d = 0,7 lub 0,8 oraz 0

Korozja drutów ortodontycznych
typu Remanium o zróŜnicowanej
średnicy w roztworze sztucznej
śliny w warunkach stanu
zapalnego
Marta Rydzewska-Wojnecka
WyŜsza Szkoła InŜynierii Dentystycznej w Ustroniu
Katedra Techniki Dentystycznej
Promotor: dr n. med., prof. WSID Vaclav Bednar

Wstęp
Zadania współczesnej ortodoncji to stworzenie równowagi
między okluzją zębów, estetyką twarzy i uzębienia, trwałością
wyników leczenia i jak najdłuŜszym zachowaniem naturalnego
uzębienia. Ta dziedzina stomatologii zajmuje się kontrolą
rozwoju wzrastających i dojrzewających struktur zębów i twarzy
przy uŜyciu sił mechanicznych oraz pobudzeniu i
ukierunkowaniu sił czynnościowych w obszarze zespołu
czaszkowo twarzowego. Obecnie zwraca się szczególną uwagę
na inne właściwości produktów stosowanych w ortodoncji i w
protetyce stomatologicznej, a mianowicie na interakcje tych
materiałów z innymi materiałami dentystycznymi i tkankami
twardymi zęba, uwzględniając zagadnienia biokompatybilności
oraz reakcji alergicznych u pacjentów.

Oszacowanie biokompatybilności danego materiału jest
wysoce skomplikowanym procesem zawierającym testy
biologiczne, określenie właściwości fizycznych (np. badania
korozyjne), a takŜe określenie ryzyka i korzyści przy
zastosowaniu danego materiału. Organizm Ŝywy broni się
przed ingerencją środowiska zewnętrznego poprzez
mechanizmy odpornościowe, które są do tego stopnia czułe,
Ŝe często nawet niewielkie stęŜenie jakiegoś związku moŜe
spowodować stany zapalne. Dlatego zapewnienie jak
najmniejszej (zaniedbywanej) ilości pierwiastków
dyfundujących z materiałów biomedycznych do organizmu
(w wyniku procesów korozyjnych oraz mechanicznych)
stawia przed technologiami ich wytwarzania wysokie
wyzwania.

Cel pracy
Celem pracy było określenie
odporności korozyjnej biomateriałów
metalicznych, w postaci drutów
ortodontycznych w roztworze sztucznej
śliny, w warunkach stanu zapalnego
(pH ≈ 2,7 i temperaturze ≈ 37ºC).

Dla realizacji zamierzonego celu
konieczne były:
badania elektrochemiczne (potencjodynamiczne) odporności
korozyjnej wybranych stopów dentystycznych, w postaci drutów,
o zróŜnicowanej średnicy (d=0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10
minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze
sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego – temperatura
roztworu korozyjnego 37 °C;
sporządzenie roztworu sztucznej śliny, o warunkach stanu
zapalnego (pH ≈ 2,7, temperatura ≈ 37ºC);
do badań wybrano drut ortodontyczny Remanium ® firmy
DENTAURUM.

Zmiennymi parametrami w
wykonanych badaniach były:
średnica drutów ortodontycznych
(d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm);
czas ekspozycji drutów ortodontycznych w
roztworze sztucznej śliny, w warunkach
stanu zapalnego – temperatura roztworu
korozyjnego 37 °C, a mianowicie:
10 minut, 28-dni oraz 56-dni.

Skład chemiczny roztworu
Składnik
sztucznej śliny
StęŜenie
[g/dm 3 ]
NaCl 0,40
KCl 0,40
Na 2
S 0,005
Na 2
HPO 4.
H 2
O 0,690
CaCl 2.
2H 2
O 0,795
(NH 2
) 2
CO 3
1,0
Kwas mlekowy
0,1 M
Do pH = 2,7

Materiał badawczy
Do badań wybrano drut ortodontyczny
Remanium ® firmy DENTAURUM.
Przygotowanie powierzchni drutów
ortodontycznych do badań korozyjnych
Przemywanie w wodzie destylowanej;
Odtłuszczanie w płuczce ultradźwiękowej;
Suszenie i wykonywanie badań
elektrochemicznych.

