The influence of adhesives and the base structure of metal brackets on shear bond strength; Der...

184 J Orofac Orthop 2012 middot No 3 copy Springer-Verlag

Journal of Orofacial Orthopedics Fortschritte der Kieferorthopaumldie Original article

J Orofac Orthop 2012 73184-193DOI 101007s00056-012-0074-3

The influence of adhesives and the base structure of metal brackets on shear bond strength

Der Einfluss des Adhaumlsivs und der Basisstruktur von Metallbrackets auf die Scherhaftfestigkeit

AbstractObjectiveemsp The objective of this study was to investigate the shear bond strength of compounds made of tooth enamel adhe-sive and brackets for certain material combinations according to the DIN 13990-2 standardMaterialsemsp andemsp methodsemsp We examined a combination of the following materials on permanent bovine incisors (1) adhesives Light Bondtrade and Phase IIreg (both produced by Reliance Orthodon-tic Products Itasca IL USA) Transbond XTtrade (3M Unitek Monro-via CA USA) (2) brackets Carrierereg Euro Midi Classic Midi Low Friction (all from Ortho Organizers Carlsbad CA USA) The discov-eryreg bracket (Dentaurum Ispringen Germany) served as the ref-erence According to the DIN standard the teeth were embedded adhesive was applied and they were then put into storage This was followed by shear tests in a material testing machine with the shear force acting directly on the bracket base in the occlusal-gingival direction Finally the Adhesive Remnant Index was deter-minedResultsemsp We observed the greatest shear bond strength (mean value) from the combination of Carrierereg and Transbond XTtrade (174 Nmm2) and the lowest from the combination of Euro Midi Classic and Phase IIreg (128 Nmm2) There were significant differ-ences in the various material combinations The values obtained from the measurements of discoveryreg together with Transbond XTtrade agreed very well with the results of previous investigationsConclusionemsp The combinations of brackets and adhesives inves-tigated in this study according to DIN standard 13990-2 provided a satisfactory result for clinical use

KeywordsOrthodonticsemspemspShearemspbondemspstrengthemspemspBracketemspemspAdhesiveemspemspDINemsp13990-2

ZusammenfassungZielemsp Ziel der vorliegenden Untersuchung war es auf der Basis der DIN-Norm 13990-2 die Scherhaftfestigkeit des Verbundes aus Zahnschmelz Adhaumlsiv und Brackets fuumlr ausgewaumlhlte Material-kombinationen zu untersuchenMaterialemspundemspMethodikemsp Eine Kombination aus folgenden Ma-terialien wurde auf permanenten Rinderschneidezaumlhnen unter-sucht 1 Adhaumlsive Light Bondtrade und Phase IIreg (beide Reliance Orthodontic Itasca IL USA) Transbond XTtrade (3M Unitek Monro-via CA USA) 2 Brackets Carrierereg Euro Midi Classic Midi Low Friction (alle Ortho Organizers Carlsbad CA USA) Als Referenz diente das Bracket discoveryreg (Dentaurum Ispringen Deutsch-land) Die Zaumlhne wurden nach DIN-Vorschrift eingebettet beklebt und gelagert Dann folgte der Abscherversuch in einer Werkstoff-pruumlfmaschine mit einer von okklusal nach gingival wirkenden Scherkraft direkt an der Bracketbasis Abschlieszligend wurde der bdquoAdhesive Remnantldquo-Index bestimmtErgebnisseemsp Die groumlszligte Scherhaftfestigkeit (Mittelwerte) ergab die Kombination aus Carrierereg und Transbond XTtrade (174 Nmm2) die geringste die Kombination Euro Midi Classic mit Phase IIreg (128 Nmm2) Insgesamt ergaben sich deutliche Unterschiede in den verschiedenen Materialkombinationen Die Werte aus den Mes-sungen an discoveryreg in Verbindung mit Transbond XTtrade stimm-ten sehr gut mit den Ergebnissen vorhergehender Untersuchun-gen uumlbereinSchlussfolgerungemsp Die in dieser Studie gemaumlszlig DIN 13990-2 ge-testeten Kombinationen von Bracket und Adhaumlsiven ergaben fuumlr den klinischen Einsatz ein zufriedenstellendes Ergebnis

SchluumlsselwoumlrterKieferorthopaumldieemspemspScherhaftfestigkeitemspemspBracketemspemspAdhaumlsivemspemspDINemsp13990-2emsp

Susanne Reimann1 Judith Mezey2 Nikolaos Daratsianos3 Andreas Jaumlger3 Christoph Bourauel1

1 Oral Technology Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universitaumlt Bonn Germany

2 Privat Dental Practice Cologne Germany3 Department of Orthodontics Rheinische Friedrich-Wilhelms-Univer-

sitaumlt Bonn Germany

Received October 18 2011 accepted January 9 2012 published online May 12 2012

185J Orofac Orthop 2012 middot No 3 copy Springer-Verlag

Reimann S et al Bond strengths of various metal bracket and adhesive combinations

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Introduction

During active orthodontic treatment the bond strength be-tween a bracket and the tooth surface must be highly reliable and is key to the therapeutic success To make convincing claims concerning various materials and different brackets a standardized test procedure with a minimal number of varia-ble parameters is required In the present study metal brackets with different base structures were tested The bracket base de-sign is a significant variable in terms of the bonding strength between the bracket and adhesive Mechanical retention is cre-ated using wire meshes perforated metal bases laser-textured surfaces or hemispherical pits

There are an overwhelming number of adhesive systems on the market It is important to use only those adhesive systems recommended by the manufacturers when investigating shear bond strength Other adhesive systems usually have the same ingredients [9] but differ in their composition which results in different adhesion values

In the orthodontic treatment of malaligned teeth Reynolds [25] and Reynolds and von Fraunhofer [26] consider a bond strength of 6ndash8 MPa ( = Nmm2) to be clinically sufficient Die-drich [10] cites a value of 5ndash10 MPa It is thus necessary to measure shear bond strength according to a standardized meth-od in order to obtain comparable results This is possible by ap-plying the DIN standard 13990 [11]

Materials and methods

We tested three adhesivesmdashLight Bondtrade and Phase IIreg (both produced by Reliance Orthodontic Products Itasca IL USA) and Transbond XTtrade (3M Unitek Neuss Germany)mdashand three metal bracketsmdashCarrierereg Euro Midi Classic Midi Low Friction (all produced by Ortho Organizers Carlsbad CA USA obtained from ODS Kisdorf Germany)(Table 1) The cross-sectional areas of the bracket bases were calculated using an image processing program (Scion Image Rel 4 Scion Corp Frederick MD USA) for the evaluation of microscopic images Due to their curvature they contain a small error The brackets were bonded to extracted erupted permanent man-dibular bovine incisors and then stored in bacteriostatic 05 sodium chloramine-T solution Discoveryreg brackets (Dentau-rum Ispringen Germany) were used as a reference they were also measured with all the adhesives As the discoveryreg bracket has already served as a test medium in a variety of studies on shear bond strength according to DIN 13990 those data can be compared with our study results

