kabel (wilayah molar) yang digunakan untuk menghindari #engaruh #erbedaan mungkin dalam bentuk wilayah anterior melengkung. %iameter menurut #rodusen diberikan dalam Tabel . Namun, diameter aktual diukur untuk setia# kawat indiidual sebelum #ercobaan dan digunakan untuk tasi /om#u- dari si1at mekanik. ('(' .ermogram D$3
0uhu trans1ormasi setia# kawat s#esimen diukur dengan di1erensial scanning kalorimetri (%0/) dengan #rogram suhu berikut5 @ untuk -@ J/ dengan -@ K min-, diikuti oleh -@ sam#ai @ J/ dengan @ K min, diikuti oleh @ ke - J/ dengan - K min-, diikuti oleh - sam#ai @ J/ dengan Kmin-. Oleh karena itu, setia# s#esimen menalani austenit-martensit transisi tion dua kali di kedua arah. Kami menggunakan NetMsch %0/ '4 instrumen dengan sam#el dari sekitar * mg (disegel cawan aluminium). ('/' Anaisis mekanik!inamis
analisis Teknikdilakukan dengan dinamis saya- analyMer chanical (%!A '4' /4) dari NetMsch, dilengka#i dengan ruang #erendaman custom-made untuk cairan. Eurus ' cm kawat s#esimen dikenai ui bending satu titik (yaitu satu bagian teta# dan bagian teta# lainnya dibelokkan oleh kekuatan sinusoidal). &arak terbuka antara dua klem adalah @ mm dari #anang kawat lurus. Kami memilih #arameter yang dekat dengan orang-orang 1isiologis di dalam mulut, yaitu de1leksi maksimum (am#litudo) dari '4m, kekuatan maksimum * N (batas a#aratur), dan tem#eratur dari /. Pemuatan 1rekuensi @ 8M di#ilih untuk menadi lebih tinggi dari yang di bawah kondisi in io untuk menca#ai waktu yang waar sam#ai gagal. Pengukuran
dilakukan di udara dan di larutan ui yang berbeda. The strument di- dikalibrasi terlebih dahulu untuk mem#erhitungkan #erubahan si1at sistem karena inersia dan iskositas media ketika sam#el direndam ke dalam air. 0i1at mekanik (storage modulus, tan ()) yang dikalkulasikan oleh #erangkat lunak NetMsch dan digunakan sebagai di#eroleh. Lntuk setia# enis kawat, setidaknya tiga s#esimen yang berbeda di#elaari untuk setia# solusi. Tak satu #un dari s#esimen yang digunakan lebih dari sekali. ('4' arutan ui
0olusi berikut digunakan untuk mensimulasikan #erilaku teradinya korosi selama im#lantasi5 () air suling. (') Asam sitrat dalam air (,=@ m!, #8 ,@). () Na/l dalam air (@mm). (4) air liur 2usayama!eyer buatan 6<75 K/l (.4gl-), Na/l '8 ( g ' O l-). (,4 (.*< The gl-), g #8-nilai l-), /a/l Na ' '
I '8 dari 0 I <8 ini ' O ' O (,<* solusi (,@ gl-), g adalah l-) , 4,buatan. Na8 dan ' PO urea 4 ·
(@) 1luoride salia 1luoride (gl- dari ,* gl- K2) ditambahkan ke salia buatan yang diusulkan oleh Angelini dan Qucchi 6'7 dan Bondelli dan RF /entini K0/N ( .@' 675 g l- K/l), (.4gl-), dan K8 '
PO 4
Na8/O ·H
'
O (,<
(,'@ gl-), gl-). Nilai #8 dari solusi ini adalah ,. (,5' Anaisis permukaan
0canning mikrosko# elektron (0"!) gambar dari #ermukaan imen alamiah lainnya dicatat sebelum dan setelah direndam dalam larutan ui. 0etelah #ercobaan, daerah 1raktur kabel diselidiki oleh 0"! uga. Kami menggunakan E"O @ instrumen. Lntuk s#esimen logam, tidak ada s#uttering di#erlukan. 3. Hasil dan diskusi
