Physikalische/mechanische und antibakterielle Eigenschaften von kieferorthopädischen Klebstoffen, die Sr enthalten

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 6635 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Weiße Flecken um kieferorthopädische Brackets herum sind die Hauptkomplikation bei einer festsitzenden kieferorthopädischen Behandlung. In dieser Studie wurden kieferorthopädische Klebstoffe zur Förderung der Mineralausfällung und zur Reduzierung des Bakterienwachstums vorbereitet. Es wurden Klebstoffe mit Zusatz von Calciumphosphat-Monohydrat/Sr-bioaktiven Glasnanopartikeln (Sr/CaP) und Andrographolid hergestellt. Die physikalisch-mechanischen und antibakteriellen Eigenschaften der Klebstoffe wurden getestet. Die Additive reduzierten den Monomerumsatz der Materialien (62 bis 47 %). Die Zugabe von Sr/CaP und Andrographolid erhöhte die Wasseraufnahme (von 23 auf 46 μg/mm3) und die Wasserlöslichkeit (von 0,2 auf 5,9 μg/mm3), verringerte jedoch die biaxiale Biegefestigkeit (von 193 auf 119 MPa) der Klebstoffe. Die Schmelzhaftfestigkeiten der experimentellen Klebstoffe (19–34 MPa) waren mit denen des kommerziellen Materials vergleichbar (p > 0,05). Die Sr/CaP-Füllstoffe förderten die Freisetzung von Ca-, Sr- und P-Ionen und die Ausfällung von Calciumphosphat an der gelösten Grenzfläche. Eine Erhöhung der Sr/CaP-Konzentration verstärkte die Hemmung von S. mutans um 18 %, während die Wirkung von Andrographolid nicht nachgewiesen wurde. Es wurde erwartet, dass die Fähigkeit der Klebstoffe, die Ionenfreisetzung, die Calciumphosphat-Ausfällung und die Wachstumshemmung kariogener Bakterien zu fördern, das Auftreten von White-Spot-Läsionen reduzieren würde. Die Zusätze verringerten die physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Materialien, die entsprechenden Werte lagen jedoch im akzeptablen Bereich.

Die häufigste Komplikation bei festsitzenden kieferorthopädischen Behandlungen ist anfängliche Schmelzkaries oder weiße Flecken im Bereich der Brackets1. Diese Läsionen entstehen durch die anhaltende Demineralisierung der Zähne und den dysbiotischen Zahnbiofilm2, der durch eine suboptimale Mundhygiene während der Behandlung verursacht wird. Wenn die kariösen Läsionen unbehandelt bleiben, können die Läsionen fortschreiten und zu tiefen und nicht reinigbaren Hohlräumen werden. Dies kann in der Folge zu schweren Zahninfektionen/-schmerzen führen, die die kieferorthopädische Behandlung erschweren. Es wurde berichtet, dass die unregelmäßigen Oberflächen überschüssiger kieferorthopädischer Klebstoffe die Ansammlung von Zahnbiofilmen begünstigen3. Daher können Klebstoffe mit remineralisierenden und antibakteriellen Wirkungen erforderlich sein, um das Risiko von Zahnkaries zu verringern. Allerdings zeigten die derzeit verfügbaren und häufig verwendeten kieferorthopädischen Klebstoffe aus Kunstharzkomposit keine Antikarieswirkung. Darüber hinaus kann eine suboptimale Lichthärtungstechnik das Risiko der Freisetzung nicht reagierter Monomere erhöhen4, was die Kariogenität und mikrobielle Dysbiose von Zahnbiofilmen fördern kann5.

Verschiedene Methoden wurden eingesetzt, um die Remineralisierung und die antibakterielle Wirkung kieferorthopädischer Klebstoffe zu verbessern. Beispielsweise wurden Glasionomerzemente eingesetzt, um die Fluoridfreisetzung zu erleichtern und die Kariesresistenz durch die Fluoridierung der Zahnoberfläche zu erhöhen6. Eine klinische Studie ergab jedoch, dass bei der Verwendung von kieferorthopädischem Klebstoff mit Glasionomerzement keine signifikante Verringerung der Demineralisierung der Zähne festgestellt werden konnte7. Calciumphosphate können als reaktive Füllstoffe verwendet werden, um die Freisetzung von Calcium- und Phosphationen aus kieferorthopädischen Klebstoffen zu fördern. Diese Ionen sind wichtig für die Förderung geeigneter Bedingungen für die Ausfällung von Zahnmineralien wie Hydroxylapatit8,9. In früheren Studien wurde kommerziell erhältliches Monocalciumphosphat-Monohydrat (MCPM) in harzbasierte Materialien eingearbeitet10,11. Die Verwendung von MCPM in hohen Konzentrationen (10–20 Gew.-%) verstärkte die Ausfällung von Hydroxylapatit erheblich10,11,12, was erwartungsgemäß remineralisierende Effekte an der Zahn-Komposit-Grenzfläche fördern sollte. Die hohe Löslichkeit von MCPM (Ca/P-Verhältnis = 0,5) könnte jedoch zu einer übermäßigen Wasseraufnahme, Polymerplastifizierung und einer erheblichen Verringerung der mechanischen Festigkeit kieferorthopädischer Klebstoffe führen12.

Ein alternatives Remineralisierungsmittel zu Calciumphosphatverbindungen könnten bioaktive Sol-Gel-Gläser sein13. Es wurde gezeigt, dass der Einbau bioaktiver Glasnanopartikel in kieferorthopädische Klebstoffe zu wirksamen remineralisierenden Wirkungen führte14. Darüber hinaus zeigte die Verwendung kugelförmiger bioaktiver Glaspartikel eine stärkere mineralisierende Wirkung im Vergleich zur Verwendung unregelmäßiger/körniger Partikel15. Es wurde vorgeschlagen, dass Sr2+ möglicherweise die Apatitausfällung verbessern könnte, indem es die Anzahl der Keimbildungscluster erhöht16,17. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass mit Sr dotiertes bioaktives Glas im Vergleich zu nicht Sr-dotiertem bioaktivem Glas überlegene antibakterielle Wirkungen aufwies18. Die antibakteriellen Wirkungen von Sr2+ können die Hemmung des Wachstums, der Zellwandsynthese, des Stoffwechsels und der DNA-Replikation von Bakterien umfassen18.

