DOI: https://doi.org/10.1186/s40510-024-00540-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39465457
تاريخ النشر: 2024-10-28
المؤلف: Thomas Manoukakis وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
هدفت الدراسة إلى تقييم درجة التحويل (DC) للموصلات المطبوعة مباشرة (DPA) بعد المعالجة تحت ظروف الهواء المحيط والنيتروجين، مع فحص حركيات تفاعل البوليمرة لراتنج TC-85DAC. تم إنتاج ما مجموعه 48 موصلًا باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد وتم تقسيمها إلى مجموعتين بناءً على ظروف المعالجة بعد الطباعة. خضعت كل مجموعة للمعالجة بعد الطباعة في ستة فترات زمنية مختلفة (1، 2، 3، 5، 10، و20 دقيقة) باستخدام وحدة معالجة بالأشعة فوق البنفسجية. تم قياس DC باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتقنية الانعكاس الكلي المخفف (ATR-FTIR)، وتم إجراء تحليلات إحصائية لتقييم الفروق بين ظروف المعالجة، مع تحديد مستوى الدلالة عند p ≤ 0.05.
أشارت النتائج إلى أن الفروق الكبيرة في DC لوحظت فقط خلال الدقيقة الأولى من البوليمرة تحت جو النيتروجين، بينما أظهرت المعالجة بالهواء المحيط فروقًا كبيرة في الدقيقة الأولى والثانية. تشير النتائج إلى أن راتنج TC-85DAC حقق مستويات عالية من البوليمرة، مع آثار على الخصائص الميكانيكية والتوافق الحيوي للموصلات. تسلط الدراسة الضوء على الحاجة إلى مزيد من التحقيق في تأثير وجود الأكسجين على عوامل تتجاوز DC، والتي قد تؤثر على الأداء العام للموصلات التقويمية المطبوعة ثلاثية الأبعاد. يمكن أن تُفيد هذه النتائج في تطوير ممارسات جديدة في تصنيع الموصلات ومدة المعالجة بعد الطباعة.
مقدمة
لقد حولت إدخال التقنيات الرقمية، وخاصة الطباعة ثلاثية الأبعاد، تقويم الأسنان بشكل كبير، خاصة في إنتاج الموصلات التقويمية. تقدم هذه الموصلات المطبوعة ثلاثية الأبعاد مزايا مثل الملاءمة الدقيقة والأنظمة البيوميكانيكية المخصصة التي تطبق قوى مسيطر عليها على الأسنان. ومع ذلك، لا يزال يتعين التحقق من قابلية التنبؤ بحركات الأسنان مع هذه الموصلات مقارنةً بالخيارات التقليدية المصنوعة من الحرارة. بينما تُصنع الموصلات الحالية بشكل أساسي من مواد مثل بولي إيثيلين تيريفثاليت جلايكول (PETG) والبولي يوريثين، تستخدم الموصلات المطبوعة ثلاثية الأبعاد راتنجات سائلة قابلة للمعالجة بالضوء، والتي تتطلب معالجة دقيقة بعد الطباعة لتحقيق الخصائص الميكانيكية والتوافق الحيوي المرغوب.
على الرغم من التقدم، لا تزال التحديات قائمة بشأن القوة الميكانيكية والتوافق الحيوي للموصلات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، خاصة بسبب سمية الراتنجات قبل البوليمرة. تشير الدراسات الحديثة إلى أنه بينما يمكن إدارة مستويات السمية الخلوية والاستروجينية عند اتباع بروتوكولات مناسبة، يمكن أن تؤدي التغيرات في عمليات المعالجة بعد الطباعة إلى سمية خلوية متوسطة. تركز هذه الدراسة على بوليمر الإيستر الفينيل الأليفاتي-يوريثان Tera Harz TC85-DAC، المعتمد للاستخدام في الموصلات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، وتهدف إلى دراسة تأثيرات بيئات المعالجة بعد الطباعة المختلفة على درجة التحويل (DC) للراتنج. ستختبر الأبحاث الفرضيات الصفرية بشأن تأثير النيتروجين مقابل الهواء المحيط على DC وتأثير مدة المعالجة بعد الطباعة على تقاطع الراتنج. من المتوقع أن تعزز النتائج طرق التصنيع وتحسن الخصائص الميكانيكية والسلامة للموصلات التقويمية في البيئات السريرية.
طرق
توضح قسم “طرق” في ورقة البحث المواد والأساليب المستخدمة في الدراسة. يتناول التصميم التجريبي، بما في ذلك اختيار المواد، وإعداد التجارب، والإجراءات المتبعة لضمان إمكانية تكرار النتائج وموثوقيتها. يتم وصف تقنيات محددة مستخدمة لجمع البيانات وتحليلها، مع تسليط الضوء على أي طرق إحصائية أو برامج تم استخدامها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات حول أحجام العينات، وتدابير التحكم، وأي اعتبارات أخلاقية ذات صلة بالبحث. تعتبر وضوح ودقة الطرق أمرًا حيويًا للتحقق من استنتاجات الدراسة وضمان إمكانية تكرار النتائج في الأبحاث المستقبلية. بشكل عام، يعد هذا القسم مكونًا أساسيًا من الورقة، حيث يوفر الإطار اللازم لفهم نتائج البحث.