We selected brackets for the maxillary central incisors in ac-cordance with the current norm The different structure of the bracket bases are shown in Figure 1 Ideally bond strength tests should be carried out on human teeth Alternatively according to the DIN standard 13990 bovine incisors of animals aged 2ndash5 years can be used They have properties resembling human den-tal enamel [17] Our experiments were therefore performed on 150 bovine teeth extracted from freshly slaughtered cattle at the

Einleitung

Die Verbundfestigkeit zwischen Bracket und Zahnoberflaumlche erfordert im Verlauf einer kieferorthopaumldischen Behandlung eine hohe Zuverlaumlssigkeit und ist von maszliggebender Bedeu-tung fuumlr den Behandlungserfolg Um fundierte Aussagen bei unterschiedlichen Materialien sowie unterschiedlichen Bra-ckets treffen zu koumlnnen bedarf es standardisierter Testverfah-ren mit einer moumlglichst geringen Anzahl an variablen Parame-tern In der vorgestellten Studie wurden Metallbrackets mit unterschiedlicher Basisstruktur untersucht Die Gestaltung der Bracketbasis stellt eine wesentliche Variable hinsichtlich des Haftverbundes zwischen Bracket und Adhaumlsiv dar Mithilfe von Drahtnetzen perforierten Metallbasen laserstrukturierten Oberflaumlchen oder halbkugelfoumlrmigen Vertiefungen werden mechanische Retentionen erzeugt

Die Anzahl der auf dem Markt angebotenen Adhaumlsivsysteme ist kaum mehr zu uumlberblicken Im Hinblick auf die Untersu-chung der Scherhaftfestigkeit ist es wichtig nur die Adhaumlsivsys-teme zu verwenden die auch von Herstellern empfohlen wer-den Andere Adhaumlsivsysteme haben zumeist die gleichen In-haltsstoffe [9] unterscheiden sich aber in der Zusammenset-zung Dies fuumlhrt unmittelbar zu veraumlnderten Haftwerten

Fuumlr die kieferorthopaumldische Therapie von Zahnfehlstellun-gen wird von Reynolds [25] sowie Reynolds u von Fraunhofer [26] eine Haftfestigkeit von 6ndash8 MPa ( = Nmm2) als klinisch ausreichend erachtet von Diedrich [10] eine von 5ndash10 MPa Demzufolge ist es erforderlich die Scherhaftfestigkeit nach einem standarisierten Verfahren zu messen um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten Dieses ist durch Anwendung der DIN-Norm 13990 [11] moumlglich

Material und Methodik

Es wurden drei Adhaumlsive Light Bondtrade und Phase IIreg (beide Reliance Orthodontic Itasca IL USA) sowie Transbond XTtrade (3M Unitek Monrovia CA USA) und drei Metallbrackets Carrierereg Euro Midi Classic Midi Low Friction (alle Ortho Organizers Carlsbad CA USA bezogen uumlber ODS Kisdorf Deutschland) getestet (Tabelle 1) Die Querschnittsflaumlchen der Bracketbasen wurden mit Hilfe eines Bildbearbeitungpro-gramms (Scion Image Rel 4 Scion Frederick MD USA) zur Auswertung von mikroskopischen Aufnahmen berechnet Sie enthalten bedingt durch die Kruumlmmung einen kleinen Fehler Die Brackets wurden auf extrahierte durchgebrochene per-manente Unterkieferschneidezaumlhne von Rindern geklebt Deren Lagerung erfolgte in bakteriostatischer 05iger Chlor-amin-T-Loumlsung Als Referenz kamen discoveryreg Brackets (Dentaurum Ispringen Deutschland) zum Einsatz die eben-falls mit allen Adhaumlsiven gemessen wurden Dieses Bracket diente schon in einer Vielzahl von Studien zur Scherhaftfestig-keit nach DIN 13990 als Testmedium Die dabei ermittelten Daten koumlnnen daher zum Vergleich der Ergebnisse der vorlie-genden Studie herangezogen werden

Reimann S et al Haftfestigkeiten verschiedener Metallbracket-Adhaumlsiv-Kombinationen


Baumlndermacher slaughterhouse in Bruumlhl Germany tissue resi-dues were removed immediately after extraction The roots were removed using a cutting wheel and the crown portions of the teeth were stored for a week in a 05 chloramine-T solution at room temperature (23 plusmn 2degC) They were then stored in water in a refrigerator at 4 plusmn 2degC according to DIN ISO 3696 grade 3 [11] After being transferred to the water the teeth were embed-ded in colorless plastic (Technovit 4004 Heraeus Kulzer Wehr-heim Germany) according to DIN standard 13990-2 (Figure 2)

The uncovered enamel of the embedded teeth was cleaned on the surface to be bonded according to standard specifications and conditioned with 37 phosphoric acid (etching gel 3M Unitek Monrovia CA USA) The etching gel was rinsed under running water and the tooth dried with oil-free compressed air The adhesives were processed and polymerized according to the manufacturersrsquo specifications All brackets were positioned on the adhesive surface of the tooth enamel so that the occlusal edge of the bracket base was parallel to the occlusal incisal edge of the bovine tooth The brackets were pressed onto the enamel surface using slight pressure Any adhesive residue bulging out on the sides was carefully removed

Transbond XTtrade is a light-curing bracket adhesive After primer application curing was carried out using a polymeriza-tion light (KaVo POLYlux 2 KAVO Biberach Germany meas-ured at 827 mWcm2) in the wavelength range of 400ndash515 nm for 10 s each from the distal and the mesial directions at 30deg to the adhesive surface

Light Bondtrade is another light-curing bracket adhesive The bracket was positioned without primer on the etched enamel

Entsprechend der Norm wurden Brackets fuumlr mittlere Ober-kieferschneidezaumlhne gewaumlhlt Die unterschiedliche Struktur der Bracketbasen zeigt Abbildung 1 Idealerweise sollte die Haftver-bundpruumlfung mit menschlichen Zaumlhnen erfolgen Als Alterna-tive koumlnnen nach der Norm DIN 13990 Inzisivi von Rindern im Alter von zwei bis fuumlnf Jahren verwendet werden Diese weisen mit dem menschlichen Zahnschmelz vergleichbare Eigenschaf-ten auf [17] Die Versuchsreihen wurden daher mit 150 Rinder-zaumlhnen durchgefuumlhrt Die Zaumlhne wurden auf dem Schlachthof BaumlndermacherBruumlhl bei frisch geschlachteten Rindern extra-hiert und unmittelbar nach ihrer Extraktion von Geweberesten befreit Die Zahnwurzeln wurden mittels einer Trennscheibe entfernt und die Kronenteile der Zaumlhne in 05iger Chloramin-T-Loumlsung zunaumlchst fuumlr eine Woche bei Raumtemperatur (23 plusmn 2)degC aufbewahrt Danach wurden sie in Wasser nach DIN ISO 3696 Qualitaumlt 3 [11] im Kuumlhlschrank bei 4 plusmn 2degC gelagert Nach Umlagerung in Wasser wurden die Zaumlhne entsprechend der DIN-Norm 13990-2 in farblosen Kunststoff (Technovit 4004 Heraeus Kulzer Wehrheim Deutschland) eingebettet (Abbildung 2)

