DOI: https://doi.org/10.1007/s00784-026-06783-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41844922
تاريخ النشر: 2026-03-18
المؤلف: Aya A. Salama وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تبحث الدراسة في قوة الربط القصي (SBS) للأقواس التقويمية المصنوعة من المعدن والسيراميك عند ربطها بالزركونيا، باستخدام نظامين مختلفين للربط وظروف تخزين مختلفة. تم إنشاء ثمانية مجموعات من العينات، مع اختلافات في مادة القوس (سيراميك مقابل معدن)، نظام الربط (خالي من HEMA مقابل يحتوي على HEMA)، وطريقة التخزين (تخزين في الماء لمدة 24 ساعة مقابل دورات حرارية). أظهرت التحليلات الإحصائية أن الأقواس السيراميكية أظهرت SBS أعلى بشكل ملحوظ مقارنة بالأقواس المعدنية (5.9 ± 2.6 ميغاباسكال مقابل 4.9 ± 2.3 ميغاباسكال، p = 0.026). بالإضافة إلى ذلك، تفوقت أنظمة الربط التي تحتوي على HEMA على الأنظمة الخالية من HEMA (6.1 ± 2.3 ميغاباسكال مقابل 4.8 ± 2.4 ميغاباسكال، p = 0.034)، وكانت ظروف تخزين الماء تعطي قوة ربط أفضل مقارنة بالدورات الحرارية (6.9 ± 1.8 ميغاباسكال مقابل 3.9 ± 2.2 ميغاباسكال، p < 0.001). تؤكد النتائج على أهمية كل من اختيار مادة القوس ونظام اللصق في تحسين قوة الربط مع الزركونيا. على وجه الخصوص، يُوصى باستخدام الأقواس السيراميكية لتحسين نتائج الالتصاق على المدى الطويل. كما تسلط الدراسة الضوء على التأثير الحاسم للعوامل البيئية، مثل الرطوبة ودرجة الحرارة، على قوة الربط، مما يشير إلى أنه يجب على الأطباء أخذ هذه المتغيرات في الاعتبار عند تقييم تقنيات الربط. علاوة على ذلك، يُوصى باستخدام المواد اللاصقة التي تحتوي على HEMA مع الزركونيا لتعزيز فعالية الربط، بينما تتطلب قيود بعض تركيبات الربط، وخاصة تلك التي تؤدي إلى SBS أقل من العتبة المقبولة سريرياً، اعتبارًا دقيقًا في الممارسة السريرية.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية الاهتمام المتزايد في العلاج التقويمي المدفوع بالاعتبارات الجمالية، خاصة بين البالغين الذين لديهم ترميمات ثابتة موجودة. أحد التحديات الرئيسية في هذا السياق هو تحقيق قوة ربط مثالية بين الأقواس التقويمية وسطح الزركونيا، وهو أمر حاسم لتحريك الأسنان بشكل فعال. تُقدّر قوة الربط المطلوبة للأقواس التقويمية بين 6-8 ميغاباسكال (MPa)، بينما تتراوح القوى اللازمة لتحريك الأسنان من 70 إلى 120 جرامًا. يُفضل الزركونيا بسبب قوته الميكانيكية، والتوافق الحيوي، والخصائص الجمالية، ولكنه يقدم صعوبات في تحقيق التصاق موثوق بسبب عدم نشاطه الكيميائي والتحديات المرتبطة بالنقش الحمضي والتسليخ.