نتائج
يقدم قسم النتائج تحليلًا مفصلًا لطيف الأشعة تحت الحمراء بتقنية تحويل فورييه (FTIR) للراتنج غير المعالج، والموصلات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، والموصلات المعالجة بعد الطباعة، مع تسليط الضوء على المجموعات الوظيفية الرئيسية المرتبطة بهيكل الميثاكريلات. بشكل ملحوظ، تم تحديد قمم تتعلق بتمدد N-H عند 3371 سم$^{-1}$، وتمدد C=O عند 1720 سم$^{-1}$، وتمدد C=C عند 1634 و1620 سم$^{-1}$. كما قامت الدراسة بتقييم درجة تحويل الروابط المزدوجة (DC) عبر ظروف المعالجة بعد الطباعة المختلفة، كاشفة أن 65.5% من التباين في DC يمكن أن يُعزى إلى عوامل مثل مدة المعالجة بعد الطباعة وظروف الجو، مع كون المدة لها التأثير الأكثر أهمية (جزئي إيتا تربيع = 0.589).
أشارت النتائج الكمية إلى أن متوسط DC% بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد كان 63.22%، مع زيادات كبيرة لوحظت تحت ظروف جو الأكسجين المتغيرة أثناء المعالجة بعد الطباعة، حيث وصلت إلى 97.44% بعد 20 دقيقة. وجدت الدراسة أن الأكسجين يعيق البوليمرة في المراحل المبكرة، كما يتضح من القيم المنخفضة بشكل ملحوظ لـ DC% مقارنةً بظروف النيتروجين بعد دقيقة واحدة من المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك، بحلول 5 دقائق، تقاربت قيم DC% تحت كلا الجوّين. استخدمت التحليلات أيضًا نماذج انحدار لتوضيح العلاقة بين DC% ومدة المعالجة بعد الطباعة، مما يظهر زيادة أكثر وضوحًا في DC% تحت ظروف الأكسجين في البداية، تليها تأثير الهضبة تحت النيتروجين. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج التأثير الحاسم لمتغيرات المعالجة بعد الطباعة على فعالية البوليمرة للموصلات المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
مناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون تأثيرات الأجواء المختلفة للمعالجة بعد الطباعة على درجة التحويل (DC) للموصلات التقويمية المطبوعة ثلاثية الأبعاد المصنوعة من راتنج TC85-DAC. تم طباعة الموصلات باستخدام طابعة FlashForge Focus 6K ثلاثية الأبعاد وخضعت للمعالجة بعد الطباعة تحت ظروف النيتروجين والهواء المحيط. أشارت النتائج إلى أن قيم DC كانت أعلى بشكل ملحوظ خلال الدقيقة الأولى من البوليمرة بالأشعة فوق البنفسجية في جو النيتروجين (96.26%) مقارنةً بالظروف المحيطة، التي تطلبت ثلاثة أضعاف الوقت لتحقيق مستويات DC مماثلة. يشير هذا إلى أن النيتروجين يعزز بشكل كبير عملية البوليمرة الأولية عن طريق تقليل تثبيط الأكسجين، مما يؤدي إلى تحسين الخصائص الميكانيكية والتوافق الحيوي للموصلات.
كما كشفت النتائج أنه بينما كان لجو النيتروجين تأثير ملحوظ على المراحل المبكرة من البوليمرة، لم تُلاحظ فروق كبيرة في DC عبر الفترات الزمنية اللاحقة تحت ظروف النيتروجين. تؤكد الدراسة على أهمية اتباع بروتوكولات الشركات المصنعة للموصلات المطبوعة ثلاثية الأبعاد وتسلط الضوء على الحاجة إلى مزيد من البحث في تأثير ظروف المعالجة على الخصائص الميكانيكية والثبات على المدى الطويل. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة لتحسين عملية تصنيع الموصلات التقويمية، مما قد يحسن نتائج العلاج ورضا المرضى.
DOI: https://doi.org/10.1186/s40510-024-00540-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39465457
Publication Date: 2024-10-28
Author(s): Thomas Manoukakis et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
The study aimed to evaluate the degree of conversion (DC) of direct-printed aligners (DPA) post-cured under ambient air and nitrogen atmospheres, while also examining the kinetics of the polymerization reaction of TC-85DAC resin. A total of 48 aligners were produced using a 3D printer and divided into two groups based on their post-curing conditions. Each group underwent post-curing at six different time intervals (1, 2, 3, 5, 10, and 20 minutes) using a UV post-curing unit. The DC was measured using attenuated total reflection Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), and statistical analyses were conducted to assess differences between the curing conditions, with a significance level set at p ≤ 0.05.