Der freiliegende Zahnschmelz der eingebetteten Zaumlhne wur-de auf der fuumlr die Klebung vorgesehenen Flaumlche nach Vorgabe der Norm gereinigt und mit 37-iger Phosphorsaumlure (Aumltzgel 3M Unitek Monrovia CA USA) konditioniert Das Aumltzgel wurde unter flieszligendem Wasser abgespuumllt und der Zahn mit oumllfreier Druckluft getrocknet Die Verarbeitung und die Poly-merisation der Adhaumlsive erfolgten nach den Angaben der Her-steller Alle Brackets wurden auf der vorgesehenen Klebeflaumlche des Zahnschmelzes so positioniert dass die okklusale Kante der Bracketbasis parallel zur okklusalen Schneidekante des Rinder-zahns verlief Die Brackets wurden mit leichtem Druck an die Schmelzflaumlche angepresst Seitlich hervorquellende Adhaumlsivres-te wurden vorsichtig entfernt

Transbond XTtrade ist ein lichthaumlrtendes Bracketadhaumlsiv Nach Applikation des Primers erfolgte die Aushaumlrtung mit einer Poly-merisationslampe (KaVo POLYlux 2 KAVO Biberach gemes-sene 827 mWcm2) im Wellenlaumlngenbereich von 400 nm bis 515 nm je 10 Sekunden von distal und mesial unter 30deg zur Klebe-flaumlche

Auch Light Bondtrade ist ein lichthaumlrtendes Bracketadhaumlsiv Das Bracket wurde mit dem zuvor aufgetragenen Adhaumlsiv ohne Pri-mer auf dem geaumltzten Zahnschmelz platziert Eine Aushaumlrtung der Kleberschicht erfolgte wie bei Transbond XTtrade

Phase IIreg Orthodontic Bonding System ist ein chemisch haumlr-tendes Adhaumlsiv Es besteht aus zwei Komponenten Kunststoff (Resin A und B) und zusaumltzlich zwei Adhaumlsivpasten

Die in Kunststoff eingebetteten Zaumlhne wurden laut DIN-Vor-schrift 24 plusmn 2 h nach dem Verkleben in Wasser nach DIN ISO 3696 [11] Qualitaumlt 3 bei 37 plusmn 2degC gelagert Von jeder Bracket-Adhaumlsiv-Kombination wurden zehn Proben untersucht

Anschlieszligend erfolgte der Abscherversuch in einer Werk-stoffpruumlfmaschine (Zwick ZMARTPRO Zwick Ulm Deutsch-land) durch senkrechten Kraftangriff auf das Bracket (Abbil-dung 3) Die Vorschubgeschwindigkeit betrug 1 mmmin Die maximale Scherkraft wurde in dem Moment erreicht in dem

Table 1 List of the investigated brackets and adhesives

Tabelle 1 Liste der untersuchten Brackets und Adhaumlsive

Material Labeling Cross-sectionemspofemsptheemspbracketemspbases

Manufacturer

Bracket Carrierereg 1055 mm2 Ortho Organizers Inc

Bracket EMC 1125 mm2 Ortho Organizers Inc

Bracket MLF 1160 mm2 Ortho Organizers Inc

Bracket discoveryreg 1212 mm2 Dentaurum

Adhesive Light Bondtrade Reliance Ortho-dontic Products

Adhesive Phase IIreg Reliance Ortho-dontic Product

Adhesive Transbond XTtrade with primer Trans-bond XTtrade

3M Unitek

EMC Euro Midi Classic MLF Midi Low Friction



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using the previously applied adhesive The adhesive layer was cured as the Transbond XTtrade had been

The Phase IIreg Orthodontic Bonding System is an adhesive that is cured chemically and consists of two acrylic components (resins A and B) as well as two adhesive pastes

According to the DIN regulation the acrylic-embedded teeth were stored in water grade 3 at 37 plusmn 2degC for 24 plusmn 2 h after bond-ing according to DIN ISO 3696 [11] Ten specimens of each bracketadhesive combination were investigated

We then conducted the shear tests in a material testing ma-chine (Zwick ZMARTPRO Zwick Ulm Germany) using verti-cal force application on the bracket (Figure 3) The feed rate was 1 mmmin The maximum shear force was attained at the mo-

der Anstieg der Kraftaumlnderungskurve abrupt endete und die Kraft um mindestens 30 abfiel Die resultierenden Kraumlfte die zum Abscheren des Brackets fuumlhrten wurden direkt im Pro-gramm der Universalpruumlfmaschine abgelesen und unter Be-ruumlcksichtigung der Basisflaumlche der Brackets (Tabelle 1) nach der folgenden Formel in Scherhaftfestigkeit [11] umgerechnet

wobei Rs = Scherhaftfestigkeit F = Kraft und A = Basisflaumlche des Brackets sind

Die Bruchstellen wurden mit zehnfacher Vergroumlszligerung unter dem Lichtmikroskop analysiert und fotografiert Die Auswer-

Figure 1 The brackets adhesive areas at tenfold mag-nification a discoveryreg laser structuring b Midi Low Friction milled and knurled c Euro Midi Classic mesh film d Carriere MIM (MIM Metal Injection Molding)

Abbildung 1 Die Klebeflaumlchen der Brackets in zehn-facher Vergroumlszligerung a discoveryreg Laserstrukturie-rung b Midi Low Friction gefraumlst und geraumlndelt c Euro Midi Classic Netzfolie und d Carriere MIM (MIM Metal Injection Molding Metallspritzguss)

1 2

3

4

5

6

1 bonding surface

2 embedded tooth

3 resin embedding

4 truncated cone made of dentalset-up wax

5 PTFE ring

6 PTFE baseplate

Figure 2 Apparatus for embedding teeth in accord-ance with DIN standard 13990-2 After polymerization of the plastic the PTFE ring is removed tooth surface cleaned and specimens stored in water

Abbildung 2 Vorrichtung zum Einbetten von Zaumlhnen nach DIN 13990-2 Nach der Polymerisation des Kunst-stoffs wird der PTFE-Ring entfernt die Zahnoberflaumlche gereinigt und der Pruumlfkoumlrper in Wasser gelagert



ment when the rise in the power change curve terminated abruptly and the force reduced by at least 30

