Korozja drutów ortodontycznych typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy w roztworze sztucznej śliny w warunkach stanu zapalnego

Transkrypt

1 Korozja drutów ortodontycznych typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy w roztworze sztucznej śliny w warunkach stanu zapalnego Marta Rydzewska-Wojnecka WyŜsza Szkoła InŜynierii Dentystycznej w Ustroniu Katedra Techniki Dentystycznej Promotor: dr n. med., prof. WSID Vaclav Bednar

2 Wstęp Zadania współczesnej ortodoncji to stworzenie równowagi między okluzją zębów, estetyką twarzy i uzębienia, trwałością wyników leczenia i jak najdłuŝszym zachowaniem naturalnego uzębienia. Ta dziedzina stomatologii zajmuje się kontrolą rozwoju wzrastających i dojrzewających struktur zębów i twarzy przy uŝyciu sił mechanicznych oraz pobudzeniu i ukierunkowaniu sił czynnościowych w obszarze zespołu czaszkowo twarzowego. Obecnie zwraca się szczególną uwagę na inne właściwości produktów stosowanych w ortodoncji i w protetyce stomatologicznej, a mianowicie na interakcje tych materiałów z innymi materiałami dentystycznymi i tkankami twardymi zęba, uwzględniając zagadnienia biokompatybilności oraz reakcji alergicznych u pacjentów.

3 Oszacowanie biokompatybilności danego materiału jest wysoce skomplikowanym procesem zawierającym testy biologiczne, określenie właściwości fizycznych (np. badania korozyjne), a takŝe określenie ryzyka i korzyści przy zastosowaniu danego materiału. Organizm Ŝywy broni się przed ingerencją środowiska zewnętrznego poprzez mechanizmy odpornościowe, które są do tego stopnia czułe, Ŝe często nawet niewielkie stęŝenie jakiegoś związku moŝe spowodować stany zapalne. Dlatego zapewnienie jak najmniejszej (zaniedbywanej) ilości pierwiastków dyfundujących z materiałów biomedycznych do organizmu (w wyniku procesów korozyjnych oraz mechanicznych) stawia przed technologiami ich wytwarzania wysokie wyzwania.

4 Cel pracy Celem pracy było określenie odporności korozyjnej biomateriałów metalicznych, w postaci drutów ortodontycznych w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego (ph 2,7 i temperaturze 37ºC).

5 Dla realizacji zamierzonego celu konieczne były: badania elektrochemiczne (potencjodynamiczne) odporności korozyjnej wybranych stopów dentystycznych, w postaci drutów, o zróŝnicowanej średnicy (d=0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C; sporządzenie roztworu sztucznej śliny, o warunkach stanu zapalnego (ph 2,7, temperatura 37ºC); do badań wybrano drut ortodontyczny Remanium DENTAURUM. firmy

6 Zmiennymi parametrami w wykonanych badaniach były: średnica drutów ortodontycznych (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm); czas ekspozycji drutów ortodontycznych w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C, a mianowicie: 10 minut, 28-dni oraz 56-dni.

7 Skład chemiczny roztworu Składnik sztucznej śliny StęŜenie [g/dm 3 ] NaCl 0,40 KCl 0,40 Na 2 S 0,005 Na 2 HPO 4. H 2 O 0,690 CaCl 2. 2H 2 O 0,795 (NH 2 ) 2 CO 3 1,0 Kwas mlekowy 0,1 M Do ph = 2,7

8 Materiał badawczy Do badań wybrano drut ortodontyczny Remanium firmy DENTAURUM. Przygotowanie powierzchni drutów ortodontycznych do badań korozyjnych Przemywanie w wodzie destylowanej; Odtłuszczanie w płuczce ultradźwiękowej; Suszenie i wykonywanie badań elektrochemicznych.

9 Metodyka wykonywanych badań korozyjnych Elektrochemiczne pomiary stałoprądowe słuŝące do oceny odporności korozyjnej, polegały na rejestrowaniu krzywych polaryzacyjnych w konwencjonalnym układzie trójelektrodowym. Układ pomiarowy całkowicie zautomatyzowany składał się z naczyńka pomiarowego, potencjostatu oraz komputera. Przed rozpoczęciem pomiaru próbka przebywała przez odpowiedni czas w danym roztworze korozyjnym. Następnie próbka była poddawana polaryzacji w kierunku anodowym z szybkością 1mV/s rozpoczynając od -1000mV (względem nasyconej elektrody kalomelowej).

