Material testing of reconditioned orthodontic brackets … · 2018-08-21 · Material testing of...

454 J Orofac Orthop 2012 middot No 6 copy Springer-Verlag

Journal of Orofacial Orthopedics Fortschritte der Kieferorthopaumldie Original article

J Orofac Orthop 2012 73454-466DOI 101007s00056-012-0108-x

Material testing of reconditioned orthodontic brackets

Materialtechnische Untersuchungen kieferorthopaumldi-scher Brackets nach Wiederaufbereitung

AbstractObjectiveemsp While all manufacturers of orthodontic brackets la-bel these products for single use there are commercial providers offering bracket reconditioning (or ldquorecyclingrdquo) We conducted this study to investigate the effects of different recycling tech-niques on material-related parameters in orthodontic brackets aiming to derive indications for clinical use and conclusions about the biocompatibility longevity and application of recycled brack-etsMaterialsemsp andemsp methodsemsp New metal brackets (equilibriumreg Dentaurum Ispringen Germany) were compared to brackets re-cycled by different techniques including direct flaming with a Bunsen burner chemical reconditioning in an acid bath a com-mercial unit (Big Jane Esmadent IL USA) and outsourcing to a company (Ortho Clean Dellstedt Germany) Material-related ex-aminations included the following (1) corrosion behavior by static immersion testing and use of a mass spectrometer to deter-mine nickel-ion concentrations in the corrosive medium (2) sur-face features in scanning electron micrographs before and after corrosion testing (3) Vickers hardness using a hardness testing machine (4) shear bond strength as defined in DIN 13990-1 (5) dimensional stability of the bracket slots by light microscopy and (6) frictional loss as assessed by an orthodontic measurement and simulation system (OMSS) Each examination was performed on ten brackets Students t-test was used for statistical analysisResultsemsp Compared to the new brackets those recycled in an acid bath or by a commercial provider revealed significant dimen-sional changes (plt005) Corrosion on the recycled brackets var-ied according to the recycling techniques employed The group of brackets recycled by one company revealed hardness values that differed from those of all the other groups No significant differ-ences were observed in nickel-ion release frictional loss and shear bond strength

ZusammenfassungZielemsp Brackets werden von allen Herstellern zum Einmalge-brauch deklariert Dennoch gibt es Anbieter die kieferorthopaumldi-sche Brackets bdquorecycelnrdquo oder besser wiederaufbereiten Ziel der Studie war es die Einfluumlsse unterschiedlicher Recycling-Metho-den auf materialtechnische Parameter kieferorthopaumldischer Bra-ckets zu untersuchen Die Ergebnisse sollen Hinweise fuumlr den kli-nischen Gebrauch geben und Ruumlckschluumlsse auf die Biovertraumlglich-keit Haltbarkeit und Anwendung recycelter Brackets zulassenMaterialemsp undemsp Methodeemsp Neue Metallbrackets (equilibriumreg DENTAURUM Ispringen Deutschland) wurden mit solchen vergli-chen die nach verschiedenen Methoden recycelt worden waren in der Flamme mit einem Bunsenbrenner im Saumlurebad mit dem kommerziellen Geraumlt Big Jane und von einer externen Firma (Ort-ho Clean Dellstedt Deutschland) Die folgenden Materialparame-ter wurden untersucht 1) Das Korrosionsverhalten in einem stati-schen Immersionstest Dabei wurde die Nickelionenkonzentra-tion im Korrosionsmedium mit einem Massenspektrometer be-stimmt 2) Vor und nach den Korrosionsversuchen wurde eine Oberflaumlchenanalyse im Rasterelektronenmikroskop durchge-fuumlhrt 3) Die Vickershaumlrte wurde mit einem Haumlrtepruumlfgeraumlt gemes-sen 4) Die Scherhaftfestigkeit wurde nach der Norm DIN 13990ndash1 bestimmt 5) Dimensionsaumlnderungen des Bracketslots wurden mikroskopisch untersucht 6) Die Reibung wurde im Orthodonti-schen Mess- und Simulations-System (OMSS) analysiert Jede Untersuchung wurde mit je zehn Brackets durchgefuumlhrt statisti-sche Analysen erfolgten mittels t-TestErgebnisseemsp Die Dimensionsaumlnderungen der von im Saumlurebad und von einer Firma recycelten Brackets gegenuumlber neuen waren signifikant (plt005) Je nach eingesetzter Methode wiesen die re-cycelten Brackets einen unterschiedlich starken Korrosionsbefall auf Die Haumlrte der durch eine Firma recycelten Brackets wies einen signifikanten Unterschied zu den anderen Proben auf Die Nicke-lionenabgabe die Reibungsverluste und die Scherhaftfestigkeits-verluste waren nicht signifikant unterschiedlichSchlussfolgerungemsp Die Korrosionsbestaumlndigkeit und die Maszlig-haltigkeit verschlechtern sich durch Recycling signifikant Ein wirtschaftlicher Vorteil durch das Recycling kann die Risiken nicht rechtfertigen Die Zweckbestimmung bdquonur fuumlr den einmaligen Ge-