Es wurde erwartet, dass der Zusatz antibakterieller Wirkstoffe die Biofilmbesiedlung rund um kieferorthopädische Brackets verringern würde. Studien haben gezeigt, dass der Zusatz von Chlorhexidin zu kieferorthopädischen Zementen die antibakterielle Wirkung verstärkt, ohne die Klebeleistung zu beeinträchtigen19,20. Schwere allergische Reaktionen auf Chlorhexidin sind jedoch nach wie vor ein großes Problem21. Andrographolid (Andro) ist ein medizinischer Extrakt aus Andrographis paniculata (Acanthaceae), der traditionell in der Kräutermedizin verwendet wird. Andro ist ein bizyklisches Diterpenoid, das an beiden Enden des Moleküls ɣ-Lacton enthält. Es weist verschiedene vorteilhafte biologische Aktivitäten auf, wie z. B. entzündungshemmende, antivirale, antitumorale, antioxidative und antibakterielle Eigenschaften22. Es wurde berichtet, dass Andro die Biofilmbesiedlung durch Eingriff in das Quorum-Sensing-System reduzierte und so die Bildung bakterieller Biofilme, die Produktion von Virulenzfaktoren und die bakterielle Koaggregation hemmte23. Darüber hinaus zeigte eine Studie, dass Andro die Anhaftung kariogener Bakterien (S. mutans) an Hydroxylapatitkügelchen verhindert, indem es die Glucosyltransferase-Aktivität verringert und die Aktivität von Glucan-bindendem Lektin aus Stämmen eliminiert24.

Derzeit gibt es nur begrenzte Studien, die den potenziellen Einsatz von Kräuterextrakten mit geringer Toxizität und antibakterieller Wirkung wie Andro untersuchen, um antibakterielle Wirkungen für kieferorthopädische Klebstoffe zu ermöglichen. Das Ziel der aktuellen Studie war die Herstellung experimenteller kieferorthopädischer Klebstoffe, die Sr-BGNPs/MCPM und Andro enthalten. Bewertet wurden die physikalischen/mechanischen Eigenschaften der Materialien und die Hemmung von S. mutans durch die Materialien. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen einer Erhöhung der Konzentrationen von Sr-BGNPs/MCPM und Andro auf die getesteten Eigenschaften der Materialien analysiert. Die Hypothese war, dass die Erhöhung der Additive die getesteten Eigenschaften der Materialien nicht wesentlich beeinflussen sollte. Alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien, Protokollen und Vorschriften durchgeführt.

Sphärische Sr-bioaktive Glasnanopartikel (Sr-BGNPs) mit einem Durchmesser von 200 nm wurden durch einen Sol-Gel-Prozess gemäß einer in früheren Studien verwendeten Methode synthetisiert25,26,27. Silica-Nanopartikel (SiO2-NPs) wurden vor dem kationischen Einbau synthetisiert. Kurz gesagt wurden 0,32 M Ammoniumhydroxid, 6 M Milli-Q-Wasser und 14 M Ethanol (99,5 %) in einem 500-ml-Erlenmeyerkolben gemischt und 10 Minuten lang bei 500 U/min gerührt. Dann wurde der vorbereiteten Lösung nach und nach 0,28 M Tetraethylorthosilicat (TEOS) zugesetzt. Die gemischte Lösung wurde 10 Stunden lang gerührt, um die Hydrolyse- und Polykondensationsreaktionen abzuschließen. SiO2-NPs wurden gesammelt und mit 0,09 M Calciumnitrattetrahydrat (99 %) und 0,27 M Strontiumnitrat (99 %) eingearbeitet. Die vorbereiteten Partikel wurden dann 3 Stunden lang bei 680 °C mit einer Heizrate von 3 °C/min kalziniert. Anschließend wurden die Partikel zweimal mit Ethanol gereinigt. Die Morphologie und Größe der Partikel wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop charakterisiert. Die Zusammensetzung der Partikel wurde mithilfe von Röntgenfluoreszenz (XRF, XUV773, Fischer Instrumentation, Worchestershire, UK) mit Röntgengeneratoren im Bereich von 8–20 kV gemessen, die im Vakuum betrieben wurden. Zur Identifizierung des Kristallbeugungsmusters der Partikel wurde ein Diffraktometer verwendet. Das Röntgenbeugungsmuster (XRD, Bruker, Massachusetts, USA) wurde mit einem automatischen Pulverdiffraktometer Bruker AXS unter Verwendung von Cu-Kα-Strahlung (1,540600 Å) bei 40 kV und 40 mA aufgenommen. Die Daten wurden im 2θ-Bereich von 5–70° mit einer Scanrate von 3°/min erfasst.

Die experimentellen kieferorthopädischen Klebstoffe wurden nach dem Protokoll einer früheren Studie12 hergestellt. Kurz gesagt enthielt die flüssige Phase der Klebstoffe 70 Gew.-% Urethandimethacrylat (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA), 26 Gew.-% Triethylenglykoldimethacrylat (Sigma-Aldrich) und 3 Gew.-% 2-Hydroxyethylmethacrylat (Sigma-Aldrich). ) und 1 Gew.-% Kampferchinon (Sigma–Aldrich). Die Pulverphase enthielt silanbehandeltes Boroaluminosilikatglas (Esstech, Inc. Essington, PA, USA), Sr-bioaktive Glasnanopartikel (Sr-BGNPs), Monocalciumphosphatmonohydrat (MCPM, Himed, Old Bethpage, NY, USA) und Andrographolid (Nanjing NutriHerb BioTech, Jiangsu, China). Es wurden fünf experimentelle Formulierungen mit unterschiedlichen Konzentrationen von Sr-BGNPs/MCPM (Sr/Ca) und Andro hergestellt (Tabelle 1). Die Pulver- und Flüssigphasen wurden unter Verwendung eines Pulver-zu-Flüssigkeits-Verhältnisses von 4:1 (Massenverhältnis) gemischt. Die gemischten Klebstoffe wurden dann in eine Verbundspritze (MIXPAC 1 ml Spritze, medmix Switzerland AG, Haag, Schweiz) geladen. Als Kontrolle wurde ein handelsüblicher kieferorthopädischer Verbundklebstoff (Trans, Transbond XT, 3M-ESPE, Seefeld, Deutschland) verwendet.

Die ungehärteten Klebstoffe (n = 5) wurden in einem Metallsicherungsring (1 mm Dicke und 10 mm Durchmesser) über dem Diamanten mit abgeschwächter Totalreflexion (ATR, iD7 ATR, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) von a platziert Fourier-Transformations-Infrarotspektroskop (FTIR, Nicolet iS5, Thermo Fisher Scientific). Anschließend wurden die Materialien mit einer Acetatfolie abgedeckt und 20 Sekunden lang mit einem LED-Lichthärtungsgerät (Bestrahlungsstärke 1200 mW/cm2, SmartLite Focus Pen Style, DENTSPLY Sirona, York, PA, USA) in einem Abstand von 1,5 Sekunden aktiviert –2 mm von der Oberkante der Oberfläche jedes Materials entfernt. Die FTIR-Spektren im Bereich von 700–4000 cm−1 wurden von der Unterseite jedes Materials aufgenommen. Der Grad der Monomerumwandlung (DC) wurde dann unter Verwendung der folgenden Gleichung12 berechnet.

wobei \(\Delta {\text{A}}_{0}\) und \(\Delta {\text{A}}_{{\text{t}}}\) die Absorption des CO sind Peak (1320 cm−1)28 über der Basislinie bei 1335 cm−1 vor bzw. nach dem Aushärten zum Zeitpunkt t.

