Corrosion resistance of fixed orthodontic appliance components in Ringer’s solution

• Autorzy: Chęcmanowski J. G. , Masalski J. , Ogiński T. , Mikulewicz M. , Szczygieł B.

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2017.7.3

Warianty tytułu

PL

Odporność korozyjna elementów aparatu ortodontycznego w roztworze Ringera

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Commercial orthodontic appliance components (wires, bands and brackets) were exposed to Ringer’s solution. EDS analyses showed that the materials were made of chromium-nickel steel. SEM examinations revealed only slight changes in the metallic surface of the orthodontic brace components after they had been kept in the Ringer solution (for 77 days). No potentiodynamic tests can be carried out on the orthodontic bands and brackets because of their complicated shape and small size. The electrochemical tests performed only for orthodontic wires. Potentiodynamic tests showed that the maximum rate of corrosion of the orthodontic wire made of chromium-nickel steel in the artificial body fluid amounted to 2.1·10^-6 A/cm². The aggressive action of chloride ions results in the selective character of the digestion of chromium-nickel steel. After the 11 week long exposure of the orthodontic components the concentration of chromium in the Ringer solution amounted to 0.10÷0.15 μg/dm³. while the maximum nickel content amounted to over 3 μg/dm³.

PL

Komercyjne elementy stałego aparatu ortodontycznego (druty, pierścienie i zamki) eksponowano w roztworze Ringera. Mikroanaliza rentgenowska (EDS) wykazała, że materiały wykonano ze stali chromowoniklowej. Obserwacje mikroskopowe (SEM) wykazały jedynie niewielkie zmiany powierzchni metalicznej elementów aparatu ortodontycznego podczas przetrzymywania w roztworze Ringera (77 dni). Skomplikowany kształt i niewielkie rozmiary pierścieni i zamków ortodontycznych uniemożliwiają przeprowadzenie badań potencjodynamicznych. Badania elektrochemiczne wykonano jedynie dla drutu ortodontycznego. Wykazały one, że maksymalna szybkość korozji drutu ortodontycznego w sztucznym płynie ustrojowym wynosi 2,1·10^-6A/cm². Agresywne działanie jonów chlorkowych skutkuje selektywnym charakterem roztwarzania stali chromowo-niklowej. Po 11-tygodniowej ekspozycji elementów ortodontycznych stężenie chromu w roztworze Ringera wynosiło ok. 0,10÷ 0,15 μg/dm³, przy maksymalnej zawartości niklu ponad 3 μg/dm³.

Słowa kluczowe

EN

orthodontic appliance; Ringer’s solution; corrosion; SEM; EDS; ICP

PL

aparat ortodontyczny; roztwór Ringera; korozja; SEM; EDS; ICP

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 7
• Strony: 222--225
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Chęcmanowski J. G.

• Zakład Zaawansowanych Technologii Materiałowych, Wydział Chemiczny, Politechnika Wrocławska, Wrocław

autor

Masalski J.

• Zakład Zaawansowanych Technologii Materiałowych, Wydział Chemiczny, Politechnika Wrocławska, Wrocław

autor

Ogiński T.

• Zakład Wad Rozwojowych Twarzy, Katedra Ortopedii Szczękowej i Ortodoncji, Uniwersytet Medyczny, Wrocław

autor

Mikulewicz M.

• Zakład Wad Rozwojowych Twarzy, Katedra Ortopedii Szczękowej i Ortodoncji, Uniwersytet Medyczny, Wrocław

autor

Szczygieł B.

• Zakład Zaawansowanych Technologii Materiałowych, Wydział Chemiczny, Politechnika Wrocławska, Wrocław