Susanne Reimann1 Ashalata Rewari1 Ludger Keilig1 Friedrich Widu2 Andreas Jaumlger3 Christoph Bourauel1

1 Oral Medical Technology Rhenish Friedrich-Wilhelm University of Bonn Bonn Germany

2 Private Dental Practice Eislingen Germany3 Policlinic of Orthodontics Rhenish Friedrich-Wilhelm University of

Bonn Bonn Germany

Received March 13 2012 accepted June 11 2012published onnline October 26 2012

455J Orofac Orthop 2012 middot No 6 copy Springer-Verlag

Reimann S et al Recycling of brackets

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Conclusionemsp Recycling was found to significantly reduce the corrosion resistance and dimensional stability of orthodontic brackets As the savings generated by recycling do not justify the risks involved the practice of labeling orthodontic brackets for single use remains a responsible precaution that safeguards pa-tients and orthodontists against definite risks

KeywordsOrthodonticsemspemspBracketemspemspRecyclingemspemspMaterialsemsptesting

Introduction

Orthodontic brackets can be recycled by eliminating adhesive remnants from the rear surface for subsequent reuse A number of processes (eg direct flaming with a Bunsen burner heat treatment in a furnace or chemical dissolution) have been used for this purpose [1] Strictly speaking these processes do not constitute true recycling involving recovery of the material as such rather their purpose is to recondition brackets so that they can be rebonded Given the considerable expense of some bracket designs the first attempts to recycle them in the same way as other medical-grade materials date back to the 1980s These attempts were however encumbered by the problem of removing the adhesive remnants from the mesh-style bonding surface of the brackets without damaging the material and structure

The most important commercial bracket-recycling tech-niques utilize thermal or chemical processes to eliminate any residual adhesive from the base [1] Approaches based on burn-ing the adhesive off the base (destroying the base structure) are usually followed by electrolytic polishing to remove any oxi-dized areas [3]

It is also possible to use chemical solvents in conjunction with high-frequency vibrations and electrochemical polishing [3] Reconditioning with chemical solvents is usually done at tem-peratures below 110 degC followed by exposure to heat for sterili-zation at 250 degC This approach yielded considerably better re-sults [4] The methods that have just been outlined are predom-inantly performed in office laboratories or even chairside In addition several commercial processes performed by special-ized companies are available [1 3 4 12]

Materials and methods

RecyclingemsptechniquesA total of 300 metal brackets (equilibriumreg Dentaurum Is-pringen Germany) were evaluated either new or after expo-sure to various reconditioning techniques including a Bunsen burner flame an acid bath a reconditioning unit (Big Jane E3762 Esmadent IL USA) and a process offered by an exter-nal company

The flaming technique was performed as reported by Buch-man [3] Brackets were exposed to the flame of a Bunsen burner

brauch bestimmtrdquo ist deshalb eine verantwortliche Maszlignahme die den Patienten und den Kieferorthopaumlden vor klaren Risiken schuumltzt

SchluumlsselwoumlrterKieferorthopaumldieemspemspBracketemspemspRecyclingemspemspMaterialanalyseemsp