Es wurden Scheibenproben hergestellt (n = 8). Die Verbundwerkstoffe wurden in einen Metallring (10 mm Durchmesser und 1 mm Dicke) gelegt. Die Materialien wurden mit einer Acetatfolie und Glasobjektträgern auf der Ober- und Unterseite abgedeckt. Die Proben wurden mit einem LED-Lichthärtungsgerät beidseitig 20 s lang ausgehärtet. Sie wurden 24 Stunden lang bei 25 ± 1 °C belassen. Anschließend wurden die Proben in 10 ml entionisiertes Wasser bei 37 °C gegeben. Der biaxiale Biegefestigkeitstest (BFS) wurde unter Verwendung einer Kugel-auf-Ring-Prüfvorrichtung mit einer Universalprüfmaschine (AGSX, Shimadzu, Kyoto, Japan) durchgeführt. Die Probe wurde mit einer 500-N-Wägezelle mit einer Traversengeschwindigkeit von 1 mm/min belastet, bis die Probe versagte. Der BFS (Pa) wurde mit der folgenden Gleichung29 berechnet.

Dabei ist F die Bruchlast (N), d die Dicke der Probe (m), r der Radius der kreisförmigen Stütze (mm) und a die Poissonzahl (0,3). Zusätzlich wurde der biaxiale Biegemodul (BFM, Pa) mithilfe der folgenden Gleichung berechnet.

wobei \(\frac{{{\Delta H}}}{{{\Delta W}_{{\text{c}}} }}\) die Änderungsrate der Last in Bezug auf die zentrale Durchbiegung oder ist Der Kraftgradient gegenüber der Verschiebungskurve (N/m), \({\upbeta }_{{\text{c}}}\) ist der mittlere Durchbiegungsübergang (0,5024) und q ist das Verhältnis des Stützradius zu der Radius der Scheibe.

Es wurden Scheibenproben (n = 6) hergestellt und mit einer vierstelligen Waage gewogen. Der Test wurde gemäß BS EN ISO 404930 durchgeführt. Die Scheibenproben wurden in einen Exsikkator gegeben und 22 Stunden lang in einem Inkubator bei einer kontrollierten Temperatur von 37 ± 1 °C aufbewahrt. Anschließend wurde der Exsikkator etwa 2 Stunden lang bei Raumtemperatur (25 ± 1 °C) gehalten. Das Gewicht jeder Probe wurde gemessen, bis eine konstante Masse (m1) erreicht wurde. Anschließend wurden die Proben bis zu 4 Wochen lang in 10 ml entionisiertes Wasser bei 37 ± 1 °C gelegt. Anschließend wurde die Masse jeder Probe aufgezeichnet (m2). Anschließend wurden die Proben gemäß den oben für m1 beschriebenen Schritten erneut konditioniert, bis eine konstante Masse erhalten wurde (m3). Die Wasseraufnahme (WSP, g/m3) und die Wasserlöslichkeit (WSL, g/m3) wurden mithilfe der folgenden Gleichungen berechnet.

Dabei ist m1 die konditionierte Masse der Probe (g), m2 die Masse der Probe nach 4-wöchigem Eintauchen in Wasser (g), m3 die regenerierte Masse der Probe nach Eintauchen in Wasser (g) und v ist das Volumen der Probe (m3).

Die Verwendung extrahierter Zähne wurde vom Ethics Review Subcommittee Board for Human Research Involving Sciences der Thammasat-Universität genehmigt (Nr. 3, Fakultät für Gesundheitswissenschaften und Wissenschaft und Technologie, Projekt Nr. 151/2563, Genehmigungsdatum 11. November 2020). Die dreißig extrahierten Prämolaren wurden im Thammasat University Hospital, Pathum Thani, Thailand, gesammelt. Das Ethics Review Subcommittee Board for Human Research Involving Sciences der Thammasat-Universität (Nr. 3, Fakultät für Gesundheitswissenschaften und Wissenschaft und Technologie) verzichtete auf die Zustimmung der Patienten, da eine Identifizierung der extrahierten Zähne durch den Patienten nicht erforderlich war.

Die extrahierten Zähne wurden vor dem Test weniger als 30 Tage lang in 0,1 %iger Thymollösung bei Raumtemperatur aufbewahrt (n = 5). Die Wurzel wurde 2 mm unterhalb der Halslinie abgeschnitten. Die bukkale Oberfläche wurde mit 37 %iger Phosphorsäure (Transbond™ XT Ätzgel; 3 M-ESPE) konditioniert und 15 Sekunden lang gespült, gefolgt von sanfter Lufttrocknung. Die geätzte Oberfläche erhielt 10 Sekunden lang einen Primerauftrag (Transbond™ XT Light Cure Orthodontic Primer, 3 M-ESPE) und wurde dann an der Luft getrocknet. Anschließend wurden die experimentellen Klebstoffe auf die grundierte Oberfläche aufgetragen, gefolgt von der Platzierung von Prämolarenbrackets (GEMINI MBT 0,022 Twin, 3 M-ESPE). Der überschüssige Kleber wurde entfernt. Anschließend wurde die Probe mit einem LED-Lichthärtungsgerät für 10 s auf der mesialen und distalen Seite lichtgehärtet.

Die Proben wurden in einem selbsthärtenden Acrylharz in einem Polyvinylchlorid (PVC)-Röhrchen eingebettet und 24 Stunden lang in künstlichen Speichel31 eingetaucht. Anschließend wurden die Proben einem Thermowechsel (5 und 55 °C) mit einer Eintauch- und Verweilzeit von 30 s und 10 s für 500 Zyklen gemäß PD ISO/TS 11405:2015 32 unterzogen. Anschließend wurden die Proben in einen Scherfestigkeitsprüfvorrichtung unter einem mechanischen Prüfrahmen. An der Schnittstelle zwischen Zahn und Bracket wurde ein messerscharfer Meißel eingesetzt. Die Proben wurden mit einer 500-N-Wägezelle bei einer Traversengeschwindigkeit von 1 mm/min belastet. Die maximale Belastung (F, Newton) vor der Ablösung der Halterung wurde aufgezeichnet. Die Scherhaftfestigkeit der Materialien am Zahnschmelz (SBS, Pa) wurde dann mithilfe der folgenden Gleichung berechnet12.

wobei A die Fläche der Verbindungsschnittstelle (m2) ist. Der Kleberrestindex wurde durch Beobachtung des Kleberrestes auf den Brackets unter einem Stereomikroskop (10-fache Vergrößerung) bestimmt. Der ARI-Index wurde wie folgt in vier Kategorien eingeteilt33,34.

Bewertung 0: Es blieb kein Klebstoff auf dem Zahnschmelz zurück.

Bewertung 1: Weniger als 50 % des Klebstoffs verblieben auf der Zahnschmelzoberfläche.

