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

Wanneer een tand diep vanbinnen beschadigd is, waardoor er te weinig natuurlijke structuur overblijft om een kroon te dragen, plaatsen tandartsen vaak een pen in de wortel om als anker te dienen. Decennialang waren metalen pennen de standaard, maar deze zijn stijf en kunnen soms de tand doen barsten omdat ze niet buigen zoals natuurlijk bot dat doet. Een nieuwer alternatief, gemaakt van een hoogwaardig polymeer versterkt met minuscule keramische deeltjes, biedt een flexibelere oplossing die de natuurlijke beweging van de tand nabootst. Dit materiaal is echter chemisch inert en glad, waardoor het berucht moeilijk is om stevig aan de tand te lijmen. Als de hechting faalt, kan de gehele restauratie loslaten of uitvallen. De uitdaging is dan ook om een manier te vinden om dit gladde, moderne materiaal stevig te laten hechten zonder het te beschadigen of agressieve chemicaliën te gebruiken die de patiënt zouden kunnen schaden.

Onderzoekers zetten zich in om dit op te lossen door een techniek genaamd niet-thermische plasmabehandeling te testen. Stel je een straal van onzichtbare energie voor die een oppervlak kan reinigen en chemisch kan veranderen zonder warmte te generen. Door de oppervlakken van de polymeerpennen te bestralen met verschillende soorten gas in deze energietoestand, hoopte het team een oppervlak te creëren waar de kunstharscement zich stevig aan vast kan grijpen. Ze testten drie specifieke gassen: gewone lucht, zuivere zuurstof en stikstof. Het doel was om te zien of dit proces het gladde, niet-hechtende oppervlak van de pen kon transformeren in iets waar de lijm zich goed aan vast kon houden, en om te bepalen welk gas het beste werkte.

Om het antwoord te vinden, nam het team veertig menselijke tanden die om andere redenen waren getrokken en bereidde deze voor om de pennen te ontvangen. Ze gebruikten een computer om veertig op maat gemaakte pennen te ontwerpen en te frezen uit blokken van het polymeermateriaal, waarbij werd gegarandeerd dat elke pen perfect paste in de voorbereide ruimte. Deze pennen werden vervolgens verdeeld over vier groepen. Eén groep ontving geen behandeling en diende als basislijn. De andere drie groepen werden behandeld met een van de drie gassen met behulp van het plasmaapparaat. Na het behandelen van de oppervlakken cementeerden de onderzoekers de pennen in de tanden met een standaard tandheelkundige lijm en wachtten ze een week tot alles was uitgehard. Vervolgens zaagden ze de tanden in dunne secties om te testen hoe moeilijk het was om de pennen eruit te duwen, waarbij de kracht werd gemeten die nodig was om de verbinding te verbreken op verschillende dieptes binnen de wortel.

De resultaten waren duidelijk en beslissend. De onbehandelde pennen hielden stand met een gemiddelde kracht van ongeveer 8,00 megapascal, een maat voor druk. Elke groep die een plasmabehandeling had ondergaan, hield aanzienlijk beter stand. De pennen die met lucht of zuurstof waren behandeld, vereisten ongeveer 13,35 en 13,42 megapascal om te worden verwijderd. De pennen die echter met stikstofgas waren behandeld, presteerden het beste van allemaal, waarbij een gemiddelde kracht van 18,19 megapascal nodig was om de verbinding te verbreken. Dit betekent dat de stikstofbehandeling de pennen bijna twee keer zo sterk maakte als de onbehandelde varianten. De onderzoekers ontdekten ook dat de locatie van de pen ertoe deed; de verbinding was het sterkst nabij de bovenkant van de tand en werd zwakker naarmate de pen dieper richting de punt van de wortel ging, ongeacht welke behandeling werd gebruikt.

Bij een nauwkeurige inspectie van de oppervlakken van de materialen onder krachtige microscopen werd onthuld waarom de behandeling zo goed werkte. De onbehandelde pennen hadden een relatief glad oppervlak met enkele krassen van het polijsten. De met plasma behandelde pennen vertoonden echter minuscule putjes en een schoner oppervlak, wat erop wees dat de energie microscopische lagen had weggeëtst. Chemische analyse toonde aan dat de behandeling de samenstelling van het oppervlak had veranderd door zuurstof- en stikstofatomen toe te voegen en wat koolstof te verwijderen. Deze chemische verschuiving creëerde nieuwe, polaire groepen op het oppervlak die sterker met de lijm konden interageren. Hoewel alle gassen het oppervlak verbeterden, creëerde de stikstofbehandeling een specifiek type chemische groep die een bijzonder robuuste verbinding met de kunstharscement leek te vormen, wat verklaarde waarom deze de andere overtrof.

De studie onderzocht ook hoe de materialen bezweken wanneer ze uit elkaar werden gedrukt. In de onbehandelde groep gleed de lijm simpelweg van de pen af, wat duidde op een zwakke hechting tussen de twee. In de behandelde groepen vond de breuk meestal plaats tussen de lijm en de tand zelf, in plaats van tussen de lijm en de pen. Deze verschuiving is een cruciaal teken van succes; het betekent dat de verbinding tussen de pen en de lijm zo sterk werd dat het zwakste punt in het hele systeem naar de tandstructuur verschoof, en niet naar de materiaalgrens. Dit suggereert dat de plasmabehandeling succesvol het adhesieprobleem voor het polymeer heeft opgelost, waardoor het een veel levensvatbaardere optie maakt voor tandheelkundige restauraties.

Hoewel deze studie in een gecontroleerde laboratoriumsetting werd uitgevoerd en niet heeft getest hoe deze verbindingen zich gedragen over jaren van kauwen of temperatuurveranderingen, bieden de bevindingen een veelbelovend pad voorwaarts. Het onderzoek toont aan dat niet-thermisch plasma, met name met stikstofgas, deze geavanceerde polymeerpennen effectief kan voorbereiden op hechting. Door een moeilijk te hechten materiaal te veranderen in een materiaal dat stevig vasthoudt, kan deze techniek tandartsen helpen om deze flexibele, tandvriendelijke pennen met meer vertrouwen te gebruiken, wat potentieel het risico op wortelfracturen vermindert en de duurzaamheid van tandheelkundige reparaties verbetert.