Einleitung

Unter Recycling von kieferorthopaumldischen Brackets versteht man das Entfernen der Klebstoffreste von der Ruumlckseite mit-tels verschiedener Prozesse wie z B Abflaumlmmen mit einem Bunsenbrenner Abbrennen im Ofen Loumlsen mit Chemikalien usw und einem anschlieszligenden erneuten Einsatz [1] Streng genommen handelt es sich hierbei nicht um ein echtes Recyc-ling bei dem der Werkstoff zuruumlckgewonnen wird sondern nur um eine Aufbereitung mit anschlieszligender Wiederverwen-dung Bereits in den 1980er-Jahren wurden erste Versuche unternommen die teils sehr teuren Brackets wie anderes hochwertiges medizinisches Material zu recyceln Problema-tisch war dabei die Entfernung der Adhaumlsivreste aus der ma-schenartigen Klebeflaumlche der Brackets ohne diese in Material und Struktur zu beschaumldigen

Die zwei wichtigsten kommerziellen Verfahren zur Wieder-verwertung von kieferorthopaumldischen Brackets sind der Einsatz thermischer Verfahren und chemischer Verfahren zum Entfer-nen des Klebstoffs von und aus der Basis [1] Meist erfolgt nach dem Wegbrennen des Adhaumlsivs mit Zerstoumlrung der Basisstruk-tur des Brackets ein elektrolytisches Polieren zur Beseitigung oxidierter Bereiche [3] Auch die Anwendung von chemischen Loumlsungsmitteln in Kombination mit hochfrequenten Schwin-gungen und elektrochemischem Polieren wird berichtet [3]

Der Prozess mit chemischen Loumlsungsmitteln wird meist bei einer Temperatur von unter 110degC durchgefuumlhrt gefolgt von einer Waumlrmebehandlung bei 250degC fuumlr die Sterilisation Dieses Verfahren brachte wesentlich bessere Erfolge [4] Neben den be-schriebenen Methoden die uumlberwiegend im Praxislabor zum Teil sogar auch Chairside durchgefuumlhrt werden existieren auch kommerzielle von verschiedenen Firmen angebotene Verfah-ren [1 3 4 12]

Material und Methodik

RecyclingInsgesamt wurden 300 Metallbrackets (equilibriumreg DEN-TAURUM Ispringen Deutschland) untersucht Es handelte es sich um neue Brackets und um mit verschiedenen Recycling-Methoden aufbereitete Diese wurden vorab in einer Bunsen-brennerflamme im Saumlurebad mit dem Geraumlt Big Jane (E3762 Esmadent IL USA) und von einer Firma recycelt

Das Abflaumlmmen wurde nach der Buchman-Methode [3] durchgefuumlhrt Die Brackets wurden 5 bis 10 Minuten in die Flamme eines Bunsenbrenners gehalten Anschlieszligend wurden

Reimann S et al Bracketrecycling


sie im Labor mit 50 microm Aluminiumoxid-Partikeln fuumlr 5 Sekun-den sandgestrahlt und weiterhin 15 Minuten elektrolytisch poliert

Das Recycling im Saumlurebad erfolgte nach dem Stripping-Ver-fahren [4] Dabei wird zunaumlchst das Adhaumlsiv von der Bracket-basis abgeflaumlmmt dann werden die Reste im Saumlurebad (32 Salzsaumlure und 55 Salpetersaumlure im Verhaumlltnis 14) bei Tempe-raturen von etwa 100degC im Hochfrequenz-Ultraschallbad ent-fernt Anschlieszligend erfolgt eine Sterilisation durch Erhitzen auf 250degC und eine kurze elektrolytische Politur von 45 Sekunden

Mit dem Geraumlt namens Big Jane werden die Brackets fuumlr 60 min im vorgeheizten Ofen auf 4544degC (850degF) erwaumlrmt und an-schlieszligend in einen Zementloumlser (ESMA ORTHO Loumlsung Es-madent IL USA) bei Zimmertemperatur eingetaucht [9] McClea und Wallbridge [12] berichteten dass die Aufbereitung mit Hilfe des Big-Jane-Geraumltes ebenso effektiv wie kommerziel-le Aufbereitungen waumlre