Bewertung 2: Mehr als 50 % des Klebstoffs verblieben auf der Zahnschmelzoberfläche.

Bewertung 3: Der gesamte Klebstoff verblieb auf der Zahnschmelzoberfläche.

Der Test wurde gemäß dem in der vorherigen Studie12 verwendeten Protokoll durchgeführt. Die Probe (n = 1) wurde nach dem SBS-Test hergestellt. Die Proben wurden 24 Stunden lang bei 37 °C in 10 ml künstlichen Speichel gelegt. Anschließend wurden die Brackets vom Zahn gelöst. Die Oberfläche der abgelösten Halterung wurde dann mit einer Sputterbeschichtungsmaschine bei einem Strom von 23 mA 45 s lang mit Au beschichtet. Die Ausfällung von Calciumphosphatkristallen auf der Oberfläche wurde unter einem Rasterelektronenmikroskop (SEM, JSM, 7800F, JEOL Ltd., Tokio, Japan) beurteilt. Anschließend wurde die Elementzusammensetzung des Niederschlags mithilfe einer energiedispersiven Röntgenanalyse (EDX, X-sight 6650-Detektor, Oxford Instruments, Abingdon, UK) mit einer auf 10 kV eingestellten Strahlspannung analysiert.

Scheibenproben (n = 3) wurden vorbereitet und in 10 ml entionisiertes Wasser gegeben. Die Röhrchen wurden 4 Wochen lang bei 37 °C inkubiert. Anschließend wurde die Aufbewahrungslösung gesammelt, um die Konzentrationen von Ca-, P- und Sr-Ionen zu analysieren. Der Extrakt wurde mit 3 Vol.-% Salpetersäure vermischt. Die Ionenkonzentrationen wurden mittels induktiv gekoppelter Plasma-Atomemissionsspektroskopie (ICP-OES, Optima 8300, PerkinElmer, Waltham, MA, USA) bestimmt.

Streptococcus mutans (ATCC 25175) wurde in Mueller Hinton (MH)-Brühe (BD Difco™ Mueller Hinton Broth, Thermo Fisher Scientific Inc., Göteborg, Schweden) unter Verwendung eines Volumenverhältnisses von Inokulum zu Brühe von 1:2 inokuliert12. Sie wurden 24 Stunden lang bei einer kontrollierten Temperatur von 37 °C inkubiert und mit 5 % CO2 angereichert. Die Suspension von S. mutans wurde dann mithilfe eines Spektrophotometers bei einer optischen Dichte (OD) von 600 nm eingestellt, bis eine Bakterienkonzentration von 2,5 × 105 Zellen/ml erhalten wurde.

Scheibenproben (1 mm Dicke und 10 mm Durchmesser) wurden vorbereitet und durch UV-Bestrahlung für 30 Minuten auf jeder Oberfläche sterilisiert (n = 3)35. Die Scheiben wurden dann in Röhrchen gegeben, die Mischungen aus 2 ml Mueller-Hinton-Bouillon und 1 ml der S. mutans-Suspension enthielten. Als Blindkontrolle wurde ein Röhrchen ohne Scheibenprobe verwendet. Die Röhrchen wurden 48 Stunden lang bei einer kontrollierten Temperatur von 37 °C in mit 5 % CO2 angereicherter Luft inkubiert. Dann wurden die Scheiben entfernt. Die Suspensionen wurden 30 s lang gevortext, gefolgt von einer Reihenverdünnung, bis Bakterienkonzentrationen von 1 × 10–6 KBE/ml erreicht wurden. Die Suspensionen (200 µL) wurden dann auf Mitis Salivarius-Agar ausplattiert und 48 Stunden lang bei 37 °C unter einer 5 % CO2-Atmosphäre inkubiert. Anschließend wurden die koloniebildenden Einheiten (log KBE/ml) mithilfe eines Mikroskops und einer Bildanalyse gezählt.

Numerische Daten werden als Mittelwert und Standardabweichung angegeben. Die Ergebnisse wurden mit Prism Version 9.3 für macOS (GraphPad Software, San Diego, CA, USA) analysiert. Die Normalität der Datenverteilung wurde mit dem Shapiro-Wilk-Test bewertet. Die BFS- und Ionenfreisetzungsergebnisse wurden mithilfe einer einfaktoriellen ANOVA verglichen, gefolgt von Tukeys Mehrfachvergleichstest. DC-, BFM-, Wsp-, WSL-, SBS- und antibakterielle Tests wurden mit dem Kruskal-Wallis-Test und anschließend mit dem Dunn-Test verglichen. Ein Chi-Quadrat-Test wurde verwendet, um die ARI-Werte in den adhäsiven Untergruppen zu bewerten. Die statistische Signifikanz wurde auf p = 0,05 festgelegt. Die in jedem Test verwendete Stichprobengröße wurde mit der Software G*Power 3.1 (Universität Düsseldorf, Düsseldorf, Deutschland) anhand der Ergebnisse veröffentlichter Studien und einer Pilotstudie berechnet10,12,29. Das Ergebnis zeigte, dass die Stichprobengröße in jedem Test eine Trennschärfe von > 0,95 bei Alpha = 0,05 ergab. Zusätzlich wurde eine faktorielle Analyse durchgeführt, um die Auswirkungen einer Erhöhung der Konzentrationen von Sr/CaP (5 bis 10 Gew.-%) und Andro (5 bis 10 Gew.-%) auf die getesteten Eigenschaften zu bewerten 10.

Monodisperse kugelförmige Sr-BGNPs wurden im Durchmesserbereich von 170 ± 30 nm durch einen Sol-Gel-Prozess erfolgreich synthetisiert (Abb. 1A, B). Die Elementzusammensetzung der Sr-BGNPs betrug 81,0 Mol-% SiO2, 14,2 Mol-% CaO und 4,8 Mol-% SrO. Das XRD-Muster der Sr-BGNPs zeigte einen breiten Halo aus bei 680 °C kalzinierten Partikeln, was darauf hinweist, dass Calciumoxid (CaO) und Strontiumoxid (SrO) erfolgreich in die amorphe Struktur eingebaut wurden (Abb. 1C).

(A,B) SEM-Bilder und (C) XRD-Muster der Sr-bioaktiven Glasnanopartikel (Sr-BGNPs).

Die höchsten und niedrigsten DCs wurden von den Proben S0A0 (62 ± 1 %) bzw. Trans (38 ± 1 %) erhalten (Abb. 2A). Die DCs der Proben S10A10 (47 ± 2 %), S10A5 (47 ± 6 %), S5A10 (48 ± 2 %) und S5A5 (46 ± 2 %) waren vergleichbar (p > 0,05). Die Umwandlung von S0A0 war signifikant höher als die von Trans (p < 0,01). Die Faktorenanalyse ergab, dass Erhöhungen der Sr/CaP- und Andro-Konzentrationen von 5 auf 10 Gew.-% vernachlässigbare Auswirkungen auf die DCs der Materialien hatten.