تسلط الورقة الضوء على أهمية عوامل الربط، وخاصة 2-هيدروكسي إيثيل ميثاكريلات (HEMA)، في تعزيز الالتصاق بين الأقواس التقويمية (المعدنية والسيراميكية) والزركونيا. بينما يُحسن HEMA من الترطيب والاختراق، قد يؤدي أيضًا إلى الانهيار المائي مع مرور الوقت، خاصة في وجود الرطوبة، مما قد يؤثر على طول عمر الربط. تهدف الدراسة إلى تقييم فعالية الربط لاثنين من عوامل الربط المختلفة تحت حالتين: 24 ساعة في الماء المقطر و5,000 دورة حرارية. تشمل الفرضيات الصفرية المقترحة غياب اختلافات كبيرة في قوة الربط القصي بين الأقواس السيراميكية والمعدنية المرتبطة بالزركونيا، وكذلك بين أنظمة الربط التي تحتوي على HEMA وتلك الخالية من HEMA. بالإضافة إلى ذلك، تفترض أن قوة الربط القصي للأقواس المخزنة في الماء المقطر لا تختلف بشكل كبير عن تلك المعرضة للدورات الحرارية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على الموافقة الأخلاقية من اللجنة الأخلاقية المؤسسية تحت الرقم المرجعي 1945. تم حساب حجم العينة بناءً على دراسة سابقة أجراها هو وآخرون (2024)، بهدف تحقيق قوة 80% عند مستوى دلالة 5% مع حجم تأثير قدره 1.1. في البداية، تم تحديد الحد الأدنى لثماني عينات كضرورية؛ ومع ذلك، لتلبية معدل التسرب المتوقع بنحو 25%، تم تعديل حجم العينة إلى عشرة. وبالتالي، تم تحديد حجم العينة النهائي عند 80 مشاركًا، كما تم تحديده باستخدام برنامج G*Power (الإصدار 3.1.9.2؛ ألمانيا).
النتائج
تشير النتائج المقدمة في الجدول 2 إلى وجود اختلافات كبيرة في قيم متوسط قوة الربط القصي (SBS) عبر المجموعات التجريبية، مع قيمة p العامة < 0.001. من الجدير بالذكر أن مجموعة C-HF-W أظهرت SBS أعلى بشكل ملحوظ مقارنة بـ M-HF-W وC-HF-T وC-HC-T وM-HF-T، مع قيم p المعدلة 0.001 و0.033 و< 0.001 و< 0.001، على التوالي. على العكس من ذلك، لم يتم العثور على اختلافات كبيرة بين المجموعات M-HC-W وC-HC-W وM-HC-T وC-HF-W. كما أظهرت مجموعة C-HC-W قوة ربط قصي أعلى مقارنة بـ M-HF-W وC-HF-T وC-HC-T وM-HF-T، مع قيم p المعدلة 0.001 و0.037 و< 0.001 و< 0.001. كشفت التحليلات الإضافية أن M-HC-W كان لديها SBS أعلى من C-HC-T وM-HF-T (قيمة p المعدلة < 0.001)، بينما لم يتم ملاحظة اختلافات كبيرة بين M-HC-T وC-HF-T وM-HC-W. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت C-HC-T قوة ربط قصي أقل من M-HC-T (قيمة p المعدلة = 0.018)، وكان لدى M-HF-T SBS أقل بشكل ملحوظ مقارنة بـ M-HC-T (قيمة p المعدلة = 0.009). كما وجدت الدراسة أن المواد السيراميكية كانت لديها SBS أعلى بشكل ملحوظ (5.9 ± 2.6 ميغاباسكال) مقارنة بالمعدن (4.9 ± 2.3 ميغاباسكال، قيمة p = 0.026)، وأظهرت أنظمة الربط التي تحتوي على HEMA متوسط SBS أعلى (6.1 ± 2.3 ميغاباسكال) من الأنظمة الخالية من HEMA. تم حساب SBS باستخدام الصيغة \( P \, [\text{MPa}] = \frac{F \, [\text{N}]}{S} \)، حيث \( S \) هو مساحة سطح قاعدة القوس (10 مم²). تتيح المنهجية المستخدمة عزل الإجهاد القصي، مما يختلف عن معيار DIN 13990:2017، الذي قد يقدم أحمال شد تؤثر على ميكانيكا الكسر.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم قوة الربط القصي (SBS) للأقواس التقويمية السيراميكية والمعدنية المرتبطة بالزركونيا تحت ظروف تخزين مختلفة، تحديدًا بعد 24 ساعة في الماء المقطر وبعد الدورات الحرارية. تم إنشاء ثمانية مجموعات تجريبية، تختلف حسب نوع القوس (سيراميك مقابل معدن)، نظام الربط (خالي من HEMA مقابل يحتوي على HEMA)، وطريقة التخزين. أشارت النتائج إلى أن الأقواس السيراميكية أظهرت SBS متفوقة مقارنة بالأقواس المعدنية، خاصة عند ربطها بالمواد اللاصقة الخالية من HEMA، التي أظهرت زيادة في الكارهية للماء وتقليل امتصاص الماء، مما ساهم في استقرار الربط على المدى الطويل. على العكس من ذلك، أظهرت الأقواس المعدنية المرتبطة بالمواد اللاصقة التي تحتوي على HEMA ضعفًا في قوة الربط، خاصة بعد الدورات الحرارية، على الأرجح بسبب عدم تطابق معاملات التمدد الحراري وقابلية المادة اللاصقة للتحلل المائي.