Die vierte Gruppe von Brackets wurde von der Firma Ortho-Clean (Dellstedt Deutschland) recycelt Nach ihren Angaben [20] erfolgt die Aufbereitung in nur einem Schritt Es handelt sich um ein sogenanntes Kaltverfahren Dabei wird der Kleber chemisch durch eine Fluumlssigkeit aufgeloumlst Genauere Angaben zur Loumlsung werden nicht gemacht Dennoch wird dargelegt dass der Loumlsungsvorgang mehrere Wochen sogar bis zu 60 Tage dauern kann Ein mechanisches Nachbearbeiten oder ein elekt-rolytisches Polieren seien nicht notwendig wodurch Maszlighal-tigkeit und Struktur der Basis besser bewahrt werden sollen Die aufbereiteten Brackets werden kontrolliert gepruumlft sortiert und an den Kunden zuruumlckgeschickt [20]

Abkuumlrzungen fuumlr die eingesetzten Recycling-Methoden sind in Tabelle 1 aufgelistet Die Bracketbasen der verschieden recy-celten Brackets im Vergleich zur Bracketbasis eines neuen Bra-ckets zeigt Abbildung 1

for 5ndash10 min followed by sandblasting in the laboratory with 50 microm alumina particles for 5 s and electrolytic polishing for 15 min

A stripping technique was used for acid-bath recycling [4] After burning the adhesive off the bracket base the remnants were removed using an acid bath (32 hydrochloric acid and 55 nitric acid in a 14 ratio) Following exposure to tempera-tures of around 100 degC inside the high-frequency ultrasound bath the brackets were sterilized by heating up to 250 degC and then subjected to electrolytic polishing for 45 s

The brackets recycled with the Big Jane unit were heated to 4544 degC (850 degF) in the preheated furnace and then immersed in a debonding solution (Esma Ortho Esmadent IL USA) at room temperature [9] McClea and Wallbridge [12] claimed that treatment in the Big Jane unit was as effective as commercial reconditioning

Reconditioning of the fourth group of brackets was out-sourced to a commercial provider (Ortho-Clean Dellstedt Germany) According to their website [20] their approach to recycling brackets by ldquocold processingrdquo consists of a single step

Table 1 Abbreviations of recycling methods in figures and tables

Tabelle 1 In Abbildungen und Tabellen verwendete Abkuumlrzungen der Recycling-Methoden

Recyclingemspmethod Abbreviation

New brackets NB

Flame recycled brackets FRB

Acid bath recycled brackets ABRB

Big Jane-recycled bracket BJRB

Commercially recycled brackets CRB

Figure 1 Scanning electron micrographs of new and recycled bracket bases including one new bracket (a) compared to brackets recycled by direct flaming (b) in an acid bath (c) with the Big Jane unit (d) and by a commercial provider (e)

Abbildung 1 Rasterelektronenmikroskopische Bil-der der Basen von neuen und recycelten Brackets Neues Bracket (a) und Brackets recycelt durch Ab-flaumlmmen (b) im Saumlurebad (c) mit Big Jane (d) und durch einen kommerziellen Anbieter (e)



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MaterialtechnischeemspUntersuchungenUumlberpruumlft wurden verschiedene Materialparameter an den re-cycelten Brackets Das Korrosionsverhalten wurde mit stati-schen Immersionstests nach DINISO 10271 [13] untersucht Als Elektrolyt wurde modifizierter Kunstspeichel nach Fu-sayama [7 8] verwendet Es folgte eine Analyse des Korro-sionsmediums mit Bestimmung der Nickelionenkonzentration im Massenspektrometer (ICP-MS SCIEX ELAN 5000 Perkin Elmer Wellesley MA USA) Die Werte der Nickelionenab-gabe nach einer Woche pro Bracket wurden auf die Werte pro Tag pro Bracket umgerechnet