Telah menunukkan bahwa ariasi suhu antara @ dan @@ J/ hadir intraoral. Namun, !oore et al. 647 uga menunukkan bahwa biasanya suhu antara 4- J/ 11( ' +rymak et a' Imu !an .eknik &ateria A /70 ())42 11)-114
Tabel ' termokimia dan data mekanik ortodontik kawat kawat &enis NiTi = I '@ /uNiTi = /uNiTi < I '@ /uNiTi I '@ aa I '@ T (J/) (B -#hase, #uncak) #endinginan dengan -@ K min- , - - - - T (J/) (martensit, #uncak) #endinginan dengan -@ K min- -, -,* -4,* 4,@ - T (J/ ) (austenit, #uncak) #emanasan dengan @Kmin- ' *,@ ',@ @, '<, - "lastisitas modulus (storage modulus) di udara (:Pa) 4@,' (') ,= () <,* () 44, (4) ==, (<* ) de1leksi maksimum di udara (m) ''4, (@) '*,4 () '',@ (4') '@, () @4 (') gaya maksimum di udara (N) 4,@4 (@) ',@ (@) 4,4 (<) 4.' (< ) @.* () #enyim#angan 0tandard diberikan dalam kurung.
hadir selama sebagian besar waktu dan yang berubah karena konsumsi makanan atau minuman bertindak untuk interal waktu yang singkat saa. Oleh karena itu, tam#aknya te#at untuk melakukan #ercobaan in itro #ada J/ dalam solusi biomimetic yang berbeda dan uga untuk memilih #arameter mekanik dekat dengan model biologis. %irata-ratakan %ata termokimia dan mekanik dari semua kabel yang terdiri #ada Tabel '. 0etelah #endinginan, transisi austenit S B-1ase dan B-1ase S martensit teradi #ada kawat NiTi murni. %alam kabel tembaga-NiTi, B-1ase ditekan dan hysteresis lebih kecil. Tentu saa, tidak ada 1ase transisi dalam kawat baa. Perubahan ini termal yang menunukkan struktur mikro dari bahan yang sama untuk semua sam#el sebelum #ercobaan dan setelah #ercobaan (yaitu setelah #erendaman dan kegagalan mekanik). 0i1at mekanis (yaitu modulus elastisitas, #enyim#anan yang usia modulus) menunukkan bahwa semua NiTi kabel memiliki elastisitas sebanding sedangkan kawat baa auh lebih kuat. 0e#erti yang ditunukkan #ada :ambar. , modulus #enyim#anan lebih atau kurang konstan sebelum 1raktur kawat. Ada uga ham#ir tidak ada #erubahan ika kawat direndam ke dalam solusi yang berbeda. Oleh karena itu, tains Tabel ' con- rata-rata nilai yang berlaku untuk kabel di udara serta kabel tenggelam (#ada J/). %e1leksi maksimum (am- #litude) dari kabel NiTi sekitar '@m, dengan kekuatan sociated-asumsi dari '-4N. Kawat baa auh lebih kuat, oleh karena itu, gaya maksimum (sekitar *N) mengarah ke lengkung de- dari @4m saa. 8al ini membuat data mekanik lebih sulit untuk membandingkan, teta#i secara 1isiologis waar, karena selama #engunyahan gaya adalah konstan dan tidak de1leksi. Kabel 1raktur dalam interal waktu kecil se#erti ditunukkan #ada :ambar. . 0am#ai kegagalan dan de1leksi, kekuatan dan modulus #enyim#anan teta# #raktis konstan. Parameter utama, oleh karena itu, waktu untuk kegagalan. %ata ini terdiri dalam Tabel