كشفت التحليلات الإحصائية عن اختلافات كبيرة في SBS عبر المجموعات، مما أدى إلى رفض الفرضية الصفرية التي تفيد بأن ظروف التخزين لا تؤثر على قوة الربط. من الجدير بالذكر أن مجموعة M-HF-W، التي تعمل كعنصر تحكم، أظهرت أقل SBS، مما يبرز الدور الحاسم لمكون HEMA في تحقيق ربط مقبول سريريًا مع الزركونيا. تؤكد النتائج على أهمية اختيار عوامل الربط المناسبة ومعالجات السطح لتحسين الالتصاق التقويمي، خاصة في السيناريوهات السريرية التي تتضمن ترميمات الزركونيا. تشمل قيود الدراسة حجم العينة الصغيرة والحاجة إلى مزيد من التحقيق في التأثيرات طويلة الأمد لظروف التخزين المختلفة وعوامل الربط على متانة الربط.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00784-026-06783-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41844922
Publication Date: 2026-03-18
Author(s): Aya A. Salama et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
The study investigated the shear bond strength (SBS) of orthodontic brackets made from metal and ceramic when bonded to zirconia, utilizing two different bonding systems and two storage conditions. Eight groups of samples were created, with variations in bracket material (ceramic vs. metal), bonding system (HEMA-free vs. HEMA-containing), and storage method (24-hour water storage vs. thermocycling). Statistical analyses revealed that ceramic brackets exhibited significantly higher SBS compared to metal brackets (5.9 ± 2.6 MPa vs. 4.9 ± 2.3 MPa, p = 0.026). Additionally, HEMA-containing bonding systems outperformed HEMA-free systems (6.1 ± 2.3 MPa vs. 4.8 ± 2.4 MPa, p = 0.034), and water storage conditions yielded superior bond strength compared to thermocycling (6.9 ± 1.8 MPa vs. 3.9 ± 2.2 MPa, p < 0.001). The findings underscore the importance of both the choice of bracket material and adhesive system in optimizing bond strength to zirconia. Specifically, ceramic brackets are recommended for improved long-term adhesion outcomes. The study also highlights the critical influence of environmental factors, such as moisture and temperature, on bond strength, suggesting that clinicians should consider these variables when evaluating bonding techniques. Furthermore, HEMA-containing adhesives are advocated for use with zirconia to enhance bonding efficacy, while the limitations of certain bonding combinations, particularly those yielding SBS below the clinically acceptable threshold, warrant careful consideration in clinical practice.
Introduction
The introduction of this research paper addresses the growing interest in orthodontic treatment driven by aesthetic considerations, particularly among adults with existing fixed prosthetic restorations. A key challenge in this context is achieving optimal bonding strength between orthodontic brackets and zirconia surfaces, which is crucial for effective tooth movement. The required bonding strength for orthodontic brackets is estimated to be between 6-8 megapascals (MPa), while the forces necessary for tooth movement range from 70 to 120 grams. Zirconia, favored for its mechanical strength, biocompatibility, and aesthetic qualities, presents difficulties in achieving reliable adhesion due to its chemical inertness and the challenges associated with acid-etching and silanization.