10 Wyniki badań elektrochemicznych

11 Potencjał stacjonarny (E ) ) drutu ortodontycznego typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego. H I d = 0,9 m m SYMBOL PRÓBKI G F E D C B A d = 0,8 m m d = 0,7 m m E ', m V

12 Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego I (A/cm 2 ) Remanium, d = 0,7 mm, t = 10 min, próbka A Remanium, d = 0,7 mm, t = 28 dni, próbka B Remanium, d = 0,7 mm, t = 56 dni, próbka C Remanium, d = 0,8 mm, t = 10 min, próbka D Remanium, d = 0,8 mm, t = 28 dni, próbka E Remanium, d = 0,8 mm, t = 56 dni, próbka F Remanium, d = 0,9 mm, t = 10 min, próbka G Remanium, d = 0,9 mm, t = 28 dni, próbka H Remanium, d = 0,9 mm, t = 56 dni, próbka I -1,0-0,5 0 0,5 E (Volts)

13 Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium o średnicy (d = 0,7 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56- dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C. I (A/cm 2 ) Remanium, d = 0,7 mm, t = 10 min, próbka A Remanium, d = 0,7 mm, t = 28 dni, próbka B Remanium, d = 0,7 mm, t = 56 dni, próbka C ,5-1,0-0,5 0 0,5 E(Volts) Nie stwierdzono istotnych róŝnic w gęstościach prądów katodowych oraz potencjału przejścia katodowoanodowego E K A. RóŜnice występują w obszarze anodowym, przede wszystkim w wartościach potencjału zarodkowania wŝeru (E W ) oraz gęstościach prądów anodowych. WydłuŜenie czasu ekspozycji powoduje wzrost potencjału zarodkowania wŝeru względem warunków początkowych.

14 10-1 Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium o średnicy (d = 0,8 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56- dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego. I (A/cm 2 ) Remanium, d = 0,8 mm, t = 10 min, próbka D Remanium, d = 0,8 mm, t = 28 dni, próbka E Remanium, d = 0,8 mm, t = 56 dni, próbka F ,0-0,5 0 0,5 E(Volts) Drut o średnicy 0,8 mm zachowuje się podobnie jak opisany powyŝej. Krzywa anodowa po 56-dniowej ekspozycji w roztworze korozyjnym ma najniŝsze wartości. Stwierdzono, Ŝe im dłuŝszy czas ekspozycji tym, niŝsze prądy w obszarze anodowym, przy porównywalnych potencjałach zarodkowania wŝeru (28-mio i 56- cio dniowa ekspozycja).

15 Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium o średnicy (d = 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56- dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C I (A/cm 2 ) Remanium, d = 0,9 mm, t = 10 min, próbkag Remanium, d = 0,9 mm, t = 28 dni, próbka H Remanium, d = 0,9 mm, t = 56 dni, próbka I Zwiększenie średnicy drutu (do 0,9 mm) spowodowało zmiany zarówno w gęstościach prądów anodowych (jak w przypadkach drutów opisanych powyŝej), ale równieŝ w obszarze katodowym. Im dłuŝszy czas ekspozycji, tym niŝsze gęstości prądów w tym obszarze ,5-1,0-0,5 0 0,5 E(Volts)

16 Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C I (A/cm 2 ) Remanium, d = 0,7 mm, t = 10 min, próbkaa Remanium, d = 0,8 mm, t = 10 min, próbkad Remanium, d = 0,9 mm, t = 10 min, próbkag Średnica drutu typu Remanium wpływa na gęstości prądów katodowych oraz potencjał przejścia katodowo-anodowego po 10-minutowej ekspozycji w roztworze korozyjnym ,5-1,0-0,5 0 0,5 E(Volts)

17 Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 28- dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C I (A/cm 2 ) Remanium, d = 0,7 mm, t = 28 dni, próbka B Remanium, d = 0,8 mm, t = 28 dni, próbka E Remanium, d = 0,9 mm, t = 28 dni, próbka H Wzrost czasu ekspozycji do 28 dni powoduje zmiany w potencjale zarodkowania wŝeru (E W ). Taka tendencja zostaje zachowana po 56- dniowej ekspozycji ,5-1,0-0,5 0 0,5 E (Volts)