The resulting forces that caused the brackets to shear were recorded by the universal testing machine program and con-verted into shear bond strength [11] taking the base area of the brackets (Table 1) into account according to the formula

where Rs = shear bond strength F = force and A = base area of the bracket

The fracture locations were analyzed at tenfold magnification under the microscope and photographed The ARI (adhesive remnant index) score was assessed in reference to the photo-graphs so that even tiny adhesive residues or enamel fractures could be detected The images were processed using the Nemet-schek CAD program (NEMETSCHEK Munich Germany) for architects the adhesive residues were measured as area and evaluated For each overall composite we measured the area percentage relative to the bracket base area of the adhesive resi-due remaining on the enamel in the fracture area The percent-age distribution of the adhesive residues on the bracket was evaluated

StatisticalemspanalysesFor statistical analyses we calculated the mean values and standard deviation for each group using the WinSTATreg pro-gram (version 20051 Fitch Software Bad Krozingen Ger-many) To compare the groups results variance analysis (ANOVA) was performed To reveal statistical significance

tung des ARI(bdquoAdhesive Remnantldquo-Index)-Grades erfolgte an-hand von Fotografien um auch geringe Adhaumlsivreste oder Schmelzrisse erkennen zu koumlnnen Die Bilder wurden mit dem Programm Nemetschek CAD (NEMETSCHEK Muumlnchen Deutschland) fuumlr Architekten verarbeitet die Adhaumlsivreste als Flaumlchen ausgemessen und beurteilt Fuumlr jeden Gesamtverbund wurde der prozentuale Flaumlchenanteil bezogen auf die Bracket-basisflaumlche des auf dem Zahnschmelz verbliebenen Adhaumlsiv-rests der Bruchflaumlche gemessen Die Verteilung der prozentua-len Kleberrestanteile auf dem Bracket wurde ausgewertet

StatistischeemspAuswertungZur statistischen Auswertung wurden mit dem Programm WinSTATreg (Version 20051 Fitch Software Bad Krozingen Deutschland) fuumlr jede Gruppe jeweils Mittelwert und Stan-dardabweichung berechnet Zum Vergleich der Ergebnisse der Gruppen wurde eine Varianzanalyse (ANOVA) durchgefuumlhrt Um statistisch aussagekraumlftige Signifikanzen zu erlangen wurde die Bonferroni-Korrektur angewandt Da ANOVA nor-malverteilte Zufallsvariablen voraussetzt wurden die Mess-werte jeder Gruppe mittels Kolmogorow-Smirnow-Test auf Normalverteilung getestet In allen Tests wurde p lt 005 als Irr-tumswahrscheinlichkeit gewaumlhlt

Ergebnisse

Um die Haftfestigkeit der eingesetzten Adhaumlsive mit den ver-schiedenen Brackets miteinander zu vergleichen wurden Me-dian Mittelwert Standardabweichung sowie minimal und ma-ximal ermittelte Werte zusammengefasst (Tabelle 2 Abbildung 4) Der Kolmogorow-Smirnow-Anpassungstest zeigte dass eine Normalverteilung der Scherhaftfestigkeiten aller Kombi-nationen von Zahn-Adhaumlsiv-Bracket vorlag daher wird im Weiteren auf die Angabe der Medianwerte verzichtet

Bei der Kombination Bracket mit Transbond XTtrade zeigten die Carrierereg Brackets (172 Nmm2) die houmlchsten Scherhaftfestig-keitswerte (Mittelwert) gefolgt von discoveryreg (165 Nmm2) und Euro Midi Classic (161 Nmm2) Carrierereg hatte aumlhnliche Mittelwerte auch mit Light Bondtrade erreicht (171 Nmm2) In-nerhalb des Verbundes Zahn mit Phase IIreg zeigte discoveryreg den houmlchsten Mittelwert und die niedrigste Scherhaftfestigkeit gab es bei Euro Midi Classic (123 Nmm2) und Midi Low Fric-tion (127 Nmm2)

Die Varianzanalyse des Gesamtverbundes in verschiedenen Kombinationen ergab keinen signifikanten Unterschied zwi-schen der Haftfestigkeit von discoveryreg in Verbindung mit allen Adhaumlsiven auf dem Zahn im Vergleich zur Haftung der drei an-deren Bracketsysteme

Zur Analyse der Bruchflaumlchen wurden diese mikroskopisch untersucht und die ARI-Werte gemaumlszlig Aringrtun u Bergland [2] in vier Grade eingeteilt- Ein ARI von bdquo0rdquo entspricht 0 Adhaumlsiv am Zahn bzw 100

Adhaumlsiv am Bracket- Ein ARI von bdquo1rdquo entspricht weniger als 50 Adhaumlsiv am

Zahn bzw mehr als 50 Adhaumlsiv am Bracket

Figure 3 Specimen clamped into a universal testing machine with applied ten-sile shear blade resting close to the composite surface

Abbildung 3 In der Universalpruumlfmaschine fixierter Pruumlfkoumlrper mit angeleg-tem Zugscherbuumlgel der dicht an der Verbundflaumlche anliegt



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Bonferroni correction was applied Since ANOVA assumes nor-mally distributed random variables each groups values were tested for normal distribution via the KolmogorovndashSmirnov test and p lt 005 was chosen as the significance level in all tests

Results

To compare the bond strengths of the adhesives in conjunction with the various brackets the median mean standard devia-tion and the minimum and maximum values obtained were summarized (Table 2 Figure 4) The KolmogorovndashSmirnov goodness-of-fit test showed that a normal distribution existed in the shear bond strengths of all the toothndashadhesivendashbracket combinations therefore the median values have not been listed below

In the combination of a bracket with Transbond XTtrade the Carrierereg brackets (172 Nmm2) presented the highest shear bond strength values (mean value) followed by the discoveryreg (165 Nmm2) and Euro Midi Classic (161 Nmm2) Carrierereg also achieved mean values similar to Light Bondtrade (171 Nmm2) In the composite of teeth with Phase IIreg discoveryreg had the highest mean value the lowest shear bond strengths were obtained with the Euro Midi Classic (123 Nmm2) and Midi Low Friction (127 Nmm2)

Variance analysis of the overall composite in various combi-nations showed no significant difference between the discov-eryreg adhesion together with all adhesives on the tooth com-pared to the adhesion of the other three bracket systems

The fracture areas were examined microscopically and the ARI values according Aringrtun and Bergland [2] divided into the following five scores for further analysis

- Ein ARI von bdquo2rdquo entspricht mehr als 50 Adhaumlsiv am Zahn bzw weniger als 50 Adhaumlsiv am Bracket

- Ein ARI von bdquo3rdquo entspricht 100 Adhaumlsiv am Zahn bzw 0 Adhaumlsiv am Bracket