(A) Grad der Monomerumwandlung nach 20 siger Lichthärtung (Mittelwert ± SD, n = 5). (B) Biaxiale Biegefestigkeit (BFS) und (C) biaxialer Biegemodul (BFM) nach 24-stündigem Eintauchen in entionisiertes Wasser (Mittelwert ± SD, n = 8). (D) Wassersorption und (E) Wasserlöslichkeit nach 4-wöchigem Eintauchen in entionisiertes Wasser (Mittelwert ± SD, n = 6). Die Linien zeigen p < 0,05 an.

Die höchsten und niedrigsten BFSs wurden von Trans (199 ± 22 MPa) bzw. S10A10 (119 ± 6 MPa) erhalten (Abb. 2B). Die BFSs von Trans und S0A0 (193 ± 10 MPa) waren signifikant höher als die von S10A10 und S5A5 (147 ± 22 MPa) (p < 0,05). Die BFSs von S0A0, S10A5 (143 ± 5 MPa), S5A10 (122 ± 8 MPa) und S5A5 (147 ± 8 MPa) waren vergleichbar (p > 0,05). Die Faktorenanalyse ergab, dass eine Erhöhung von Andro von 5 Gew.-% auf 10 Gew.-% das BFS um 17 ± 4 % reduzierte. Eine Erhöhung des Sr/CaP-Gehalts zeigte jedoch vernachlässigbare Auswirkungen auf die BFS der Versuchsmaterialien.

Die höchsten und niedrigsten BFMs wurden von S0A0 (6,1 ± 0,5 GPa) und S10A10 (4,9 ± 0,2 GPa) erhalten (Abb. 2C). Die BFMs von S10A5, S5A10, S5A5 und Trans betrugen 5,3 ± 0,5 GPa, 5,0 ± 0,2 GPa, 5,4 ± 0,3 GPa bzw. 5,7 ± 0,3 GPa. Der BFM von Trans war vergleichbar mit dem von S5A10 (p = 0,461), S5A5 (p = 0,541) und S0A0 (p = 0,716). Die BFMs von S10A10 und S5A10 waren signifikant niedriger als die von S0A0 (p < 0,05) und Trans (p < 0,01). Die Faktorenanalyse zeigte, dass eine Erhöhung von Andro von 5 Gew.-% auf 10 Gew.-% den BFM um 10 ± 8 % reduzierte. Ein Anstieg von Sr/CaP zeigte jedoch vernachlässigbare Auswirkungen.

Die höchsten und niedrigsten Wassersorptionswerte wurden von S10A5 (48,6 ± 1,5 μg/mm3) bzw. Trans (12,0 ± 1,0 μg/mm3) erhalten (Abb. 2D). Die Wassersorptionswerte von S10A10, S5A10, S5A5 und S0A0 betrugen 46,0 ± 0,9 μg/mm3, 35,2 ± 1,0 μg/mm3, 32,9 ± 1,4 μg/mm3 bzw. 22,7 ± 1,4 μg/mm3. Die Wassersorptionswerte von S10A10 und S10A5 waren signifikant höher als die von S0A0 (p < 0,05) und Trans (p < 0,01). Die Faktorenanalyse ergab, dass eine Erhöhung von Sr/CaP von 5 auf 10 Gew.-% die Wassersorption um 39 ± 4 % steigerte, während die Wirkung von Andro vernachlässigbar war.

Die höchsten und niedrigsten Wasserlöslichkeiten wurden für S10A10 (5,9 ± 1,3 μg/mm3) bzw. S0A0 (0,2 ± 1,2 μg/mm3) erhalten (Abb. 2E). Die Wasserlöslichkeiten von F2, F3, F4 und Trans betrugen 5,1 ± 1,6 μg/mm3, 5,9 ± 1,9 μg/mm3, 3,0 ± 1,0 μg/mm3 bzw. 0,4 ± 1,0 μg/mm3. F1, F2 und F3 zeigten deutlich höhere Wasserlöslichkeiten als F5 (p < 0,05). F1 und F3 zeigten auch deutlich höhere Wasserlöslichkeiten als Trans (p < 0,05). Die faktorielle Analyse ergab, dass eine Erhöhung von Andro von 5 auf 10 Gew.-% die Wasserlöslichkeit um 55,97 ± 55,91 % erhöhte, während die Wirkung von Sr/CaP minimal war.

Die höchsten und niedrigsten SBS-Werte (Median, Min.-Max.) wurden für S0A0 (34,6, 24,9–41,5 MPa) und S10A10 (18,0, 11,0–27,1 MPa) ermittelt (Abb. 3A). Der SBS von Trans (26,6, 23,5–40,8 MPa) war ähnlich dem von S10A10, S10A5 (17,12, 14,0–30,0 MPa), S5A10 (25,5, 21,5–33,8 MPa), S5A5 (26,6, 19,8–35,0 MPa) und S0A0 (p > 0,05). Die faktorielle Analyse zeigte, dass ein Anstieg von Sr/CaP von 5 auf 10 Gew.-% den SBS um 28 ± 22 % reduzierte. Die Wirkung von Andro war vernachlässigbar. Die häufigsten ARI-Werte, die bei allen Materialien beobachtet wurden, waren Werte von 0 und 1 (Abb. 3B). Die ARI-Werte 2 und 3 wurden bei den Proben nicht beobachtet. Die Verteilung der Punktzahl zwischen den einzelnen Gruppen war nicht ähnlich (p < 0,05).

(A) Schmelzscherbindungsfestigkeiten von Materialien. Die Kästchen stellen das erste Quartil (Q1) bis zum dritten Quartil (Q3) dar, die horizontalen Linien im Kästchen stellen den Median dar, die Whiskers stellen die Maximal- und Minimalwerte dar und „+“ stellt den Mittelwert dar (n = 5). (B) Anteile der Klebstoffrestindizes (ARI-Scores) der Proben in jeder Gruppe. Die ARI-Werte 2 und 3 wurden in den Proben nicht nachgewiesen.

Auf den gelösten Oberflächen der Brackets aller Gruppen außer S0A0 und Trans wurde die Ausfällung von Calciumphosphatkristallen festgestellt. Die EDX-Ergebnisse zeigten, dass der Niederschlag Ca und P enthielt (Abb. 4).

Oberflächen der Adhäsive der repräsentativen Proben nach Ablösung vom Zahnschmelz. In allen Gruppen mit Ausnahme von S0A0 und Trans wurden Niederschläge (Pfeile) festgestellt. Ein Beispiel der EDX-Ergebnisse der Fällung zeigte, dass die Hauptelemente, die in den Niederschlagskristallen enthalten sind, Ca und P sind.