18 Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 56- dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego temperatura roztworu korozyjnego 37 C I (A/cm 2 ) Remanium, d = 0,7 mm, t = 56 dni, próbka C Remanium, d = 0,8 mm, t = 56 dni, próbka F Remanium, d = 0,9 mm, t = 56 dni, próbka I Czas ekspozycji w roztworze sztucznej śliny wpływa na zmianę procesów elektrodowych poszczególnych drutów Remanium ,5-1,0-0,5 0 0,5 E (Volts)

19 Gęstość prądu katodowego oraz jego logarytm przy potencjale 750 mv (i E = -750 mv ) drutu ortodontycznego typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego. 4.0x10-4 d = 0,7 mm d = 0,7 mm d = 0,8 mm d = 0,9 mm i E = -750 mv, A/cm 2 3.0x x x10-4 d = 0,8 mm d = 0,9 mm Log ( i E = -750 mv ), A/cm A B C D E F G H I SYMBOL PRÓBKI A B C D E F G H I SYMBOL PRÓBKI W zaleŝności od średnicy drutu stwierdzono wzrost prądu katodowego drutu o średnicy 0,7 mm, zmienne tendencję wartości w przypadku średnicy 0,8 mm oraz spadek wartości (i E = -750 mv ) dla drutu o średnicy 0,9 mm. RóŜnice w wartościach gęstości prądu katodowego przy potencjale 750 mv (i E = -750 mv ) są niewielkie.

20 Potencjał przejścia katodowo-anodowego (E K - A ) drutu ortodontycznego typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego. SYMBOL PRÓBKI I H G F E D C B A d = 0,8 mm d = 0,8 mm d = 0,7 mm E K - A, mv Bez względu na średnicę drutu ortodontycznego Remanium stwierdzono, Ŝe wraz z upływem czasu ekspozycji stopu w roztworze korozyjnym następuje kierunku bardziej ujemnych wartości przesunięcie potencjału (E K - A ) w. NajniŜszy potencjał (E K - A ) wykazuje próbka C (ok. 160 mv, drut o średnicy 0,7 mm, ekspozycja 90 dni), natomiast najwyŝszy próbka G (ok. 50 mv, drut o średnicy 0,9 mm, ekspozycja 10minut). Najmniejsze róŝnice w wartościach potencjału (E K - A ) wykazuje drut o średnicy 0,8 mm.

21 Potencjał zarodkowania wŝeru (E W ) drutu ortodontycznego typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego. SYMBOL PRÓBKI I H d = 0,9 mm G F E d = 0,8 mm D C B d = 0,7 mm A E W, mv W wyniku ekspozycji wzrasta wartość potencjału zarodkowania wŝeru (E W ). Największy wzrost potencjału stwierdzono dla drutu o średnicy 0,7 mm (ok. 200 mv względem 10-minutowej ekspozycji), natomiast najmniejszy (ok. 40 mv względem 10- minutowej ekspozycji) dla stopu o średnicy 0,8 mm. Przyczyną takiego zachowania się układu w wyniku długotrwałej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach podwyŝszonej temperatury moŝe być doszczelnianie warstwy pasywnej na stopie Remanium.

22 WydłuŜenie obszaru pasywnego drutu ortodontycznego typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego. SYMBOL PRÓBKI I G d = 0,9 mm H F E d = 0,8 mm D C B d = 0,7 mm A E, mv Największe wydłuŝenie obszaru pasywnego (prawie czterokrotne) względem drutu eksponowanego w roztworze korozyjnym 10 minut wykazują próbki B i C (średnica 0,7 mm, ekspozycja 28 oraz 56 dni). W przypadku drutu o średnicy 0,8 mm nie stwierdzono istotnych róŝnic (ok. 65 mv), dla próbek H oraz I (średnica 0,9 mm, ekspozycja 28 i 56 dni) wydłuŝenie obszaru pasywnego jest ok. 3-krotne względem warunków początkowych.