Metodyka wykonywanych badań korozyjnych
Elektrochemiczne pomiary stałoprądowe słuŜące do oceny
odporności korozyjnej, polegały na rejestrowaniu krzywych
polaryzacyjnych w konwencjonalnym układzie trójelektrodowym.
Układ pomiarowy całkowicie zautomatyzowany składał się z
naczyńka pomiarowego, potencjostatu oraz komputera.
Przed rozpoczęciem pomiaru próbka przebywała przez odpowiedni
czas w danym roztworze korozyjnym. Następnie próbka była
poddawana polaryzacji w kierunku anodowym z szybkością 1mV/s
rozpoczynając od -1000mV (względem nasyconej elektrody
kalomelowej).

Wyniki badań elektrochemicznych

Potencjał stacjonarny (E’) ) drutu ortodontycznego typu Remanium o
zróŜnicowanej
średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10
minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze
sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego.
H
I
d = 0 ,9 m m
SYMBOL PRÓBKI
G
F
E
D
C
B
A
d = 0 ,8 m m
d = 0 ,7 m m
-4 0 -2 0 0 2 0 4 0
E ' , m V

Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego
typu Remanium o zróŜnicowanej średnicy (d = 0,7 lub
0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz
56-dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w
warunkach stanu zapalnego.
10 -1 E (Volts)
10 -2
10 -3
10 -4
I (A/cm 2 )
10 -5
10 -6
10 -7
10 -8
10 -9
Remanium, d = 0,7 mm, t = 10 min, próbka A
Remanium, d = 0,7 mm, t = 28 dni , próbka B
Remanium, d = 0,7 mm, t = 56 dni , próbka C
Remanium, d = 0,8 mm, t = 10 min, próbka D
Remanium, d = 0,8 mm, t = 28 dni , próbka E
Remanium, d = 0,8 mm, t = 56 dni , próbka F
Remanium, d = 0,9 mm, t = 10 min, próbka G
Remanium, d = 0,9 mm, t = 28 dni , próbka H
Remanium, d = 0,9 mm, t = 56 dni , próbka I
-1,0 -0,5 0 0,5

Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium
o średnicy (d = 0,7 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-
dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu
zapalnego – temperatura roztworu korozyjnego 37 °C.
I (A/cm 2 )
10 -2
10 -3
10 -4
10 -5
10 -6 Remanium, d = 0,7 mm, t = 10 min, próbka A
Remanium, d = 0,7 mm, t = 28 dni, próbka B
Remanium, d = 0,7 mm, t = 56 dni, próbka C
10 -7
10 -8
E(Volts)
10 -9
-1,5 -1,0 -0,5 0 0,5
Nie stwierdzono istotnych róŜnic w
gęstościach prądów katodowych oraz
potencjału przejścia katodowoanodowego
E K – A
. RóŜnice występują
w obszarze anodowym, przede
wszystkim w wartościach potencjału
zarodkowania wŜeru (E W
) oraz
gęstościach prądów anodowych.
WydłuŜenie czasu ekspozycji
powoduje wzrost potencjału
zarodkowania wŜeru względem
warunków początkowych.

Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium
o średnicy (d = 0,8 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-
dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu
zapalnego.
10 -1 E(Volts)
I (A/cm 2 )
10 -2
10 -3
10 -4
10 -5
10 -6
10 -7
10 -8
Remanium, d = 0,8 mm, t = 10 min, próbka D
Remanium, d = 0,8 mm, t = 28 dni, próbka E
Remanium, d = 0,8 mm, t = 56 dni, próbka F
10 -9
-1,0 -0,5 0 0,5
Drut o średnicy 0,8 mm zachowuje
się podobnie jak opisany powyŜej.
Krzywa anodowa po 56-dniowej
ekspozycji w roztworze korozyjnym
ma najniŜsze wartości.
Stwierdzono, Ŝe im dłuŜszy czas
ekspozycji tym, niŜsze prądy w
obszarze anodowym, przy
porównywalnych potencjałach
zarodkowania wŜeru (28-mio i 56-
cio dniowa ekspozycja).

Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium
o średnicy (d = 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-
dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu
zapalnego – temperatura roztworu korozyjnego 37 °C.
10 -1 E(Volts)
I (A/cm 2 )
10 -2
10 -3
10 -4
10 -5
10 -6
10 -7
10 -8
Remanium, d = 0,9 mm, t = 10 min, próbkaG
Remanium, d = 0,9 mm, t = 28 dni, próbka H
Remanium, d = 0,9 mm, t = 56 dni, próbka I
Zwiększenie średnicy drutu (do
0,9 mm) spowodowało zmiany
zarówno w gęstościach prądów
anodowych (jak w przypadkach
drutów opisanych powyŜej), ale
równieŜ w obszarze
katodowym. Im dłuŜszy czas
ekspozycji, tym niŜsze gęstości
prądów w tym obszarze.
10 -9
-1,5 -1,0 -0,5 0 0,5

Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium
o zróŜnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10
minutowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach
stanu zapalnego – temperatura roztworu korozyjnego 37 °C.
10 -1 E(Volts)
10 -2
10 -3
I (A/cm 2 )
10 -4
10 -5
10 -6
10 -7
Remanium, d = 0,7 mm, t = 10 min, próbkaA
Remanium, d = 0,8 mm, t = 10 min, próbkaD
Remanium, d = 0,9 mm, t = 10 min, próbkaG
Średnica drutu typu Remanium
wpływa na gęstości prądów
katodowych oraz potencjał
przejścia katodowo-anodowego
po 10-minutowej ekspozycji w
roztworze korozyjnym.
10 -8
10 -9
-1,5 -1,0 -0,5 0 0,5

Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium
o zróŜnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 28-
dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu
zapalnego – temperatura roztworu korozyjnego 37 °C.
10 -1 E (Volts)
10 -2
I (A/cm 2 )
10 -3
10 -4
10 -5
10 -6
10 -7
10 -8
Remanium, d = 0,7 mm, t = 28 dni, próbka B
Remanium, d = 0,8 mm, t = 28 dni, próbka E
Remanium, d = 0,9 mm, t = 28 dni, próbka H
Wzrost czasu ekspozycji
do 28 dni powoduje
zmiany w potencjale
zarodkowania wŜeru
(E W
). Taka tendencja
zostaje zachowana po 56-
dniowej ekspozycji.
10 -9
-1,5 -1,0 -0,5 0 0,5

Krzywe potencjodynamiczne drutu ortodontycznego typu Remanium
o zróŜnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 56-
dniowej ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu
zapalnego – temperatura roztworu korozyjnego 37 °C.
10 -1 E (Volts)
10 -2
10 -3
I (A/cm 2 )
10 -4
10 -5
10 -6
10 -7
10 -8
Remanium, d = 0,7 mm, t = 56 dni, próbka C
Remanium, d = 0,8 mm, t = 56 dni, próbka F
Remanium, d = 0,9 mm, t = 56 dni, próbka I
Czas ekspozycji w
roztworze sztucznej
śliny wpływa na zmianę
procesów elektrodowych
poszczególnych drutów
Remanium.
10 -9
-1,5 -1,0 -0,5 0 0,5

Gęstość prądu katodowego oraz jego logarytm przy potencjale –750
mV (i E = -750 mV
) drutu ortodontycznego typu Remanium o
zróŜnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10
minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze
sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego.
i E = -750 mV
, A/cm 2
4.0x10 -4 d = 0,8 mm
3.0x10 -4
d = 0,9 mm
2.0x10 -4
1.0x10 -4
0.0
d = 0,7 mm
A B C D E F G H I
SYMBOL PRÓBKI
Log ( i E = -750 mV
) , A/cm 2
10 -4 d = 0,9 mm
10 -5
10 -6
d = 0,7 mm
d = 0,8 mm
A B C D E F G H I
SYMBOL PRÓBKI
W zaleŜności od średnicy drutu stwierdzono wzrost prądu katodowego drutu o
średnicy 0,7 mm, zmienne tendencję wartości w przypadku średnicy 0,8 mm oraz
spadek wartości (i E = -750 mV
) dla drutu o średnicy 0,9 mm. RóŜnice w wartościach
gęstości prądu katodowego przy potencjale –750 mV (i E = -750 mV
) są niewielkie.