.kali gagal diberikan #ada Tabel menunukkan tren berikut5. NiTi kabel memiliki masa hidu# lebih lama di udara dibandingkan dengan kabel /u NiTi 0etelah #erendaman dalam cairan, NiTi dan /uNiTi kabel menunukkan daya tahan sekitar urutan yang sama tude magni-. si1at kimia dari cairan #erendaman tidak memiliki #engaruh yang kuat #ada masa hidu# NiTi dan /uNiTi kabel. The /uNiTi < I '@ kawat lebih stabil dibandingkan dengan dua kabel lainnya /uNiTi, mungkin karena #enam#ang yang lebih besar. kabel baa memiliki masa hidu# lebih lama di udara dan di sebagian besar lutions begitu-, dibandingkan dengan NiTi dan /uNiTi. :ambar. . %!A #etak khas kawat NiTi (/uNiTi < H '@+ udara+ J/). Am#litudo di#ertahankan konstan (''@-'m) oleh instrumen dengan kekuatan 4.N. 0etelah 4@ menit, #atah tulang kawat. !asih ada kekuatan kecil setelah kerusakan sebagai dua uung kawat masih mengalami gesekan selama gerakan osilasi. 2rekuensi de1ormasi eks#erimental adalah @8M. Oleh karena itu, nomor yang diberikan di menit dikalikan dengan untuk menda#atkan umlah siklus sam#ai kerusakan. ' +rymak et a' Imu !an .eknik &ateria A /70 ())42 11)-114 11/
Tabel 8asil analisis mekanik dinamis5 Bata-rata waktu (min) untuk kabel #atah dalam lingkungan yang berbeda ( J/)
You're Reading a Preview
Eingkungan C enis solusi Kawat
Unlock full access with a free trial.
NiTi = I '@ /uNiTi = /uNiTi < I '@ /uNiTi I '@ aa I '@
Download With Free Trial
air 44 (4) ',@ (4) ** () 4= () '<= () air suling @',@ (4) <, (') *,@ (<*) ', ( 4) '<@ (4') .=@m! asam sitrat dalam air *<, (=) '=, ('') **, () '=, (4) '< () @mm Na/l dalam air @@,4 (==) ', ('*) =,@ (**) ',= ( <) *,* (@4) Arti1icial air liur ,= (4) ',' () *, (') '',@ (=) (4) 1luoride air liur () ',= (4) , (') '',@ (=) =< (4=) 1rekuensi de1ormasi eks#erimental adalah @8M. Oleh karena itu, nomor yang diberikan di menit harus dikalikan dengan untuk menda#atkan umlah siklus sam#ai kerusakan. 0tandar deiasi diberikan dalam kurung.
!asa #akai kawat baa sangat berkurang dalam Keberadaan garam anorganik. 0canning electron gambar mikrosko#is di#eroleh dari semua enis kawat. 0emua kabel NiTi memiliki ture #ermukaan kasar struktural #ada #erimeter dari kawat baa stainless (:ambar. '). Fni mungkin bertanggung awab untuk kelelahan lebih ce#at (retak agation yang #arah, terutama #ada #erendaman). Tidak ada #erubahan di #ermukaan #erimeter kabel diamati setelah sion immer-. Karena kali #erendaman relati1 singkat, kita mengasumsikan bahwa korosi tidak teradi (mungkin kecuali untuk crocorrosion mi- dalam retakan)1isiologis5. 8asil analisis mekanik dinamis (%!A) menekankan #entingnya mengukur kelelahan dalam lingkungan ang hasil untuk #engukuran di udara dan di berbagai solusi yang sangat berbeda untuk sebagian besar kabel su#erelastic yang diselidikiintraoral5. analisis mekanik dinamis mungkin cuku# untuk sim- Llating lingkungan enis analisis mekanik mem#erhitungkan kekuatan rendah yang diberikan #ada archwires ortodontik berkali-kali selama in io #er1ormance#er1ormance s#orts kawat. 0elanutnya, %!A memungkinkan untuk #enguian #ada suhu tubuh ( J/) dan untuk memonitor si1at mekanik selama #ercobaan.
