Purpose: Cold atmospheric plasma can functionalize enamel without damaging the substrate morphology. It therefore has the potential to be a gentle alternative to conventional acid etching. To realize the full potential of cold atmospheric plasma in orthodontic bonding, the input parameters and protocols that are most beneficial to surface modification must first be identified. We aimed to clarify how the admixture of oxygen to cold atmospheric plasma and the rewetting of the enamel affect the conditioning properties for orthodontic bonding.
Methods: First, we illustrated the morphological effects of different plasma compositions on the enamel surface by means of scanning electron microscopy. Then, we measured the shear bond strength resulting from different conditioning techniques on bovine enamel specimens: conventional acid etching; no conditioning; pure argon plasma; argon plasma plus 0.5% oxygen admixture; argon plasma plus 0.5% oxygen and rewetting after plasma application. Brackets were bonded using light cured adhesive; all specimens were subjected to thermocycling. The shear bond strength of each specimen was measured in a universal testing machine and compared using Welch one-way analysis of variance (ANOVA) and Games-Howell post hoc test.
Results: Specimens conditioned with argon plasma plus 0.5% oxygen and rewetting showed a significantly higher shear bond strength than specimens conditioned with conventional acid etching. Conditioning with pure argon plasma and argon plasma plus 0.5% oxygen without rewetting yielded significantly lower shear bond strength.
Conclusion: Admixing 0.5% oxygen and rewetting the enamel after plasma application are crucial steps that could help make cold atmospheric plasma a gentle conditioning technique in orthodontic bonding.
Zusammenfassung: ZWECK: Kaltes Argonplasma kann die Oberflächenenergie und Benetzbarkeit von Zahnschmelz erhöhen, ohne ausgeprägte Veränderungen oder Schäden in der Substratmorphologie hervorzurufen. Um dieses Potenzial in der Kieferorthopädie nutzen zu können, müssen zunächst die Parameter und Protokolle identifiziert werden, die für den Einsatz von Adhäsivsystemen am vorteilhaftesten sind. Unsere Studie untersucht, wie die Beimischung von Sauerstoff zu Argonplasma und die Wiederbenetzung des Schmelzes die konditionierenden Eigenschaften für das kieferorthopädische Bonding beeinflussen.
Methoden: Mittels Rasterelektronenmikroskopie wurden zunächst die morphologischen Auswirkungen verschiedener Plasmazusammensetzungen auf die Schmelzoberfläche dargestellt. Anschließend wurden Rinderschmelzproben mit verschiedenen Protokollen konditioniert: herkömmliches Säureätzen; keine Konditionierung; reines Argonplasma; Argonplasma plus 0,5 % Sauerstoffbeimischung; Argonplasma plus 0,5 % Sauerstoffbeimischung und Wiederbenetzung nach Plasmaauftrag. Die Brackets wurden mit lichthärtendem Adhäsiv befestigt und alle Proben einem Thermocycling unterzogen. Die Scherhaftfestigkeit jeder Probe wurde in einer Universalprüfmaschine gemessen und mittels Welch-Einweg-ANOVA („analysis of variance“) und Games-Howell-Post-Hoc-Test verglichen.
Ergebnisse: Proben, die mit Argonplasma plus 0,5 % Sauerstoff und Wiederbenetzung konditioniert wurden, zeigten eine signifikant höhere Scherhaftfestigkeit als Proben, die mit herkömmlichem Säureätzen konditioniert wurden. Die Konditionierung mit reinem Argonplasma und Argonplasma plus 0,5 % Sauerstoff ohne Wiederbenetzung ergab eine signifikant niedrigere Scherhaftfestigkeit.
Schlussfolgerung: Die Beimischung von 0,5 % Sauerstoff und die Wiederbenetzung des Zahnschmelzes nach der Plasmaanwendung sind entscheidende Schritte, die dabei helfen könnten, kaltes Argonplasma zur substratschonenden Konditionierung im kieferorthopädischen Bonding nutzen zu können.
Keywords: Dental acid etching; Dental bonding; Dental enamel; Orthodontic brackets; Plasma gases.
© 2023. The Author(s).