Potencjał przejścia katodowo-anodowego (E
K - A ) drutu
ortodontycznego typu Remanium o zróŜnicowanej średnicy (d = 0,7
lub 0,8 oraz 0,9 mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej
ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego .
SYMBOL PRÓBKI
I
H
G
F
E
D
C
B
A
d = 0,8 mm
d = 0,8 mm
d = 0,7 mm
-150 -100 -50 0
E K - A
, mV
Bez względu na średnicę drutu
ortodontycznego Remanium
stwierdzono, Ŝe wraz z upływem
czasu ekspozycji stopu w
roztworze korozyjnym następuje
kierunku bardziej ujemnych
wartości przesunięcie potencjału
(E K - A
) w. NajniŜszy potencjał (E
K - A
) wykazuje próbka C (ok. –160
mV, drut o średnicy 0,7 mm,
ekspozycja 90 dni), natomiast
najwyŜszy próbka G (ok. –50 mV,
drut o średnicy 0,9 mm,
ekspozycja 10minut). Najmniejsze
róŜnice w wartościach potencjału
(E K - A
) wykazuje drut o średnicy
0,8 mm.

Potencjał zarodkowania wŜeru (E W
) drutu ortodontycznego typu
Remanium o zróŜnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm) po
10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w roztworze
sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego.
SYMBOL PRÓBKI
I
H
d = 0,9 mm
G
F
E
d = 0,8 mm
D
C
B
d = 0,7 mm
A
0 100 200 300 400
E W
, mV
W wyniku ekspozycji wzrasta
wartość potencjału zarodkowania
wŜeru (E W
). Największy wzrost
potencjału stwierdzono dla drutu o
średnicy 0,7 mm (ok. 200 mV
względem 10-minutowej
ekspozycji), natomiast najmniejszy
(ok. 40 mV względem 10-
minutowej ekspozycji) dla stopu o
średnicy 0,8 mm. Przyczyną
takiego zachowania się układu w
wyniku długotrwałej ekspozycji w
roztworze sztucznej śliny, w
warunkach podwyŜszonej
temperatury moŜe być
„doszczelnianie” warstwy pasywnej
na stopie Remanium.

WydłuŜenie obszaru pasywnego drutu ortodontycznego typu
Remanium o zróŜnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9 mm)
po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w
roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego.
SYMBOL PRÓBKI
I
G
d = 0,9 mm
H
F
E
d = 0,8 mm
D
C
B
d = 0,7 mm
A
0 100 200 300 400 500 600
E , mV
Największe wydłuŜenie obszaru
pasywnego (prawie czterokrotne)
względem drutu eksponowanego
w roztworze korozyjnym 10 minut
wykazują próbki B i C (średnica
0,7 mm, ekspozycja 28 oraz 56
dni). W przypadku drutu o
średnicy 0,8 mm nie stwierdzono
istotnych róŜnic (ok. 65 mV), dla
próbek H oraz I (średnica 0,9 mm,
ekspozycja 28 i 56 dni)
wydłuŜenie obszaru pasywnego
jest ok. 3-krotne względem
warunków początkowych.

Gęstość oraz logarytm prądu korozyjnego (i 0
) drutu ortodontycznego
typu Remanium o zróŜnicowanej średnicy (d = 0,7 lub 0,8 oraz 0,9
mm) po 10 minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej ekspozycji w
roztworze sztucznej śliny, w warunkach stanu zapalnego.
d = 0,7 mm
d = 0,7 mm
d = 0,8 mm
10 -6 d = 0,9 mm
i 0
, A/cm 2
1.5x10 -6
1.0x10 -6
5.0x10 -7
2.0x10 -6 d = 0,9 mm
d = 0,8 mm
Log ( i 0
), A/cm 2
10 -7
10 -8
0.0
A B C D E F G H I
SYMBOL PRÓBKI
A B C D E F G H I
SYMBOL PRÓBKI
Największe róŜnice w gęstości prądu korozyjnego (i 0
) stwierdzono dla drutu o średnicy 0,7
mm oraz 0,9 mm. W obu przypadkach następuje spadek szybkości korozji po 28 dniach
ekspozycji w roztworze korozyjnym, po czym następuje wzrost (powyŜej prądu korozyjnego
(i 0
) stopu po 10-minutowej ekspozycji) szybkości korozji po 56 dniach badań. Dla drutu o
średnicy 0,8 mm stwierdzono systematyczny wzrost szybkości korozji względem czasu
ekspozycji w roztworze sztucznej śliny.