- Ein ARI von bdquo4rdquo entspricht einem Schmelzausriss

Die Ergebnisse der ARI-Auswertung (Abbildung 5) wurden zum einem bezogen auf die Brackets und zum anderen bezo-gen auf die Adhaumlsive ausgewertet Bezuumlglich der Brackets erga-ben etwa 60 ARI-Grad 0 (100 Adhaumlsiv auf Bracketbasis) und etwa 25 einen ARI-Grad 1 (mehr als 50 Adhaumlsive auf

Table 2 Descriptive statistics of shear bond strength

Tabelle 2 Deskriptive Statistik der Scherhaftfestigkeit

Toothemspadhesive Bracket Meanemsp(Nmm2) Medianemsp(Nmm2) Standardemspdeviation Maxemsp(Nmm2) Minemsp(Nmm2)

Transbond XTtrade discoveryreg 165 166 38 219 117

MLF 133 129 43 194 74

EMC 161 167 37 199 109

Carrierereg 172 159 32 225 135

Light Bondtrade discoveryreg 132 133 29 181 91

MLF 171 163 53 242 112

EMC 163 139 51 243 114

Carrierereg 171 177 53 272 98

Phase IIreg discoveryreg 160 159 42 224 88

MLF 127 120 53 256 51

EMC 123 119 28 171 83

Carrierereg 149 153 21 177 109


25

20

15

10

5

0

shea

r bon

d st

reng

th (N

mm

2 )

Transbond XTTM Light BondTM Phase IIreg

Tooth-discoveryTooth-MLFTooth-EMCTooth-Carriere

Figure 4 Comparison of the mean values and standard deviations of the shear bond strength values of the four tested bracket systems within a toothndashadhe-sivendashbracket compound

Abbildung 4 Gegenuumlberstellung der Mittelwerte und Standardabweichun-gen der Scherhaftfestigkeitswerte der vier gepruumlften Bracketsysteme innerhalb eines Zahn-Adhaumlsiv-Bracket-Verbundes



- An ARI of ldquo0rdquo corresponds to 0 adhesive on the tooth or 100 adhesive on the bracket

- An ARI of ldquo1rdquo corresponds to under 50 of the adhesive re-mains on the tooth or over 50 adhesive remains on the bracket

- An ARI of ldquo2rdquo corresponds to over 50 of the adhesive re-mains on the tooth or under 50 adhesive remains on the bracket


- An ARI of ldquo4rdquo corresponds to enamel avulsion

The results of the ARI analysis (Figure 5) were evaluated in reference to each bracket and adhesive About 60 of the brackets had an ARI score of 0 (100 adhesive on the bracket base) and about 25 had an ARI score of 1 (more than 50 adhesive on the bracket base) About 7 of the samples with discoveryreg and Euro Midi Classic (1 sample each) resulted in an ARI score of 2 (under 50 adhesive on the bracket base) this value was 17 for Midi Low Friction (5 samples) and 13 for Carrierereg (4 samples) The ARI score of 3 (0 adhesive on the bracket base) occurred just once in the Midi Low Friction and Phase IIreg combination

In reference to the adhesive somewhat more than 60 of the samples had an ARI score of 0 about 25 an ARI score of 1 and 10ndash13 an ARI score of 2 There were no enamel avulsions here

Discussion

In dental materials science the in vitro testing of the bond strength of the toothndashadhesivendashbracket compound is of enor-mous importance and when expertly assessed enables us to choose an ideal combination of materials Accidental loosen-

Bracketbasis) Etwa 7 der Proben mit discoveryreg und Euro-Midi-Classic (je eine Probe) ergaben einen ARI-Grad 2 (weni-ger als 50 Adhaumlsive auf Bracketbasis) bei den Proben mit Midi-Low-Friction waren es 17 (5 Proben) und bei den Pro-ben mit Carrierereg 13 (4 Proben) Der ARI-Grad 3 (0 Ad-haumlsive auf Bracketbasis) kam nur einmal in der Kombination Midi-Low-Friction mit Phase IIreg vor

Bezogen auf die Adhaumlsive ergaben etwas mehr als 60 der Proben einen ARI-Grad 0 etwa 25 einen ARI-Grad 1 und 10 bis 13 einen ARI-Grad 2 In keinem Fall kam es zu Schmelz-ausrissen

Diskussion

In-vitro-Testverfahren der Haftfestigkeit des Verbundes Zahn-Adhaumlsiv-Bracket sind in der zahnaumlrztlichen Werkstoffkunde von enormer Bedeutung und ermoumlglichen durch eine aussage-kraumlftige Bewertung die Wahl einer idealen Materialkombina-tion Das unbeabsichtigte Loumlsen eines Brackets waumlhrend einer kieferorthopaumldischen Behandlung stellt eine unerwuumlnschte Komplikation dar Daher ist man bestrebt moumlglichst zuverlaumls-sige und stabile Verbindungen zwischen Schmelz und Bracket zu erzielen ohne dass es zu Schaumldigungen des Zahnes waumlh-rend des Debondings kommt

In der vorliegenden Studie wurden In-vitro-Abscherversuche an zwoumllf Zahn-Adhaumlsiv-Bracket-Kombinationen nach den Pruumlfvorschriften in der DIN-Norm 13990-2 durchgefuumlhrt Die Pruumlfparameter welche die Tests beeinflussen sind Zahnmate-rial Art des Adhaumlsivs Struktur der Bracketbasis Lagerung der Pruumlfkoumlrper und die Abschergeschwindigkeit der Pruumlfmaschine Diese Vielzahl der Parameter erschwerte den Vergleich der er-zielten Werte in fruumlheren Arbeiten untereinander [7 13 14]


100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

perc

enta

ge o

f mea

sure

d sa

mpl

es

ARI grade 0 ARI grade 1 ARI grade 2 ARI grade 3a

TransbondLight-BondPhase II

100

90

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perc

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ARI grade 0 ARI grade 1 ARI grade 2 ARI grade 3b

Figure 5 Distribution of adhesive residue divided into ARI (adhesive remnant index) scores based on the a brackets and b adhesives used in the study

Abbildung 5 Verteilung des Restadhaumlsivs eingeteilt in ARI-Grade bezogen auf die in der Studie benutzten a Brackets und b Adhaumlsive



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ing of a bracket during orthodontic treatment is an annoying complication We therefore aim to achieve the most reliable and stable bond between enamel and bracket without causing any damage to the tooth during debonding

In the present study we conducted in vitro shear tests on twelve toothndashadhesivendashbracket combinations in accordance with DIN standard 13990-2 test specifications The parameters that influence the tests are dental material type of adhesive bracket base structure specimen storage and the testing ma-chines shearing velocity This large number of parameters made it difficult to compare our values with those obtained in earlier investigations [7 13 14]