Ca-, P- und Sr-Ionen wurden in S0A0 und Trans nicht nachgewiesen. Die höchsten und niedrigsten Konzentrationen an Ca-Ionen wurden in S10A5 (1,70 ± 0,29 ppm) und S5A5 (0,61 ± 0,02 ppm) nachgewiesen (Abb. 5A). Für P wurden die höchsten und niedrigsten Konzentrationen von S10A5 (3,44 ± 0,10 ppm) und S5A5 (1,22 ± 0,03 ppm) nachgewiesen (Abb. 5B). Ebenso wurden die höchsten und niedrigsten Sr-Konzentrationen bei S10A5 (1,99 ± 0,73 ppm) und S5A5 (0,85 ± 0,22 ppm) nachgewiesen (Abb. 5C). Die faktorielle Analyse zeigte, dass ein Anstieg von Sr/CaP von 5 auf 10 Gew.-% die Mengen an freigesetztem Ca und P um 141 ± 19 % bzw. 119 ± 4 % erhöhte. Die Auswirkungen einer Erhöhung der Konzentrationen von Sr/CaP und Andro auf die Freisetzung von Sr waren vernachlässigbar.

Konzentrationen von (A) Calcium-, (B) Phosphor- und (C) Strontiumionen in der Aufbewahrungslösung nach 4 Wochen (Mittelwert ± Standardabweichung, n = 3). Die Mengen der freigesetzten Ionen von S0A0 und Trans lagen unter der Nachweisgrenze. Linien zeigen p < 0,05 an.

Die höchsten und niedrigsten Mengen an S. mutans wurden bei der Blindkontrolle (3,8 ± 0,1 Log KBE/ml) und S10A5 (2,6 ± 0,3 Log KBE/ml) nachgewiesen (Abb. 6). Der Wert von S10A5 war deutlich niedriger als der der Blindkontrolle (p < 0,01). Die Menge an S. mutans in S10A5 war vergleichbar mit der in S10A10 (2,8 ± 0,1 Log KBE/ml), S5A10 (3,6 ± 0,1 Log KBE/ml), S5A5 2,9 ± 0,2 Log KBE/ml, S0A0 (3,1 ± 0,5 Log). KBE/ml) und Trans (3,5 ± 0,1 Log KBE/ml) (p > 0,05). Die Faktorenanalyse zeigte, dass ein Anstieg von Sr/CaP von 5 auf 10 Gew.-% den Log-KBE/ml von S. mutans um 18 ± 3 % reduzierte. Eine Erhöhung von Andro von 5 auf 10 Gew.-% führte zu keiner Verringerung der Menge an S. mutans.

Mengen an S. mutans in allen Materialien im Vergleich zur Blindkontrolle (kein Material) (Mittelwert ± SD, n = 3). Die Mengen der freigesetzten Ionen von S0A0 und Trans lagen unter der Nachweisgrenze. Linien zeigen p < 0,05 an.

Die Einschränkung des häufig verwendeten kieferorthopädischen Klebstoffs auf Harzbasis besteht in der fehlenden Ionenfreisetzung und der fehlenden antibakteriellen Wirkung, was zur Bildung von weißen Flecken (Frühkaries) um die Brackets herum führt, was eine häufige ästhetische Komplikation bei kieferorthopädischen Behandlungen darstellt. Ziel der aktuellen Studie war die Herstellung experimenteller kieferorthopädischer Klebstoffe mit Sr/CaP und Andro zur Förderung der Ionenfreisetzung und antibakteriellen Wirkung, die möglicherweise dazu beitragen könnten, das Risiko von White-Spot-Läsionen zu verringern. Anschließend wurden die Auswirkungen von Sr/CaP und Andro auf die physikalischen/mechanischen und antibakteriellen Wirkungen der Klebstoffe bestimmt. Die Forschungshypothese wurde verworfen, da Erhöhungen der Additivkonzentrationen die Wassersorption/-löslichkeit, die biaxiale Biegefestigkeit und den biaxialen Biegemodul, die Scherbindungsfestigkeit, die Mineralausfällung, die Ionenfreisetzung und das Wachstum von S. mutans der experimentellen Klebstoffe erheblich beeinflussten.

Ein hoher Monomerumwandlungsgrad kieferorthopädischer Adhäsive ist erforderlich, um das Risiko der Auswaschung toxischer Monomere zu verringern und eine ausreichende mechanische Festigkeit des Klebstoffs zu gewährleisten36. Die Freisetzung ungebundener Monomere aufgrund der suboptimalen Polymerisation kieferorthopädischer Klebstoffe könnte möglicherweise die Kariogenität von Zahnbiofilmen verstärken5. Die Zusatzstoffe reduzierten den Gleichstrom der experimentellen kieferorthopädischen Klebstoffe, was auf eine Zunahme der Brechungsindex-Fehlanpassung zurückzuführen sein könnte10. Dies kann die Lichtstreuung erhöhen und die Lichtdurchdringung und Polymerisation an der Innenoberfläche verringern. Die höheren DCs der experimentellen Materialien im Vergleich zu denen von Trans könnten auf die Unterschiede im primären Methacrylatmonomer zurückzuführen sein. Bisphenol A-Glycidylmethacrylat (Bis-GMA) ist das primäre Grundmonomer von Trans. Die Glasübergangstemperatur (Tg) von UDMA (− 35,3 °C), dem primären Grundmonomer im Versuchsmaterial, ist niedriger als die von Bis-GMA (− 7,7 °C). Das Polymer, das Monomere mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur (Tg) enthält, erreicht normalerweise einen höheren Grad der Monomerumwandlung als Polymere, die aus Monomeren mit hoher Tg bestehen37,38. Es wurde erwartet, dass eine höhere Monomerumwandlung das Risiko einer Monomerfreisetzung verringern würde39. Allerdings sollten Elutionsstudien und Toxizitätstests in zukünftige Arbeiten einbezogen werden.

Materialien auf Harzbasis können Wasser aus der Umgebung absorbieren, was zu hygroskopischer Ausdehnung, hydrolytischem Abbau und der Freisetzung der aktiven Komponenten führt. Eine übermäßige Wasseraufnahme kann zu einer Plastifizierung des Wassers führen, was anschließend die Festigkeit der Materialien verringern könnte40,41. Darüber hinaus kann die Wassersorption zu einer Volumenausdehnung des harzbasierten Materials führen, was dazu beitragen könnte, die im Material auftretende Polymerisationsschrumpfungsspannung auszugleichen42. Die Wsp-Werte von S10A10 und S10A5 lagen über dem von BS ISO 4049 geforderten Wert (< 40 µg/mm3). Dies könnte auf die Hydrophilie von MCPM und den Sr-BGNPs zurückzuführen sein. Allerdings waren die Wsp-Werte viel niedriger als die zuvor entwickelter Ca/P-freisetzender kieferorthopädischer Klebstoffe mit 10 Gew.-% MCPM12. Dies könnte daran liegen, dass die in der aktuellen Studie verwendete MCPM-Konzentration (2,5–5 Gew.-%) niedriger war als die in der vorherigen Studie verwendete. Die Wasseraufnahmewerte aller experimentellen Klebstoffe lagen im Bereich der Anforderungen der BS ISO 4049 für Dentalkomposite zur Befestigung (< 7,5 µg/mm3). Frühere Studien berichteten, dass die Zugabe von MCPM die Ionenfreisetzung und die Bildung von Calciumphosphat-Füllstoffen wie Dicalciumphosphat-Dihydrat (DCPD) förderte, dessen Struktur Wasser enthält43,44. Die Bildung von Dicalciumphosphat in den Materialien kann dazu beitragen, den Massenverlust und die Wasserauflösung zu verringern. Weitere mögliche Erklärungen sind der langsame Abbau von Strontium-bioaktiven Glasnanopartikeln und die geringe Wasserlöslichkeit von Andrographolid.