Bibliografia

• [1] Bakhtari A., T.G. Bradley, W.K. Lobb, D.W. Berzins. 2011. “Galvanic corrosionbetween various combinations of orthodontic brackets and archwires”. Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 140 (1) : 25–31.
• [2] Bourauel C., T. Fries, D. Drescher, R. Plietsch. 1998. “Surface roughness of orthodontic wires via atomic force microscopy, laser specular reflectance, and profilometry”. Eur. J. Orthod. 20 : 79–92.
• [3] Chęcmanowski J.G., B. Szczygieł. 2011. “Skuteczność ochronna powłok ceramicznych typu SiO2-Al2O3-ZrO2 otrzymywanych metodą zol-żel na stali 316L eksponowanej w płynach ustrojowych”. Ochrona przed Korozją 54 (7) : 417–424.
• [4] Chęcmanowski J., B. Szczygieł, J. Głuszek. 2009. “Powłoki ceramiczne SiO2-Al2O3 otrzymywane metodą zol-żel na powierzchni tytanu eksponowane w roztworze sztucznej krwi”. Ochrona przed Korozją 52 (4–5): 133–137.
• [5] Chęcmanowski J.G., B. Szczygieł. 2010. “Właściwości ochronne powłok ceramicznych wytworzonych metodą zol-żel w środowisku płynow fizjologicznych”. Ochrona przed Korozją 53 (4–5) : 201–206.
• [6] Cordeiro J.M., V.A.R. Barao. 2017. “Is there scientific evidence favoring the substitution of commercially pure titanium with titanium alloys for the manufacture of dental implants?”. Mater. Sci. Eng. C 71 : 1201–1215.
• [7] Daems J., J.P. Celis. 2009. “Morphological characterization of as-received and in vivo orthodontic stainless steel archwires”. Eur. J. Orthod. 31 : 260–265.
• [8] Darabara M.S., L.I. Bourithis, S. Zinelis, G.D. Papadimitriou. 2007. “Matallurgical characterization, galvanic corrosion, and ionic release of orthodontic brackets coupled with Ni-Ti archwires”. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 81 : 126–134.
• [9] Eliades T., A.E. Athanasiou. 2002. “In vivo aging of orthodontic alloys: implications for corrosion potential, nickel release, and biocompatibility.” Angle Orthod. 72 : 222–237.
• [10] Eliades T., H. Pratsinis, D. Kletsas, G. Eliades, M. Makou. 2004. “Characterization and cytotoxicity of ions released from stainless steel and nickel-titanium orthodontic alloys”. Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 125 : 24–29.
• [11] Huang H.H., Y.H. Chiu, T.H. Lee, S.C. Wu, H.W. Yang, K.H. Su. 2003. “Ion release from NiTi orthodontic wires in artificial saliva with various acidities”. Biomaterials 24 : 3585–3592.
• [12] Huang T.H., C.C. Yen, C.T. Kao. 2001. “Comparison of ion release from new and recycled orthodontic brackets”. Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 120 : 68–75.
• [13] Iijima M., K. Endo, T. Yuasa,H. Ohno, K. Hayashi, M. Kakizaki. 2006. “Galvanic corrosion behavior of orthodontic archwire alloys coupled to bracket alloys”. Angle Orthod. 76 : 705–711.
• [14] Kim E-C, M-K. Kim, R. Leesungbok, S-W. Lee, S-J Ahn. 2016. “Co–Cr dental alloys induces cytotoxicity and inflammatory responses via activation of Nrf2/antioxidant signaling pathways in human gingival fibroblasts and osteoblasts”. Dent. Mater. 32 : 1394–1405.
• [15] Kusy R.P. 2000. “Types of corrosion in removable appliances: annotated cases and preventative measures”. Clin. Orthod. Res. 3 : 230–239.
• [16] Kusy R.P. 2004. “Clinical response to allergies in patients”. Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 125 : 554–547.
• [17] McGinley E.L., G.P. Moran, G.J.P. Fleming. 2013. “Biocompatibility effects of indirect exposure of base-metal dental casting alloys to a human-derived threedimensional oral mucosal model”. J. Dent. 41 (11) : 1091–1100.
• [18] Park H.Y., T.R. Shearer. 1983. “In vitro release of nickel and chromium from simulated orthodontic appliances”. Am. J. Orthod. 84 : 156–159.
• [19] Petoumeno E., M. Kislyuk, H. Hoederath, L. Keilig, C. Bourauel, A Jager. 2008. “Corrosion susceptibility and nickel release of nickel-titanium wires during clinical application”. J. Orofac. Orthop. 69 : 411–423.
• [20] Petoumenou E., M. Arndt, L. Keilig, S. Reimann, H. Hoederath, T. Eliades. 2009. “Nickel concentration in the saliva of patients with nickel-titanium orthodontic appliances”. Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 135 : 59–65.
• [21] Platt J.A., A. Guzman, A. Zuccari, D.W. Thornburg, B.F. Rhodes, Y. Oshida. 1997. “Corrosion behavior of 2205 duplex stainless steel”. Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 112 : 69–79.
• [22] Schiff N., M. Boinet, L. Morgon, M. Lissac, F. Dalard, B. Grosgogeat. 2006. “Galvanic corrosion between orthodontic wires and brackets in fluoride mouthwashes”. Eur. J. Orthod. 28 : 298–304.
• [23] Sedriks A.J. 1996. Corrosion of stainless steel – 2nd Ed. New York: Wiley.
• [24] Shin J.S., K.T. Oh, C.J. Hwang. 2003. “In vitro surface corrosion of stainless steel and NiTi orthodontic appliances”. Aust. Orthod. J. 19 : 13–18.
• [25] Stenlund P., O. Omar, U. Brohede, S. Norgren, B. Norlindh, A. Johansson. 2015. “Bone response to a novel Ti-Ta-Nb-Zr alloy”. Acta Biomater. 20 : 165–175.
• [26] Szczygieł B., J. Głuszek, R. Orlicki. 2006. “Ceramiczne materiały protetyczne otrzymywane metodą zol-żel”. Inżynieria Stomatologiczna – Biomateriały 4 (1) : 22–27.
• [27] Wataha J.C. 2000. “Biocompatibility of dental casting alloys: a review.” J. Prosthet. Dent. 83 : 223–234.
• [28] Yonekura Y., K. Endo, M. Iijima, H. Ohno, I. Mizoguchi. 2004. “In vitro corrosion characteristics of commercially available orthodontic wires”. Dent. Mater. J. 23 : 197–202.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

The work was financed by statutory activity subsidy from the Polish Ministry of Science and Higher Education in 2016/2017 for the Faculty of Chemistry of Wroclaw University Technology no 0401/0262/16.