Photoinitiated curing of orthodontic adhesive resin

Abstract

In orthodontic bonding a bracket is placed on the tooth enamel and forces are applied to move the teeth. Orthodontic bracket should therefore be resistant to both applied and masticatory forces. Polymerization of the adhesive can be activated chemically or by light. Light curing of the adhesive under stainless steel brackets is a matter of interest among clinicians and researchers. It is known, that proper polymerization of the adhesive resin influences to the mechanical properties of a bonded bracket. Unpolymerized monomers decrease bond strength but are also shown to have harmful effects when leaching to the oral cavity. The aim of this thesis was to investigate polymerization of the adhesive and bond strength of orthodontic brackets when bonded with light-curing resin adhesive with different light curing techniques. Furthermore, light transmission through human teeth is studied to evaluate transillumination as a curing method.

To study polymerization, the degree of conversion (DC%) was measured afterlight curing the adhesive under bracket of various compositions. It was found, that the DC % of the adhesive was significantly higher under transparent brackets varying from 48% to 52% with direct curing. However, the study confirmed that the DC% under metal brackets can be improved by 17–21% by adding a glass-fiber weave under the bracket.

According to the results of this study, the light attenuation through human teeth follows the Beer-Lambert law where the transmitting light decreases as the specimen thickness increases. The present study showed a significant difference in light attenuation, where 1 mm thick layer of enamel attenuated 73% of incoming light and dentin 79%, respectively. 4 mm thick tooth barrier was found to obstruct all light transmission and the light transmission through extracted incisors were found the be 38 mW/cm2 and 6 mW/cm2 for premolars, respectively. Light curing by transillumination through the extracted incisors however resulted comparable DC% and bracket bond strength to conventional curing where the light is administrated from the sides of the bracket. In case of extracted premolars, light curing by transillumination showed poor DC% and bracket strength values compared to conventional curing.

To conclude, polymerization of the orthodontic adhesive under the bracket can be achieved with multiple combinations of curing time, direct of light curing and bracket material.

Oikomishoidossa käytettävien sidosaineiden valokovetus ja sidostaminen hammaskiilteeseen

Kiinteissä oikomiskojeissa käytetään hampaita siirtävien voimien välittämiseen oikomiskiinnikkeitä eli braketteja, jotka kiinnitetään hampaan kiilteeseen tavallisimmin valokovetteisen sidosmuovin avulla. Kiinnityksessä käytetty kovetin tuottaa valoa, joka saa kiinnitysmuovissa aikaan polymerisaatioreaktion, jonka vaikutuksesta kiinnityksestä tulee riittävän luja. Polymerisoitunut sidosmuovi kestää siihen kohdistuvan rasituksen murtumatta ja on samalla turvallinen suun olosuhteissa. Oikomishoidossa tavallisimmin käytetyt metalliset kiinnikkeet estävät sidosmuovin suoraa valottamista ja vaativat erityisen tekniikan, jotta kovetus on riittävä. Kovettumattomasta sidosmuovista saattaa ajan kuluessa vapautua haitallisia monomeereja, jotka ovat haitallista päästessään suun limakalvojen kanssa kosketuksiin. Tässä väitöskirjassa tutkittiin valokovetteisten sidosmuovien polymerisoitumista erityyppisten kiinnikkeiden alla käyttäen erilaisia valokovetuksen menetelmiä. Lisäksi tutkimuksen kohteena oli hampaan eri kovakudosten erot valonläpäisevyydessä.

Tutkimuksessa todettiin, että kovettamisaste metallisten kiinnikkeiden alla on merkittävästi matalampi kuin läpikuultavien. Polymerisoitumisaste läpinäkyvien kiinnikkeiden alla vaihteli 48–52 %:n välillä, kun taas metallisten kiinnikkeiden alla polymerisoitumisaste jäi alle 40 %. Tutkimuksessa kuitenkin vahvistettiin aiemmin tutkittu tieto, että lasikuituverkon avulla voidaan polymerisoitumisastetta parantaa jopa 17–21 %.

Hampaan läpi kulkeva valo noudattaa tutkimuksen mukaan Beer-Lambertin lakia, jossa näytteen läpi tulevan valon intensiteetti laskee näytepaksuuden kasvaessa. Tutkimuksessa todettiin myös merkittävä ero hampaan kiilteen ja dentiinin valonläpäisevyydessä. 1 mm paksuinen kiillenäyte läpäisi 27 % valokovettimen valosta, kun taas saman paksuinen dentiinileike vain 21 %. 4 mm paksun dentiinileikkeen todettiin vaimentavan sen läpi osoitetun valon. Tutkimuksessa todettiin, että inkisiivin läpi kulkeutuvan valon intensiteetti on keskimäärin 38 mW/cm2, kun taas premolaareilla vastaava arvo on 6 mW/cm2. Valokovetus inkisiivin läpi osoitti kliinisesti hyväksyttäviä arvoja sekä sidosmuovin polymerisoitumisen että irroitusvoiman suhteen. Kiinnikkeen sidostamisessa premolaareihin sen sijaan havaittiin, että valokovettamalla sidosmuovi kiinnikkeen sivuilta saavutetaan parempi polymerisoitumisaste sekä kiinnitysvoima kuin valokovettamalla koko hampaan läpi. Yhteenvetona voidaankin todeta, että valokovetteisen kiinnikemuovin riittävä kovettumisaste voidaan saavuttaa erilaisilla yhdistelmillä muutellen kovettamisaikaa, valon suuntaa sekä kiinnikemateriaaleja.