In einem weiteren Versuchsteil wurden die Pruumlfkoumlrper vor und nach dem Korrosionsversuch einer Oberflaumlchenanalyse in einem Rasterelektronenmikroskop (Philips XL 30 Philips Eindhoven Niederlande) unterzogen Zur genaueren Beurtei-lung zwischen herstellungsbedingten Oberflaumlchenstrukturen und Korrosionsspuren wurden als Referenz auch Uumlbersichtsbil-der von neuen Brackets angefertigt Korrosionen und Beschaumldi-gungen an der Bracketbasis und am Bracketslot sowie Reste des Adhaumlsivs auf der Bracketbasis wurden bestimmt Die Klassifi-zierung der Korrosion und der Beschaumldigungen erfolgte wie in Tabelle 2 dargestellt gemaumlszlig einer prozentualen Flaumlchenauswer-tung

Zur Analyse etwaiger Dimensionsaumlnderungen im Slot wur-den mit einem Lichtmikroskop (Axioskop 2 Zeiss Jena Deutschland) Bilder in 25-facher Vergroumlszligerung von neuen und recycelten Brackets erstellt Die Breiten am Slotboden und am Sloteingang wurden mit Hilfe eines im Mikroskop mitfotogra-fierten Glasmaszligstabes mit einer Einteilung von 10 microm ausge-wertet Die Werte wurden ober- bzw unterhalb der Kantenver-undungen (Abbildung 2) gemessen Des Weiteren wurde die Mikrohaumlrte nach Vickers mit einem Haumlrtepruumlfgeraumlt (ZHV 20Z25 Zwick-Roell Ulm Deutschland) nach DIN EN ISO 6507ndash12005 [15] mit HV1 (1 Kilopond entsprechend 9807 N) be-stimmt Hierbei wurden fuumlnf Stellen pro Bracket gemessen und der Mittelwert wurde gebildet Die Messstellen wurden gleich-maumlszligig uumlber Bracketbasis -korpus und ndashfluumlgel verteilt

Auszligerdem wurde die Scherhaftfestigkeit nach DIN 13990ndash1 [14] untersucht Als Adhaumlsiv wurde Transbond XTTM(3 M Uni-tek Monrovia CA USA) verwendet Da in dieser Untersu-chung die Qualitaumlt der Aufbereitung der Bracketbasis von be-sonderem Interesse war wurde die Variante mit Adhaumlsivpruumlf-koumlrpern auf der Bracketbasis gewaumlhlt Die Vorbereitung der Pruumlfkoumlrper und die Messungen erfolgten strikt nach DIN Da-bei wurden die Messungen in einer Werkstoffpruumlfmaschine (Zwick ZMARTPRO Zwick Ulm Deutschland) bei einer Vor-schubgeschwindigkeit von 1 mmmin durchgefuumlhrt

Die abschlieszligenden Versuche stellten Reibungsmessungen im Orthodontischen Mess- und Simulations-System (OMSS [2 5]) dar Diese wurden wie bereits an verschiedenen Stellen ausfuumlhrlich berichtet [2 5 11] in Form sogenannter simulierter Zahnbewegungen durchgefuumlhrt Dabei wird ein Frasaco-Mo-dell mit dem zu untersuchenden Bracketsystem beklebt und es wird ein Fuumlhrungsdraht 041times056 mm2 (16times22 remaniumreg DENTAURUM Ispringen Deutschland) einligiert Das betref-

A liquid is used to dissolve the adhesive The company does not offer details about this solution but states that the dissolution process may take several weeks and up to 60 days claiming that their process offers better preservation of the dimensional sta-bility and structure of the bracket base by eliminating the need for subsequent mechanical adjustments or electrolytic polish-ing The reconditioned brackets are checked tested and sorted and then shipped back to the customer [20]

The abbreviations used in the tables and figures in this article for the different recycling techniques are listed in Table 1 The base of a new bracket in comparison with the bases of brackets previously exposed to the different recycling techniques are il-lustrated in Figure 1

Material-relatedemsptestsAll recycled brackets were evaluated for a number of material-related parameters Static immersion tests were performed in accordance with DINISO 10271 [13] to analyze corrosion be-havior using modified Fusayamas artificial saliva as the elec-trolyte [7 8] Subsequently the corrosive medium was ana-lyzed including determination of nickel-ion concentrations in a mass spectrometer (ICP-MS SCIEX ELAN 5000 Perkin Elmer Wellesley MA USA) Results obtained for nickel-ion release per bracket after 1 week were converted to values per bracket per day