Due to the difficulty of obtaining intact human teeth of suffi-cient quality and quantity measurements were performed using bovine teeth [11] This is an appropriate substitution as there are many reports in the literature stating that experimental re-sults with bovine teeth demonstrate no significant difference from those with human teeth [19]

Transbond XTtrade is a standard product in current orthodon-tics It has been a component of numerous comparative adhe-sion studies [1 6 18 32] In this study mean shear bond strength values between 133 and 172 Nmm2 with Transbond XTtrade were observed which correspond well with data from similar studies [15 31]

The shear bond strength values for Light Bondtrade in the overall composite were in the same range (132ndash266 Nmm2) as in the composite combinations with Transbond XTtrade (121ndash235 Nmm2) Oumlztuumlrk et al [22] reported a similar result In their study Light Bondtrade revealed higher shear bond strength than Trans-bond XTtrade corresponding to the results of our study The Phase IIreg shear bond strength test results tended to be lower than the values of the adhesives mentioned above although the differ-ences were not significant

The influence of the bracket base structure on bond strength was investigated by Sorel et al [28] They compared brackets with a laser-structured base area (discoveryreg) and with a mesh base (Minitrim both produced by Dentaurum) The laser struc-ture of discoveryreg demonstrated twice the bond strength values as the mesh base However in our study there was no significant difference in the various base structures However we also no-ticed that not all our material combinations lead to equally good adhesion values Although the shear bond strength values var-ied all fell within a clinically acceptable range

It has often been described that the point of vulnerability in adhesive bonds is at the transition between the bracket and ad-hesive which is why this is usually where the fracture occurs in shear tests [4 12 24] Other studies however report less uni-form distribution [2 3 17 20 29] or no correlation between shear bond strength and type of fracture [16] In our study we evaluated ARI scores in reference to microphotographs so that even miniscule amounts of adhesive residue or enamel fractures were detectable The adhesive residues were measured and eval-uated as areas According to OrsquoBrien et al [21] the evaluation of ARI scores is usually quite subjective and comparative studies are difficult [4] Other authors [5 27 30] report no significant

Aufgrund der Problematik intakte humane Zaumlhne in hinrei-chender Qualitaumlt und in ausreichender Stuumlckzahl zu beschaffen wurden diese Messungen an Rinderzaumlhnen durchgefuumlhrt [11] Diese Substitution ist angemessen da in der Literatur mehrfach beschrieben wurde dass die Ergebnisse der Versuche mit Rin-derzaumlhnen keinen signifikanten Unterschied im Vergleich zu denen mit humanen Zaumlhnen aufweisen [19]

Transbond XTtrade kann als Standardprodukt der Kieferortho-paumldie angesehen werden Es war Bestandteil zahlreicher verglei-chender Untersuchungen zur Haftfestigkeit [1 6 18 32] In dieser Studie wurden fuumlr Transbond XTtrade Mittelwerte fuumlr die Scherhaftfestigkeiten zwischen 133 Nmm2 und 172 Nmm2 gemessen Diese Werte entsprechen den in vergleichbaren Stu-dien gemessenen Daten [15 31]

Die Werte der Scherhaftfestigkeit von Light Bondtrade im Ge-samtverbund waren in der gleichen Groumlszligenordnung (132 bis 266 Nmm2) wie bei den Verbundkombinationen mit Trans-bond XTtrade (121 bis 235 Nmm2) Zu einem entsprechenden Ergebnis kamen Oumlztuumlrk et al [22] Light Bondtrade wies dort eine houmlhere Scherhaftfestigkeit auf als Transbond XTtrade was eben-falls den Ergebnissen dieser Studie entspricht Die Ergebnisse der Scherhaftfestigkeitspruumlfung mit Phase IIreg lagen tendenziell unterhalb der Werte der oben genannten Adhaumlsive wobei die Unterschiede nicht signifikant waren

Der Einfluss der Struktur der Bracketbasen auf die Haftwerte wurde bereits von Sorel et al [28] untersucht Die Autoren ver-glichen Brackets mit laserstrukturierter Basisflaumlche (discove-ryreg) und mit Netzbasis (Minitrim beide Dentaurum) Die La-serstruktur von discoveryreg ergab doppelt so hohe Haftfestig-keitswerte wie die Netzbasis Unsere Ergebnisse zeigen dagegen dass es keinen signifikanten Unterschied bei den hier unter-suchten verschiedenen Basisstrukturen gab Es wurde aber auch deutlich dass nicht alle Materialkombinationen zu gleich guten Haftwerten fuumlhren Obwohl die Werte der Scherhaftfestigkeit variierten lagen alle in einem klinisch vertretbaren Bereich

Vielfach wurde beschrieben dass die Schwachstelle des Kle-beverbundes haumlufig am Uumlbergang zwischen Bracket und Adhauml-siv liegt und dies deshalb die bevorzugte Bruchstelle bei Scher-versuchen ist [4 12 24] Andere Studien wiesen jedoch eine weniger einheitliche Verteilung auf [2 3 17 20 29] oder zeigten keinen Zusammenhang zwischen Scherhaftfestigkeit und Bruchmodus [16] In der vorliegenden Studie erfolgte die Aus-wertung des ARI-Grades anhand von mit dem Mikroskop er-stellten Fotografien damit auch geringe Adhaumlsivreste oder Schmelzausrisse erkennbar wurden Die Adhaumlsivreste wurden als Flaumlchen ausgemessen und bewertet Nach OBrien et al [21] ist die Beurteilung des ARI-Grades meist recht subjektiv und vergleichende Studien schwierig [4] Andere Autoren [5 27 30] haben anhand der Bruchstellenanalyse keine signifikanten Unterschiede zwischen verschiedenen Verbundkombinationen gefunden In der vorliegenden Studie erfolgte die Auswertung des ARI-Grades anhand von computergestuumltzten Flaumlchenaus-wertungen wodurch die ARI-Auswertung objektiviert wurde

Die Ergebnisse der hier beschriebenen Untersuchung zeigen dass am haumlufigsten der ARI-Grad 0 vertreten war bei dem sehr



differences between various composite combinations using fracture analysis As the ARI scores in this study were evaluated according to computer-aided surface analysis our ARI assess-ments are objective

In this investigation an ARI score of 0 was observed most often whereby very little or no adhesive remained on the tooth adhe-sive removal can thus carry a higher risk of enamel damage Al-though this also increases the risk of enamel avulsions they did not occur in this study Only 10 of the toothndashadhesivendashbracket combinations had an ARI score of 2 after the shear test an ARI score of 3 occurred only in conjunction with Phase IIreg

A potential source of error is teeth with different enamel char-acteristics The storage time of teeth also affects adhesion values insofar that higher values are possible after prolonged storage [8] According to the International Organization for Standardization [19] and DIN 13990 [11] a storage period of up to 6 months has no effect on the measurements because degenerative processes in the hard tooth structure do not occur at such an early stage