23 Gęstość oraz logarytm prądu korozyjnego (i 0 ) drutu ortodontycznego typu Remanium o zróŝnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego. d = 0,7 mm d = 0,7 mm d = 0,8 mm d = 0,9 mm 2.0x i 0, A/cm 2 1.5x x x10-7 d = 0,8 mm d = 0,9 mm Log ( i 0 ), A/cm A B C D E F G H I SYMBOL PRÓBKI A B C D E F G H I SYMBOL PRÓBKI Największe róŝnice w gęstości prądu korozyjnego (i 0 ) stwierdzono dla drutu o średnicy 0,7 mm oraz 0,9 mm. W obu przypadkach następuje spadek szybkości korozji po 28 dniach ekspozycji w roztworze korozyjnym, po czym następuje wzrost (powyŝej prądu korozyjnego (i 0 ) stopu po 10-minutowej ekspozycji) szybkości korozji po 56 dniach badań. Dla drutu o średnicy 0,8 mm stwierdzono systematyczny wzrost szybkości korozji względem czasu ekspozycji w roztworze sztucznej śliny.

24 Wnioski Średnica drutu ortodontycznego Remanium, skład chemiczny oraz rodzaj stopów wpływa na wielkości mierzonych i wyznaczanych parametrów elektrochemicznych po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny (temperatura roztworu korozyjnego 37 C).

25 Średnica drutu typu Remanium wpływa na wartość prądów anodowych, potencjał przejścia katodowoanodowego (E K A ) oraz potencjał zarodkowania wŝeru (E W ). Średnica drutu typu Remanium wpływa na gęstości prądów katodowych oraz potencjał przejścia katodowo-anodowego po 10-minutowej ekspozycji w roztworze korozyjnym. Wzrost czasu ekspozycji do 28 dni powoduje zmiany w potencjale zarodkowania wŝeru (E W ). Taka tendencja zostaje zachowana po 56-dniowej ekspozycji.

26 Z upływem czasu ekspozycji stopu w roztworze korozyjnym następuje przesunięcie potencjału przejścia katodowo- anodowego (E K-A ) w kierunku bardziej ujemnych wartości. NajniŜszy potencjał (E K-A ) wykazuje próbka C (ok. 160 mv, drut o średnicy 0,7 mm, ekspozycja 56 dni), natomiast najwyŝszy próbka G (ok. 50 mv, drut o średnicy 0,9 mm, ekspozycja 10 minut). Najmniejsze róŝnice w wartościach potencjału (E K-A ) wykazuje drut o średnicy 0,8 mm.

27 Największy wzrost potencjału zarodkowania wŝeru (E W ) stwierdzono dla drutu o średnicy 0,7 mm (ok. 200 mv względem 10-minutowej ekspozycji), natomiast najmniejszy (ok. 40 mv względem 10-minutowej ekspozycji) dla stopu o średnicy 0,8 mm.

28 Wszystkie próbki drutu po ekspozycji 28 lub 56 dni miały wydłuŝenie obszaru pasywnego większe od obszaru pasywnego po 10-minutowej ekspozycji. Największe wydłuŝenie obszaru pasywnego (prawie czterokrotne) względem drutu eksponowanego w roztworze korozyjnym 10 minut wykazują próbki B i C (średnica 0,7 mm, ekspozycja 28 oraz 56 dni). W przypadku drutu o średnicy 0,8 mm nie stwierdzono istotnych róŝnic (ok. 65 mv), dla próbek H oraz I (średnica 0,9 mm, ekspozycja 28 i 56 dni) wydłuŝenie obszaru pasywnego jest ok. 3-krotne względem warunków początkowych.

29 Największe róŝnice w gęstości prądu korozyjnego (i 0 ) stwierdzono dla drutu o średnicy 0,7 mm oraz 0,9 mm. W obu przypadkach następuje spadek szybkości korozji po 28 dniach ekspozycji w roztworze korozyjnym, po czym następuje wzrost (powyŝej prądu korozyjnego (i 0 ) stopu po 10- minutowej ekspozycji) szybkości korozji po 56 dniach badań. Drut o średnicy 0,8 mm wykazuje systematyczny wzrost szybkości korozji względem czasu ekspozycji w roztworze sztucznej śliny.

30 Do analizy wyników badań elektrochemicznych drutów ortodontycznych typu Remanium po dłogotrwałej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego (ph 2,7 i temperaturze 37ºC), ze względu na złoŝoność układu podłoŝe/warstwa pasywna/roztwór korozyjny, wskazane jest stosowanie szeregu parametrów elektrochemicznych określających właściwości korozyjne w wyŝej wymienionym płynie ustrojowym.

31 Dziękuję za uwagę