Wnioski
Średnica drutu ortodontycznego Remanium,
skład chemiczny oraz rodzaj stopów wpływa
na wielkości mierzonych i wyznaczanych
parametrów elektrochemicznych po 10
minutowej, 28-dniowej oraz 56-dniowej
ekspozycji w roztworze sztucznej śliny
(temperatura roztworu korozyjnego 37 °C).

Średnica drutu typu Remanium wpływa na wartość
prądów anodowych, potencjał przejścia katodowoanodowego
(E K – A
) oraz potencjał zarodkowania
wŜeru (E W
).
Średnica drutu typu Remanium wpływa na gęstości
prądów katodowych oraz potencjał przejścia
katodowo-anodowego po 10-minutowej ekspozycji
w roztworze korozyjnym. Wzrost czasu ekspozycji
do 28 dni powoduje zmiany w potencjale
zarodkowania wŜeru (E W
). Taka tendencja zostaje
zachowana po 56-dniowej ekspozycji.

Z upływem czasu ekspozycji stopu w roztworze
korozyjnym następuje przesunięcie potencjału
przejścia katodowo- anodowego (E K-A
) w kierunku
bardziej ujemnych wartości. NajniŜszy potencjał
(E K-A
) wykazuje próbka C (ok. –160 mV, drut o
średnicy 0,7 mm, ekspozycja 56 dni), natomiast
najwyŜszy próbka G (ok. –50 mV, drut o średnicy
0,9 mm, ekspozycja 10 minut). Najmniejsze róŜnice
w wartościach potencjału (E K-A
) wykazuje drut o
średnicy 0,8 mm.

Największy wzrost potencjału zarodkowania
wŜeru (E W
) stwierdzono dla drutu o średnicy 0,7
mm (ok. 200 mV względem 10-minutowej
ekspozycji), natomiast najmniejszy (ok. 40 mV
względem 10-minutowej ekspozycji) dla stopu o
średnicy 0,8 mm.

Wszystkie próbki drutu po ekspozycji 28 lub 56
dni miały wydłuŜenie obszaru pasywnego większe
od obszaru pasywnego po 10-minutowej
ekspozycji. Największe wydłuŜenie obszaru
pasywnego (prawie czterokrotne) względem drutu
eksponowanego w roztworze korozyjnym 10
minut wykazują próbki B i C (średnica 0,7 mm,
ekspozycja 28 oraz 56 dni). W przypadku drutu o
średnicy 0,8 mm nie stwierdzono istotnych róŜnic
(ok. 65 mV), dla próbek H oraz I (średnica 0,9
mm, ekspozycja 28 i 56 dni) wydłuŜenie obszaru
pasywnego jest ok. 3-krotne względem warunków
początkowych.

Największe róŜnice w gęstości prądu korozyjnego
(i 0
) stwierdzono dla drutu o średnicy 0,7 mm oraz
0,9 mm. W obu przypadkach następuje spadek
szybkości korozji po 28 dniach ekspozycji w
roztworze korozyjnym, po czym następuje wzrost
(powyŜej prądu korozyjnego (i 0
) stopu po 10-
minutowej ekspozycji) szybkości korozji po 56
dniach badań. Drut o średnicy 0,8 mm wykazuje
systematyczny wzrost szybkości korozji
względem czasu ekspozycji w roztworze sztucznej
śliny.

Do analizy wyników badań elektrochemicznych drutów
ortodontycznych typu Remanium po dłogotrwałej
ekspozycji w roztworze sztucznej śliny, w warunkach
stanu zapalnego (pH ≈ 2,7 i temperaturze ≈ 37ºC), ze
względu na złoŜoność układu podłoŜe/warstwa
pasywna/roztwór korozyjny, wskazane jest stosowanie
szeregu parametrów elektrochemicznych określających
właściwości korozyjne w wyŜej wymienionym płynie
ustrojowym.

Dziękuję za uwagę