During shear tests it is recommended that the point of force application be as close as possible to the enamel to prevent unde-sirable mechanical influences such as torque This yields the shear bond strength of the composite being examined directly from the measured shear force and bracket base area and enables us to identify any stress that can lead to composite failure such as removal with pliers or bracket loss by biting on the bracket wings

Another potential source of error is the preparation of Phase IIreg as it requires mixing two pastes and applying adhesive on the teeth and is thus more time-consuming than light-cured adhesives The mixing ratio can also vary However this source of error occurs only with an untrained examiner if this kind of adhesive is routinely used in the practice the time component is eliminated due to the learning effect

Using the results we documented according to the standards a quick decision is possible when choosing bracket-adhesive combinations We found that the DIN 13990-2 test specification to be a quick and simple system for assessing various bracketndashadhesive combinations prior to selecting the right composites

However when in vitro results are applied to a clinical con-text Pickett et al [23] warn that lower adhesion values are likely due to the duration of wear in the oral cavity and corrosion from acid and saliva

In conclusion our study results of the shear bond strengths demonstrate that all three adhesivesmdashTransbond XTtrade Light Bondtrade and Phase IIregmdashcan be clinically used to attach the met-al brackets examined The highest bond strengths were achieved combining the Midi Low Friction and Carrierereg the brackets with Light Bondtrade discoveryreg with Phase IIreg and Carrierereg with Transbond XTtrade

Conclusion

The DIN 13990-2 standard has been employed for the first time to describe a consistent reproducible and simple method with which to test the composite of the fastening element adhesive and tooth enamel Testing shear bond strength with a computer-

wenig oder uumlberhaupt kein Adhaumlsiv am Zahn verblieb und so die Entfernung des Adhaumlsivs mit einem erhoumlhten Risiko der Schmelzschaumldigung erfolgen kann Auch erhoumlht sich hierdurch die Gefahr von Schmelzausrissen die in dieser Studie aber nicht vorkamen Nur 10 der Zahn-Adhaumlsiv-Bracket-Kombinatio-nen hatten einen ARI-Grad 2 nach der Scherpruumlfung und ARI-Grad 3 kam nur bei dem Verbund mit Phase IIreg vor

Zu einer potenziellen Fehlerquelle zaumlhlen Zaumlhne die in unter-schiedlichen Schmelzqualitaumlten zur Verfuumlgung stehen Auch die Lagerungszeit der Zaumlhne beeinflusst die Haftwerte insofern als dass nach laumlngerer Lagerung houmlhere Werte auftreten koumlnnten [8] Laut der International Organisation for Standardization [19] und DIN 13990 [11] ist ein Lagerzeitraum von bis zu sechs Monaten fuumlr die Messungen unbedenklich da vorher kaum de-generative Prozesse an der Zahnhartsubstanz stattfinden

Waumlhrend des Abscherversuches empfiehlt es sich den Kraft-angriffspunkt moumlglichst nah an den Schmelz zu legen um un-erwuumlnschte mechanische Einfluumlsse wie Drehmomente zu ver-meiden Dadurch erhaumllt man unmittelbar aus der gemessenen Abscherkraft und der Bracketbasisflaumlche die Scherhaftfestigkeit des betrachteten Verbundes Hiermit ist die Ermittlung jeder Belastung moumlglich die zum Versagen dieses Verbundes fuumlhren kann wie zum Beispiel das Entfernen mit der Zange oder auch ein Bracketverlust durch das Beiszligen auf Bracketfluumlgel

Eine weitere moumlgliche Fehlerquelle ist die Vorbereitung des Phase IIreg da das Mischen von zwei Pasten und das Auftragen des Adhaumlsivs auf die Zaumlhne im Vergleich zu lichthaumlrtenden Ad-haumlsiven zeitaufwendiger ist Auch kann das Mischungsverhaumllt-nis variieren Diese Fehlerquelle kommt aber nur bei einem un-geuumlbten Pruumlfer zum Tragen Werden Adhaumlsive dieser Art in der Praxis haumlufig angewendet entfaumlllt die Zeitkomponente durch den Uumlbungseffekt

Mit den nach der Norm protokollierten Ergebnissen ist es moumlglich eine schnelle Entscheidung zur Auswahl der klinisch verwendbaren Bracket-Adhaumlsiv-Kombinationen zu treffen Es zeigte sich dass die Pruumlfvorschrift DIN 13990-2 ein schnelles und einfaches System fuumlr die Bewertung der verschiedenen Bra-cket-Adhaumlsiv-Kombinationen zur Auswahl der klinisch ver-wendbaren Verbundmoumlglichkeiten darstellt

Nach Pickett et al [23] ist bei der Uumlbertragung der in vitro gewonnenen Ergebnisse in den klinischen Zusammenhang je-doch darauf zu achten dass aufgrund der Tragedauer in der Mundhoumlhle sowie Saumlure- und Speichelangriff eher geringere Haftwerte zu erwarten sind

Zusammenfassend laumlsst sich anhand der in der vorliegenden Studie ermittelten Ergebnisse der Scherhaftfestigkeit festhalten dass alle drei Adhaumlsive Transbond XTtrade Light Bondtrade und Phase IIregfuumlr die Befestigung der untersuchten Metallbrackets klinisch verwendet werden koumlnnen Die houmlchsten Haftfestigkei-ten wurden bei den Kombinationen Midi Low Friction und Carrierereg mit Light Bondtrade discoveryreg mit Phase IIreg und Car-rierereg mit Transbond XTtrade erzielt



193

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Correspondence addressDr Susanne ReimannOral TechnologyRheinische Friedrich-Wilhelm-Universitaumlt BonnWelschnonnenstr 1753111 Bonne-mail susannereimannuni-bonnde

guided universal testing machine makes possible an examina-tion that can be evaluated consistently and quickly The material combinations tested according to DIN 13990-2 in this study proved to be satisfactory for use in orthodontic practice

AcknowledgmentWe are grateful to the companies ODS (Kisdorf Germany) Dentaurum (Ispringen Germany) and 3M Unitek (Neuss Germany) for their kind support

Conflict of interestThe corresponding author states that there are no conflicts of interest

Schlussfolgerung

Durch die Norm DIN 13990-2 wurde erstmalig ein einheitli-ches reproduzierbares und einfaches Pruumlfverfahren fuumlr die Verbundpruumlfung von Befestigungselement Adhaumlsiv und Zahnschmelz beschrieben Die Pruumlfung der Scherhaftfestigkeit mit einer computergesteuerten Universalpruumlfmaschine erlaubt eine Untersuchung die einheitlich und schnell ausgewertet werden kann Die in dieser Studie gemaumlszlig DIN 13990-2 getes-teten Materialkombinationen ergaben ein fuumlr den Einsatz in der Praxis zufriedenstellendes Ergebnis

