Effect of non-thermal plasma treatment on the bonding property of Bio-HPP post and core materials

Wenn ein Zahn tief im Inneren beschädigt ist und nicht mehr genügend natürliche Struktur aufweist, um eine Krone zu halten, setzen Zahnärzte oft einen Stift in die Wurzel ein, der als Anker dient. Jahrzehntelang waren Metallstifte der Standard, aber sie sind steif und können den Zahn manchmal zum Reißen bringen, da sie sich nicht so biegen wie natürlicher Knochen. Eine neuere Alternative, die aus einem Hochleistungspolymer besteht, das mit winzigen Keramikpartikeln verstärkt ist, bietet eine flexiblere Lösung, die die natürliche Bewegung des Zahns nachahmt. Dieses Material ist jedoch chemisch inert und glatt, was es notorisch schwierig macht, es sicher an den Zahn zu kleben. Wenn die Verbindung versagt, kann die gesamte Restauration sich lockern oder herausfallen. Die Herausforderung besteht also darin, einen Weg zu finden, dieses rutschige, moderne Material fest zu verkleben, ohne es zu beschädigen oder aggressive Chemikalien zu verwenden, die dem Patienten schaden könnten.

Forscher setzten sich das Ziel, dies durch das Testen einer Technik namens Niederdruck-Plasmabehandlung zu lösen. Stellen Sie sich einen Strahl unsichtbarer Energie vor, der eine Oberfläche reinigen und chemisch verändern kann, ohne Hitze zu erzeugen. Indem sie die Oberfläche der Polymerstifte mit verschiedenen Gasen in diesem Energiezustand beschossen, hoffte das Team, eine Oberfläche zu schaffen, an der sich der Kunststoffzement fest greifen kann. Sie testeten drei spezifische Gase: gewöhnliche Luft, reinen Sauerstoff und Stickstoff. Das Ziel war es zu sehen, ob dieser Prozess die glatte, nicht haftende Oberfläche des Stifts in etwas verwandeln konnte, an dem der Kleber gut halten kann, und um zu bestimmen, welches Gas am besten funktionierte.

Um die Antwort zu finden, nahm das Team vierzig menschliche Zähne, die aus anderen Gründen extrahiert worden waren, und bereitete sie so vor, dass sie diese Stifte aufnehmen konnten. Sie verwendeten einen Computer, um vierzig maßgeschneiderte Stifte aus Blöcken des Polymermaterials zu entwerfen, wobei sichergestellt wurde, dass jeder perfekt in den vorbereiteten Raum passte. Diese Stifte wurden dann in vier Gruppen aufgeteilt. Eine Gruppe erhielt keinerlei Behandlung und diente somit als Basiswert. Die anderen drei Gruppen wurden mit einem der drei Gase mittels des Plasma-Geräts behandelt. Nach der Behandlung der Oberflächen zementierten die Forscher die Stifte mit einem Standard-Zahnarztkleber in die Zähne und warteten eine Woche, bis alles ausgehärtet war. Anschließend schnitten sie die Zähne in dünne Abschnitte, um zu testen, wie schwer es war, die Stifte herauszudrücken, wobei sie die Kraft maßen, die erforderlich war, um die Bindung in verschiedenen Tiefen innerhalb der Wurzel zu lösen.

Die Ergebnisse waren klar und eindeutig. Die unbehandelten Stifte hielten mit einer durchschnittlichen Kraft von etwa 8,00 Megapascal, einem Maß für Druck, stand. Jede einzelne Gruppe, die eine Plasmabehandlung erhalten hatte, hielt signifikant besser. Die mit Luft oder Sauerstoff behandelten Stifte erforderten etwa 13,35 bzw. 13,42 Megapascal, um gelöst zu werden. Die mit Stickstoffgas behandelten Stifte zeigten jedoch mit durchschnittlich 18,19 Megapascal die beste Leistung. Das bedeutet, dass die Stickstoffbehandlung die Stifte fast doppelt so stark machte wie die unbehandelten. Die Forscher fanden auch heraus, dass der Ort des Stifts eine Rolle spielte; die Bindung war nahe der Zahnkrone am stärksten und wurde schwächer, je tiefer der Stift in Richtung der Wurzelspitze reichte, unabhängig von der verwendeten Behandlung.

Eine genaue Betrachtung der Oberflächen der Materialien unter leistungsstarken Mikroskopen enthüllte, warum die Behandlung so gut funktionierte. Die unbehandelten Stifte hatten eine relativ glatte Oberfläche mit einigen Kratzern vom Polieren. Die mit Plasma behandelten Stifte wiesen jedoch winzige Vertiefungen und eine sauberere Oberfläche auf, was darauf hindeutete, dass die Energie mikroskopische Schichten weggeätzt hatte. Die chemische Analyse zeigte, dass die Behandlung die Oberflächenzusammensetzung verändert hatte, indem sie Sauerstoff- und Stickstoffatome hinzufügte und etwas Kohlenstoff entfernte. Diese chemische Verschiebung schuf neue, polare Gruppen auf der Oberfläche, die stärker mit dem Kunststoffzement interagieren konnten. Während alle Gase die Oberfläche verbesserten, erzeugte die Stickstoffbehandlung eine spezifische Art von chemischer Gruppe, die scheinbar eine besonders robuste Verbindung mit dem Kunststoffzement einging, was erklärt, warum sie die anderen übertraf.

Die Studie untersuchte auch, wie die Materialien versagten, wenn sie auseinandergedrückt wurden. In der unbehandelten Gruppe rutschte der Kleber einfach vom Stift ab, was auf eine schwache Bindung zwischen den beiden hindeutete. In den behandelten Gruppen trat das Versagen normalerweise zwischen dem Kleber und dem Zahn selbst auf, nicht zwischen dem Kleber und dem Stift. Dieser Wechsel ist ein entscheidendes Zeichen für den Erfolg; es bedeutet, dass die Bindung zwischen dem Stift und dem Kleber so stark wurde, dass der schwächste Punkt im gesamten System zum Zahngefüge und nicht zur Materialgrenzfläche wurde. Dies deutet darauf hin, dass die Plasmabehandlung das Adhäsionsproblem für das Polymer erfolgreich gelöst hat, was es zu einer viel praktikableren Option für die zahnärztliche Restauration macht.

Obwohl die Studie in einer kontrollierten Laborumgebung durchgeführt wurde und nicht getestet hat, wie diese Bindungen über Jahre des Kauens oder Temperaturwechseln hinweg standhalten würden, bieten die Ergebnisse einen vielversprechenden Weg in die Zukunft. Die Forschung zeigt, dass Nicht-Thermische-Plasma, insbesondere mit Stickstoffgas, effektiv zur Vorbereitung dieser fortschrittlichen Polymerstifte für die Verklebung eingesetzt werden kann. Indem sie ein schwer zu klebendes Material in eines verwandeln, das fest hält, könnte diese Technik Zahnärzten helfen, diese flexiblen, zahnfreundlichen Stifte mit größerer Zuversicht einzusetzen und potenziell das Risiko von Wurzelfrakturen zu senken und die Langlebigkeit von Zahnreparaturen zu verbessern.