Results indicated that significant differences in DC were observed only during the first minute of polymerization under nitrogen atmosphere, while ambient air post-curing showed significant differences at the 1st and 2nd minutes. The findings suggest that the TC-85DAC resin achieved high levels of polymerization, with implications for the mechanical properties and biocompatibility of the aligners. The study highlights the need for further investigation into the effects of oxygen presence on factors beyond DC, which may influence the overall performance of 3D-printed orthodontic aligners. These results could inform new practices in aligner fabrication and post-curing duration.
Introduction
The introduction of digital technologies, particularly 3D printing, has significantly transformed orthodontics, especially in the production of orthodontic aligners. These 3D-printed aligners offer advantages such as precise fit and customized biomechanical systems that apply controlled forces to teeth. However, the predictability of tooth movements with these aligners compared to traditional thermoformed options remains to be validated. While current aligners are primarily made from materials like polyethylene terephthalate glycol (PETG) and polyurethane, 3D-printed aligners utilize liquid photocurable resins, which require careful post-curing to achieve desired mechanical properties and biocompatibility.
Despite advancements, challenges persist regarding the mechanical strength and biocompatibility of 3D-printed aligners, particularly due to the toxicity of the resins before polymerization. Recent studies indicate that while cytotoxicity and estrogenicity levels are manageable when proper protocols are followed, variations in post-curing processes can lead to moderate cytotoxicity. This study focuses on the aliphatic vinyl ester-urethane polymer Tera Harz TC85-DAC, approved for use in 3D-printed aligners, and aims to investigate the effects of different post-curing environments on the degree of conversion (DC) of the resin. The research will test null hypotheses regarding the impact of nitrogen versus ambient air on DC and the influence of post-curing time on resin cross-linking. The findings are anticipated to enhance manufacturing methods and improve the mechanical properties and safety of orthodontic aligners in clinical settings.
Methods
The “Methods” section of the research paper outlines the materials and methodologies employed in the study. It details the experimental design, including the selection of materials, the setup of experiments, and the procedures followed to ensure reproducibility and reliability of results. Specific techniques used for data collection and analysis are described, highlighting any statistical methods or software utilized to interpret the findings.
Additionally, the section may include information on sample sizes, control measures, and any ethical considerations relevant to the research. The clarity and rigor of the methods are crucial for validating the study’s conclusions and ensuring that the results can be replicated in future research. Overall, this section serves as a foundational component of the paper, providing the necessary framework for understanding the research outcomes.
Results
The results section presents a detailed analysis of the Fourier Transform Infrared (FTIR) spectra for unset resin, 3D-printed, and post-cured aligners, highlighting key functional groups associated with the methacrylate structure. Notably, peaks corresponding to N-H stretching at 3371 cm$^{-1}$, C=O stretching at 1720 cm$^{-1}$, and C=C stretching at 1634 and 1620 cm$^{-1}$ were identified. The study also assessed the degree of double bond conversion (DC) across different post-curing conditions, revealing that 65.5% of the variance in DC could be attributed to factors such as post-curing duration and atmosphere conditions, with the duration having the most significant effect (partial eta squared = 0.589).
Quantitative results indicated that the mean DC% after 3D printing was 63.22%, with significant increases observed under varying oxygen atmosphere conditions during post-curing, reaching up to 97.44% after 20 minutes. The study found that oxygen inhibited polymerization at early stages, as evidenced by significantly lower DC% values compared to nitrogen conditions after 1 minute of UV curing. However, by 5 minutes, the DC% values converged under both atmospheres. The analysis further employed regression models to illustrate the relationship between DC% and post-curing time, demonstrating a more pronounced increase in DC% under oxygen conditions initially, followed by a plateau effect under nitrogen. Overall, these findings underscore the critical influence of post-curing parameters on the polymerization efficacy of 3D-printed aligners.
Discussion
In this study, the authors investigated the effects of different post-curing atmospheres on the degree of conversion (DC) of 3D-printed orthodontic aligners made from the TC85-DAC resin. The aligners were printed using a FlashForge Focus 6K 3D printer and subjected to post-curing under both nitrogen and ambient air conditions. The results indicated that the DC values were significantly higher during the first minute of UV polymerization in a nitrogen atmosphere (96.26%) compared to ambient conditions, which required three times longer to achieve similar DC levels. This suggests that nitrogen significantly enhances the initial polymerization process by reducing oxygen inhibition, leading to improved mechanical properties and biocompatibility of the aligners.
The findings also revealed that while the nitrogen atmosphere had a pronounced effect on the early stages of polymerization, no significant differences were observed in DC across subsequent time intervals under nitrogen conditions. The study emphasizes the importance of following manufacturer protocols for 3D-printed aligners and highlights the need for further research into the influence of curing conditions on mechanical properties and long-term stability. Overall, the results contribute valuable insights into optimizing the fabrication process of orthodontic aligners, potentially improving treatment outcomes and patient satisfaction.