Bonding of orthodontic brackets to enamel: Studies on the clinical outcome of bracket bonding and approaches to increase the bond strength of the adhesive interface

Abstract

ABSTRACT

An extensively used form of orthodontic treatment is the use of fixed appliances, where brackets are attached to the teeth for the duration of the treatment, often with light curing adhesives. The adhesion between the brackets and enamel must withstand the forces generated during the treatment, but on the other hand, an easy removal of the appliances at the end of the treatment without causing damage to dental hard tissues is desirable. Sometimes bracket failure occurs during the treatment, in which case a new bracket must be bonded on the tooth, and here the changes in enamel surface after initial bonding procedures may influence the rebonding.

In the studies presented in this thesis, the failure rate of brackets in clinical practice and certain methods to improve the bonding and rebonding of brackets were investigated.

The failure rate of orthodontic brackets in this study cohort was 7.9%. More brackets were debonded from mandibular teeth than from maxillary teeth, and the selected bonding system and the operator’s bonding technique had an effect on the bonding success.

A glass fiber weave placed in the adhesive interface improved the degree of cure of the adhesive under metal brackets, and transillumination through teeth was possible, but the irradiance diminished quickly as the thickness of the tooth slices increased. Ceramic brackets yielded highest bond strengths (21.9 MPa) compared to metal (8.14 MPa) and polycarbonate brackets (10.47), and a silane based primer improved the bond strength of ceramic brackets even further (26.45 MPa). However, this improvement of bond strength was associated with enamel fractures. To achieve adequate bond strength values after bracket failure, a small amount of enamel needed to be ground off before rebonding. It can be concluded, that a clinically significant number of brackets fail during the treatment, and therefore these methods that improve bonding are of importance. Yet a higher bond strength must not come at the detriment of intact dental hard tissues.

KEYWORDS: orthodontic bracket, bond strength, dental bonding, bracket failure

TIIVISTELMÄ

Oikomishoidossa paljon käytetty hoitomuoto on kiinteä kojeistus, jossa kaarilankojen kiinnikkeet, braketit, kiinnitetään hammaskiilteeseen. Kiinnityksessä käytetään useimmiten valokovetteisia kiinnitysmuoveja. Sidoksen täytyy kestää hoidon aikaiset voimat, joten sidoslujuuden parantaminen on tärkeää. Toisaalta liian vahva kiinnitys saattaa johtaa hammaskudoksen vaurioihin hoidon päättyessä, kun braketit irrotetaan hampaista. Jos braketti irtoaa kesken hoidon, täytyy hampaaseen kiinnittää uusi braketti ja tällöin ensimmäisen sidostuksen aikaansaamat muutokset hammaskiilteessä saattavat vaikuttaa uudelleensidostamiseen.

Näissä tutkimuksissa selvitettiin brakettien irtoamisfrekvenssiä, sekä pyrittiin parantamaan brakettien sidoslujuutta erilaisin keinoin.

Tutkitussa potilasaineistossa 7,9 % braketeista irtosi ennenaikaisesti kesken hoidon. Irtoaminen oli yleisempää alaleuan hampaissa kuin yläleuassa. Valittu kiinnitysmuovi ja sidosaine, sekä operaattorin sidotustekniikka vaikuttivat sidostuksen onnistumiseen.

Lasikuituverkko braketin alla paransi kiinnitysmuovin kovettumisastetta metallisten brakettien ja suurempien kojeiden alla. Kiinnitysmuovin valokovetus oli mahdollista dentiinin läpi, mutta vain alle 4 mm paksuuteen asti. Vertailtaessa erityyppisten brakettien sidoslujuuksia, keraamisten brakettien sidoslujuus oli korkeampi (21,9 MPa) kuin polykarbonaatti- (10,47 MPa) tai metallibrakettien (8,14 MPa). Silaanipohjainen esikäsittelyaine braketin pohjassa paransi keraamisten brakettien sidoslujuutta (26,45 MPa), mutta vahvempi sidos johti kiillevaurioihin kiinnikkeitä irrotettaessa. Braketin ennenaikaisen irtoamisen jälkeen pieni määrä kiillettä täytyi hioa pois, jotta uutta brakettia kiinnitettäessä saavutettiin alkuperäiseen sidostukseen verrattavissa oleva sidoslujuus. Yhteenvetona voidaan todeta, että kliinisesti merkittävä osa braketeista irtoaa hoidon aikana, joten kiinnitystä on tärkeää parantaa, mutta toisaalta voimakas sidostuminen ei saa johtaa hampaan kovakudosten vaurioihin.

AVAINSANAT: braketti, sidosulujuus, sidostaminen, brakettien irtoaminen