Derzeit gibt es von der ISO keine Mindestanforderungen an die Schmelzscherhaftfestigkeit kieferorthopädischer Klebstoffe. Ein hoher SBS ist wichtig, um sicherzustellen, dass die aktive Kraft des Bogendrahts ohne Dislokation auf den verankerten Zahn übertragen werden kann. Obwohl die SBS der experimentellen Klebstoffe niedriger waren als die von Trans, lagen die Werte immer noch über dem minimalen klinisch akzeptablen SBS (5,9–7,8 MPa)45. Es wird spekuliert, dass die Zugabe von nicht silanisierten Füllstoffen die SBS der experimentellen Klebstoffe durch den beschleunigten Abbau der Matrix-Füllstoff-Grenzfläche während des Thermocyclings nachteilig reduzieren könnte. Die SBS der experimentellen Klebstoffe, die aus den experimentellen Materialien gewonnen wurden, lagen immer noch im Bereich oder höher als in veröffentlichten Studien angegeben (6–32 MPa)46,47. Dies könnte auf die Verwendung einer Mindestanzahl von Alterungszyklen (500 Zyklen) gemäß ISO (British Standard PD ISO/TS 11405:2015 Dentistry-Testing of Adhäsion to Tooth Structure) in der aktuellen Studie zurückzuführen sein32. In zukünftigen Studien sollte eine größere Anzahl von Alterungszyklen, d. h. 5.000–30.000 Zyklen, verwendet werden, um die langfristige Bindungsleistung der Materialien sicherzustellen 48.

Obwohl die beobachteten SBS-Werte bei den experimentellen Klebstoffen ähnlich waren, zeigte die faktorielle Analyse, dass der Einbau von Sr/CaP die SBSs der Materialien um etwa 28 % reduzierte. Die Verringerung des SBS bei der Zugabe reaktiver Füllstoffe könnte auf die fehlende Silanisierung der Additive oder die Hydrophilie der Sr/CaP-Füllstoffe zurückzuführen sein49,50. Es wird spekuliert, dass der Haupteffekt aufgrund seiner hohen Wasserlöslichkeit (~ 18 g/L bei 25 °C) hauptsächlich von MCPM ausgehen könnte11,44,50,51. Daher muss in zukünftigen Arbeiten möglicherweise die Formulierung mit geringem MCPM-Gehalt (1–2 Gew.-%) oder ohne MCPM (0 Gew.-%) bewertet werden. Dies könnte zusätzlich dazu beitragen, die übermäßige Wasseraufnahme/-löslichkeit der Versuchsmaterialien zu reduzieren.

Der Adhäsivrestindex (ARI, 0 bis 4) ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Beurteilung der Eigenschaften der Adhäsion zwischen Adhäsiv und Zahnschmelz. Ein hoher ARI-Wert kann auf eine übermäßig starke Haftung zwischen dem Klebstoff und der Schmelzoberfläche hinweisen, was zu einem Schmelzbruch an der Grenzfläche führen könnte. Daher wird ein Versagen innerhalb der Klebeschicht (niedriger ARI-Score) beim Ablösen von Brackets bevorzugt, um das Risiko einer Zerstörung der Schmelzoberfläche zu verringern. Die ARI-Werte der Materialien in den aktuellen Studien lagen meist bei 0 oder 1, was denen der veröffentlichten Studien ähnelte52,53. Dies kann wünschenswert sein, um die Schmelzoberfläche beim Ablösen von Brackets zu schützen.

Die Zugabe von Sr/CaP-Füllstoffen förderte die Freisetzung von Ca-, P- und Sr-Ionen. Von diesen Ionen wurde erwartet, dass sie geeignete Bedingungen für die Ausfällung von biologischem Hydroxylapatit fördern und so die Remineralisierung fördern. Die experimentellen Klebstoffe mit hohen Sr/CaP-Konzentrationen (S10A10, S10A5) zeigten im Vergleich zu Formulierungen mit niedrigeren Sr/CaP-Konzentrationen größere Mengen freigesetzter Ca- und P-Ionen. Eine mögliche Erklärung hierfür könnte sein, dass die Freisetzung von Ca- und P-Ionen hauptsächlich auf die Auflösung von MCPM zurückzuführen ist. Die Unterschiede in der Sr2+-Freisetzung zwischen den Gruppen wurden nicht eindeutig beobachtet, was möglicherweise auf die geringere Löslichkeit der Sr-BGNPs zurückzuführen ist. Alle experimentellen Klebstoffe, die Sr/CaP enthielten, förderten die Ausfällung von Calciumphosphat an der Grenzfläche. Die EDX-Ergebnisse zeigten, dass das Ca/P-Atomverhältnis des Niederschlags (0,5) auf den gelösten Brackets viel niedriger war als das von Hydroxylapatit (1,67). Dies könnte darauf hindeuten, dass der Niederschlag repräsentativ für das frühe Stadium der Bildung von Calciumphosphatkristallen sein könnte, da die Eintauchzeit der Probe nur 24 Stunden betrug. Das Ca/P-Verhältnis kann mit zunehmender Eintauchzeit54 erhöht werden. Eine frühere Studie zeigte, dass die Ausfällung von Hydroxylapatit auf einem kieferorthopädischen Klebstoff mit bioaktivem Glas nach 6-monatigem Eintauchen in künstlichen Speichel nachgewiesen werden konnte55. In zukünftigen Studien könnte eine längere Eintauchzeit eingesetzt werden, um die Fähigkeit der Materialien zur Förderung der Apatitbildung zu bestätigen.