The paper highlights the importance of bonding agents, particularly 2-Hydroxyethyl methacrylate (HEMA), in enhancing adhesion between orthodontic brackets (both metal and ceramic) and zirconia. While HEMA improves wetting and penetration, it may also lead to hydrolytic breakdown over time, especially in the presence of moisture, which can compromise bond longevity. The study aims to evaluate the bonding efficacy of two different bonding agents under two conditions: 24 hours in distilled water and 5,000 thermal cycles. The null hypotheses proposed include the absence of significant differences in shear bond strength between ceramic and metal brackets bonded to zirconia, as well as between HEMA-containing and HEMA-free bonding systems. Additionally, it posits that the shear bond strength of brackets stored in distilled water does not differ significantly from those subjected to thermocycling.
Methods
In this study, ethical approval was secured from the institutional ethical committee under Reference no. 1945. The sample size was calculated based on a prior study by Hu et al. (2024), aiming for 80% power at a 5% significance level with an effect size of 1.1. Initially, a minimum of eight samples was identified as necessary; however, to accommodate an anticipated dropout rate of approximately 25%, the sample size was adjusted to ten. Consequently, the final sample size was set at 80 participants, as determined using G*Power software (version 3.1.9.2; Germany).
Results
The results presented in Table 2 indicate significant differences in mean shear bond strength (SBS) values across the experimental groups, with an overall p-value of < 0.001. Notably, the C-HF-W group exhibited a significantly higher SBS compared to M-HF-W, C-HF-T, C-HC-T, and M-HF-T, with adjusted p-values of 0.001, 0.033, < 0.001, and < 0.001, respectively. Conversely, no significant differences were found among the groups M-HC-W, C-HC-W, M-HC-T, and C-HF-W. The C-HC-W group also demonstrated superior shear bond strength relative to M-HF-W, C-HF-T, C-HC-T, and M-HF-T, with adjusted p-values of 0.001, 0.037, < 0.001, and < 0.001. Further analysis revealed that M-HC-W had a higher SBS than C-HC-T and M-HF-T (adjusted p-value < 0.001), while no significant differences were noted among M-HC-T, C-HF-T, and M-HC-W. Additionally, C-HC-T exhibited lower shear bond strength than M-HC-T (adjusted p-value = 0.018), and M-HF-T had significantly lower SBS compared to M-HC-T (adjusted p-value = 0.009). The study also found that ceramic materials had a statistically significantly higher SBS (5.9 ± 2.6 MPa) compared to metal (4.9 ± 2.3 MPa, p-value = 0.026), and HEMA-containing bonding systems demonstrated a higher average SBS (6.1 ± 2.3 MPa) than HEMA-free systems. The SBS was calculated using the formula \( P \, [\text{MPa}] = \frac{F \, [\text{N}]}{S} \), where \( S \) is the bracket's base surface area (10 mm²). The methodology employed allows for the isolation of shear stress, differing from the DIN 13990:2017 standard, which may introduce tensile loads affecting fracture mechanics.
Discussion
In this study, the shear bond strength (SBS) of ceramic and metal orthodontic brackets bonded to zirconia was evaluated under different storage conditions, specifically after 24 hours in distilled water and following thermocycling. Eight experimental groups were established, varying by bracket type (ceramic vs. metal), bonding system (HEMA-free vs. HEMA-containing), and storage method. The results indicated that ceramic brackets exhibited superior SBS compared to metal brackets, particularly when bonded with HEMA-free adhesives, which demonstrated enhanced hydrophobicity and reduced water sorption, contributing to long-term bond stability. Conversely, metal brackets bonded with HEMA-containing adhesives showed compromised bonding strength, especially after thermocycling, likely due to mismatched thermal expansion coefficients and the adhesive’s susceptibility to hydrolysis.
Statistical analyses revealed significant differences in SBS across groups, leading to the rejection of the null hypothesis that storage conditions do not affect bond strength. Notably, the M-HF-W group, serving as a control, exhibited the lowest SBS, underscoring the critical role of the HEMA component in achieving clinically acceptable bonding to zirconia. The findings emphasize the importance of selecting appropriate bonding agents and surface treatments to optimize orthodontic adhesion, particularly in clinical scenarios involving zirconia restorations. Limitations of the study include a small sample size and the need for further investigation into the long-term effects of various storage conditions and bonding agents on bond durability.