:ambar. Permukaan '. 2raktur (to#) dan kawat #ermukaan (#erimeter, bawah) dari /uNiTi = kawat (udara+ kiri) dan dari baa I '@ kawat (salia buatan+ kanan). 114 ' +rymak et a' Imu !an .eknik &ateria A/70 ())42 11)-114
kualitasPermukaan yang tersedia secara komersial NiTi atau- thodontic kabel telah diteliti oleh "s-0ouni et al. 6@7 dan ourauel et al. 6*7. Kedua studi menemukan #ermukaan agak kasar di bebera#a s#esimen. 8al ini sesuai dengan #enelitian kami5 #emindaian mikrosko# elektron mengungka#kan struktur #ermukaan kasar dari NiTi dibandingkan dengan kawat stainless steel. Namun, kami tidak melihat korosi, mungkin karena waktu #erendaman singkat urutan am. !eski#un tidak ada bukti langsung untuk itu asumsi dari hasil yang disaikan, ada kemungkinan bahwa retak #ro#agasi tion yang dimulai #ada #ermukaan kawat bertanggung awab atas kegagalan dalam umlah yang relati1 rendah dari siklus. 2akta bahwa si1at mekanik ham#ir konstan sam#ai gagal menunukkan bahwa celah terbentuk dengan ce#at merambat a1- ter telah terbentuk. Kehadiran cairan dan ion meningkatkan lau #erambatan retak. Ucapan Terima Kasih
Penulis menguca#kan terima kasih ke#ada %eutsche 2orschungsgemeinscha1t (02 4@<, 0ha#e !emory Teknik) untuk mendanai #enelitian ini. !. "##le adalah berterima kasih ke#ada 2onds der /hemischen Fndustrie untuk #endanaan. Kami berterima kasih :unther "ggeler untuk membantu diskusi-diskusi. Referensi
67 E. ahia, 0ha#e !emory Fm#lant, 0#ringer, erlin, '. 6'7 :2 Andreasen, T 8illeman, &. Am. Eekuk. Assoc. =' (<) . 67 /& urstone, . Uin, & !orton, Am. &. Orthod. = (<=@) 44@. 647 B8 %auskardt, TV %uerig, BO Bitchie, di5 Prosiding ahan Besearch 0ociety !eeting Fnternational Adanced !aman terials5 ahan entuk !emory, Pittsburgh, <=<, hal. '4. 6@7 AE !cKeley, BO Bitchie, &. iomed. !ater. Bes. 4 (<<<) . 6*7 . !ohlin, 8. !Wller, &. Xdman, . Thilander, "ur. &. Orthod. (<<) =*. 67 "8 Boos, K& %only, Pediatr. Eekuk. '4 ('') @. 6=7 K. Kaneko, K. okoyama, K. !oriyama, K. Asaoka, &. 0akai, !. Nagumo, iomaterial '4 (') '. 6<7 N. 0chi11, . :rosgogeat , !. Eissac, 2. %alard, iomaterial ' ('') <<@. 67 "!8 Al-Vaheidi, Uuintessence Fnt. '* (<<@) =@. 67 /E %unla#, 0K Rincent, 2 arker, &. Am. Eekuk. Assoc. = (<=<) 44<. 6'7 ". Angelini, 2. Qucchi, 0ur1. Technol. ' (<=4) <. 67 :. Bondelli, . Ricentini, iomaterial ' (<<<) =@-<'. 647 B& !oore, &T2 Vatts, &AA 8ood, %& urritt, "ur. &. Orthod. ' (<<<) '4<. 6@7 !. "s-0ouni, !. "s-0ouni, 8. 2ischer-randies, iomaterial ' ('') '==. 6*7 /. ourauel, T. 2ries, % . %rescher, B. Plietsch, "ur. &. Orthod. ' (<<=) <.