DanksagungWir danken den Firmen ODS (Kisdorf) Dentaurum (Isprin-gen) und 3M Unitek (Neuss) fuumlr ihre freundliche Unterstuumlt-zung

InteressenkonfliktDie korrespondierende Autorin gibt fuumlr sich und ihre Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht



185

Introduction

During active orthodontic treatment the bond strength be-tween a bracket and the tooth surface must be highly reliable and is key to the therapeutic success To make convincing claims concerning various materials and different brackets a standardized test procedure with a minimal number of varia-ble parameters is required In the present study metal brackets with different base structures were tested The bracket base de-sign is a significant variable in terms of the bonding strength between the bracket and adhesive Mechanical retention is cre-ated using wire meshes perforated metal bases laser-textured surfaces or hemispherical pits

There are an overwhelming number of adhesive systems on the market It is important to use only those adhesive systems recommended by the manufacturers when investigating shear bond strength Other adhesive systems usually have the same ingredients [9] but differ in their composition which results in different adhesion values

In the orthodontic treatment of malaligned teeth Reynolds [25] and Reynolds and von Fraunhofer [26] consider a bond strength of 6ndash8 MPa ( = Nmm2) to be clinically sufficient Die-drich [10] cites a value of 5ndash10 MPa It is thus necessary to measure shear bond strength according to a standardized meth-od in order to obtain comparable results This is possible by ap-plying the DIN standard 13990 [11]

Materials and methods

We tested three adhesivesmdashLight Bondtrade and Phase IIreg (both produced by Reliance Orthodontic Products Itasca IL USA) and Transbond XTtrade (3M Unitek Neuss Germany)mdashand three metal bracketsmdashCarrierereg Euro Midi Classic Midi Low Friction (all produced by Ortho Organizers Carlsbad CA USA obtained from ODS Kisdorf Germany)(Table 1) The cross-sectional areas of the bracket bases were calculated using an image processing program (Scion Image Rel 4 Scion Corp Frederick MD USA) for the evaluation of microscopic images Due to their curvature they contain a small error The brackets were bonded to extracted erupted permanent man-dibular bovine incisors and then stored in bacteriostatic 05 sodium chloramine-T solution Discoveryreg brackets (Dentau-rum Ispringen Germany) were used as a reference they were also measured with all the adhesives As the discoveryreg bracket has already served as a test medium in a variety of studies on shear bond strength according to DIN 13990 those data can be compared with our study results

We selected brackets for the maxillary central incisors in ac-cordance with the current norm The different structure of the bracket bases are shown in Figure 1 Ideally bond strength tests should be carried out on human teeth Alternatively according to the DIN standard 13990 bovine incisors of animals aged 2ndash5 years can be used They have properties resembling human den-tal enamel [17] Our experiments were therefore performed on 150 bovine teeth extracted from freshly slaughtered cattle at the

Einleitung

Die Verbundfestigkeit zwischen Bracket und Zahnoberflaumlche erfordert im Verlauf einer kieferorthopaumldischen Behandlung eine hohe Zuverlaumlssigkeit und ist von maszliggebender Bedeu-tung fuumlr den Behandlungserfolg Um fundierte Aussagen bei unterschiedlichen Materialien sowie unterschiedlichen Bra-ckets treffen zu koumlnnen bedarf es standardisierter Testverfah-ren mit einer moumlglichst geringen Anzahl an variablen Parame-tern In der vorgestellten Studie wurden Metallbrackets mit unterschiedlicher Basisstruktur untersucht Die Gestaltung der Bracketbasis stellt eine wesentliche Variable hinsichtlich des Haftverbundes zwischen Bracket und Adhaumlsiv dar Mithilfe von Drahtnetzen perforierten Metallbasen laserstrukturierten Oberflaumlchen oder halbkugelfoumlrmigen Vertiefungen werden mechanische Retentionen erzeugt

Die Anzahl der auf dem Markt angebotenen Adhaumlsivsysteme ist kaum mehr zu uumlberblicken Im Hinblick auf die Untersu-chung der Scherhaftfestigkeit ist es wichtig nur die Adhaumlsivsys-teme zu verwenden die auch von Herstellern empfohlen wer-den Andere Adhaumlsivsysteme haben zumeist die gleichen In-haltsstoffe [9] unterscheiden sich aber in der Zusammenset-zung Dies fuumlhrt unmittelbar zu veraumlnderten Haftwerten

Fuumlr die kieferorthopaumldische Therapie von Zahnfehlstellun-gen wird von Reynolds [25] sowie Reynolds u von Fraunhofer [26] eine Haftfestigkeit von 6ndash8 MPa ( = Nmm2) als klinisch ausreichend erachtet von Diedrich [10] eine von 5ndash10 MPa Demzufolge ist es erforderlich die Scherhaftfestigkeit nach einem standarisierten Verfahren zu messen um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten Dieses ist durch Anwendung der DIN-Norm 13990 [11] moumlglich

Material und Methodik

Es wurden drei Adhaumlsive Light Bondtrade und Phase IIreg (beide Reliance Orthodontic Itasca IL USA) sowie Transbond XTtrade (3M Unitek Monrovia CA USA) und drei Metallbrackets Carrierereg Euro Midi Classic Midi Low Friction (alle Ortho Organizers Carlsbad CA USA bezogen uumlber ODS Kisdorf Deutschland) getestet (Tabelle 1) Die Querschnittsflaumlchen der Bracketbasen wurden mit Hilfe eines Bildbearbeitungpro-gramms (Scion Image Rel 4 Scion Frederick MD USA) zur Auswertung von mikroskopischen Aufnahmen berechnet Sie enthalten bedingt durch die Kruumlmmung einen kleinen Fehler Die Brackets wurden auf extrahierte durchgebrochene per-manente Unterkieferschneidezaumlhne von Rindern geklebt Deren Lagerung erfolgte in bakteriostatischer 05iger Chlor-amin-T-Loumlsung Als Referenz kamen discoveryreg Brackets (Dentaurum Ispringen Deutschland) zum Einsatz die eben-falls mit allen Adhaumlsiven gemessen wurden Dieses Bracket diente schon in einer Vielzahl von Studien zur Scherhaftfestig-keit nach DIN 13990 als Testmedium Die dabei ermittelten Daten koumlnnen daher zum Vergleich der Ergebnisse der vorlie-genden Studie herangezogen werden

















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1 bonding surface

2 embedded tooth

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5 PTFE ring

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Ergebnisse











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EMC 161 167 37 199 109

Carrierereg 172 159 32 225 135


MLF 171 163 53 242 112

EMC 163 139 51 243 114

Carrierereg 171 177 53 272 98


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The influence of adhesives and the base structure of metal brackets on shear bond strength; Der...

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