Die Erhöhung des Sr/CaP-Gehalts von 5 auf 10 Gew.-% (S10A10, S10A5) verstärkte die Wachstumshemmung der planktonischen S. mutans, die die experimentellen kieferorthopädischen Klebstoffe zeigten. Es wurde spekuliert, dass die mit den experimentellen kieferorthopädischen Klebstoffen beobachtete bakteriostatische Wirkung in erster Linie auf die Sr-BGNPs zurückzuführen sein könnte, da die potenziellen Vorteile der Sr2+-Freisetzung sowohl remineralisierende als auch antibakterielle Wirkungen umfassen18. Dieses Ergebnis stimmte mit denen früherer Studien überein, die die antibakterielle Wirkung von Sr-haltigen bioaktiven Gläsern zeigten56,57. Es wurde spekuliert, dass die Wachstumshemmung von S. mutans auf die Freisetzung von Sr-BGNPs aus den experimentellen Klebstoffen aufgrund der fehlenden Silanisierung zurückzuführen sein könnte. Das große Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und die hohe Ladungsdichte der Nanopartikel können Wechselwirkungen mit negativ geladenen Zellmembranen von Bakterien erleichtern und dadurch die antimikrobielle Aktivität der Nanopartikel selbst bei niedrigen Konzentrationen erhöhen58. Die aktuelle Studie konnte jedoch die Wachstumshemmung planktonischer S. mutans durch Andro nicht nachweisen. Eine mögliche Erklärung dafür könnte die geringe Löslichkeit von Andro59 sein, die seine Freisetzung aus den Klebstoffen einschränken könnte. Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, dass die antibakterielle Wirkung von Andro hauptsächlich die Hemmung des Biofilms beinhaltet, indem Andro als Quorum-Sensing-Inhibitor fungiert, der den Biofilmbildungsprozess stört60. Darüber hinaus sollte erwähnt werden, dass die Hemmung des Bakterienwachstums auf die nicht umgesetzten Monomere zurückzuführen sein kann, die aus den Materialien freigesetzt werden61. Daher sollte die Monomerelutionsstudie in zukünftigen Arbeiten untersucht werden.

Es sollte erwähnt werden, dass es sich bei der aktuellen Studie um eine In-vitro-Studie handelte, sodass die klinische Relevanz sorgfältig interpretiert werden sollte. Die Ergebnisse dieser vorläufigen Studie zeigen, dass die Formulierung mit einem hohen Anteil an Sr/CaP (S10A10 und S10A5) im Allgemeinen wünschenswerte und akzeptable Ergebnisse zeigte, mit Ausnahme der Wassersorption/-löslichkeit. In zukünftigen Arbeiten kann eine weitere Charakterisierung und Modifikation der Formulierungen erforderlich sein.

Zur Förderung der Ionenfreisetzung und zur Hemmung kariogener Bakterien wurden experimentelle kieferorthopädische Klebstoffe entwickelt, die MCPM/Sr-BGNPs und Andro enthalten. Durch die Zusätze verringerten sich die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Materialien, die entsprechenden Werte lagen jedoch noch im akzeptablen Bereich. Die Zugabe von Sr/CaP förderte die Ausfällung von Calciumphosphat und die Hemmung planktonischer S. mutans. Durch die Zunahme von Andro verringerte sich die Festigkeit der Materialien und es konnten keine antibakteriellen Wirkungen nachgewiesen werden. Es wurde erwartet, dass diese vielversprechenden Eigenschaften der experimentellen kieferorthopädischen Klebstoffe bei Patienten mit hohem Kariesrisiko dazu beitragen würden, das Risiko der Entwicklung von White-Spot-Läsionen bei übermäßigen Klebstoffmengen zu verringern.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

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Die Autoren danken der Thammasat University Research Unit in Dental and Bone Replacement Biomaterials der Thammasat University für die Unterstützung. Die Spritzen mit experimentellen kieferorthopädischen Klebstoffen wurden von der medmix Switzerland AG bereitgestellt. Die Autoren danken Frau Arnit Toneluck vom Labor für medizinische Extrakte und Biomaterialien der Fakultät für Zahnmedizin der Thammasat-Universität für die technische Unterstützung.

Diese Studie wurde von der Fakultät für Zahnmedizin der Thammasat-Universität unterstützt.

Abteilung für Kieferorthopädie, Fakultät für Zahnmedizin, Thammasat-Universität, Pathum Thani, 12120, Thailand

Wirinrat Chaichana, Kanlaya Insee, Supachai Chanachai und Name Benjakul

Abteilung für Oralbiologie, Fakultät für Zahnmedizin, Thammasat-Universität, Pathum Thani, 12120, Thailand

Visakha Aupaphong

Biological Engineering Program, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, King Mongkut's University of Technology Thonburi, Bangkok, 10140, Thailand

Parichart Naruphontjirakul

Abteilung für restaurative Zahnheilkunde, Thammasat-Universität, Pathum Thani, 12120, Thailand

Piyaphong Panpisut

Forschungseinheit der Thammasat-Universität für Zahn- und Knochenersatz-Biomaterialien, Thammasat-Universität, Pathum Thani, 12120, Thailand

Piyaphong Panpisut

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WC war verantwortlich für Konzeptualisierung, Methodik, Untersuchung, Datenkuratierung, formale Analyse, Vorbereitung des Originalentwurfs, schriftliche Überprüfung und Bearbeitung; SC war verantwortlich für die Konzeptualisierung, Methodik, Untersuchung, Datenkuratierung, formale Analyse, die Vorbereitung des Originalentwurfs sowie die schriftliche Überprüfung und Bearbeitung; KI war verantwortlich für Konzeption, Methodik, Finanzierungseinwerbung, Überwachung, Projektverwaltung und Erstellung des Originalentwurfs; SB war verantwortlich für Konzeption, Methodik, Finanzierungseinwerbung, Überwachung, Projektverwaltung und Erstellung des Originalentwurfs; VA war verantwortlich für Konzeptualisierung, Methodik, Finanzierungseinwerbung, Überwachung, Projektverwaltung, schriftliche Überprüfung und Bearbeitung sowie die Vorbereitung des Originalentwurfs. PN war verantwortlich für Konzeptualisierung, Methodik, Ressourcen, Finanzierungsbeschaffung, Vorbereitung des Originalentwurfs sowie schriftliche Überprüfung und Bearbeitung; PP war verantwortlich für Konzeptualisierung, Methodik, Untersuchung, Validierung, formale Analyse, Ressourcen, Finanzierungseinwerbung, Überwachung, Projektverwaltung, Vorbereitung des Schreibens-Originalentwurfs sowie Schreiben-Überprüfung und Bearbeitung. Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Korrespondenz mit Piyaphong Panpisut.

Die Autoren PP, PN, WC, SC erklären die vorläufige thailändische Kleinpatentanmeldung (Nummer 2103003085, Einreichungsdatum: 25. Oktober 2021). Die Autoren KI, SB und VA erklären keine konkurrierenden Interessen. Die Geldgeber spielten keine Rolle bei der Gestaltung der Studie; bei der Sammlung, Analyse oder Interpretation von Daten; beim Schreiben des Manuskripts; oder in der Entscheidung, die Ergebnisse zu veröffentlichen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Chaichana, W., Insee, K., Chanachai, S. et al. Physikalische/mechanische und antibakterielle Eigenschaften von kieferorthopädischen Klebstoffen, die Sr-bioaktive Glasnanopartikel, Calciumphosphat und Andrographolid enthalten. Sci Rep 12, 6635 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-10654-6

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Eingegangen: 5. Januar 2022

Angenommen: 12. April 2022

Veröffentlicht: 22. April 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-10654-6

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