The experimental sequence also included surface analysis of the specimens via scanning electron microscopy (Philips XL 30 Philips Eindhoven The Netherlands) before and after corro-sion testing To distinguish more precisely between manufac-ture-related surface structures and traces of corrosion overview images of new brackets were taken as reference Areas of corro-sion and damage were identified at the bracket base and bracket slot and brackets were screened for adhesive remnants on their base The classification of corrosion and damage were per-formed as shown in Table 2 and were classified by percentage ranges relative to the total base area

Dimensional changes in the bracket slot were analyzed by tak-ing optical micrographs (Axioskop 2 Zeiss Jena Germany) of

Table 2 Classification of adhesive remnants traces of corrosion and de-formed areas

Tabelle 2 Klassifizierung des verbliebenden prozentualen Flaumlchenanteils des Restadhaumlsivs an der Bracketbasis der Korrosionen und der Beschaumldi-gung der Bracketbasis)

Classification Totalemspbaseemspareaemspshowingemspadhesiveemspremnantsemsptracesemspofemspcorrosionemspandemspdeformedemspareasemsp()

0 0

1 1minus20

2 21minus40

3 41minus60

4 61minus80

5 81minus100



fende Eckzahnbracket wird mit einem DrehmomentKraft-Sensor des OMSS verbunden und uumlber eine NiTi-Zugfeder wird eine orthodontische Kraft auf das Bracket gegeben Aus der am Bracket wirkenden Kraft wird eine Zahnbewegung berechnet die vom OMSS automatisch durchgefuumlhrt und zyklisch wieder-holt wird Aus der gemessenen Differenz von am Bracket wir-kender Kraft und der Kraft der NiTi-Feder kann man den Rei-bungsverlust ermitteln

Alle oben aufgefuumlhrten Versuche wurden mit jeweils zehn Brackets pro Recycling-Verfahren sowie zehn neuen Brackets durchgefuumlhrt Es wurden die Mittelwerte und Standardabwei-chungen aller Werte berechnet und wo anwendbar wurde mit-tels t-Test paarweise statistisch auf signifikante Unterschiede uumlberpruumlft

Ergebnisse

KorrosionstestDie Ergebnisse der statischen Immersionstests ergaben in Bezug auf die Nickelionenabgabe vergleichbare Werte fuumlr neue und recycelte Brackets (Abbildung 3) Die neuen Brackets die flammenrecycelten sowie die im Saumlurebad recycelten Brackets ergaben vergleichbare Werte von etwa 015 microg Ni-Ionenabgabe pro Tag Fuumlr die mit dem Geraumlt Big Jane recycelten Brackets ergaben sich 017 microgTag und fuumlr die von einer Firma recycel-ten Brackets 018 microgTag Ni-Ionenabgabe

RasterelektronenmikroskopischeemspUntersuchungenBei den in der Flamme recycelten Brackets wurden bis zu 5 Restadhaumlsiv auf der Basis festgestellt (Abbildung 4) Die im Saumlurebad recycelten Brackets wiesen bis zu 25 und die mit Big Jane recycelten Brackets 20 bis 25 Restadhaumlsiv an der Bracketbasis auf Auch die durch eine Firma recycelten Bra-ckets hatten noch bis zu 5 Restadhaumlsiv auf der Bracketbasis

Je nach eingesetzter Methode wiesen die recycelten Brackets einen unterschiedlich starken Korrosionsbefall auf (vergl Ab-bildung 5) Die in der Flamme recycelten Brackets wiesen bei der Betrachtung unter dem Rasterelektronenmikroskop deut-lich mehr Korrosionsspuren auf (im Slotbereich zwischen 50 und 60 auf der Basis zwischen 70 und 75) Die im Saumlurebad und mit Big Jane recycelten Brackets hatten Korrosionsspuren im Slotbereich zwischen 35 und 40 an der Bracketbasis zwi-schen 45 und 55 Bei den durch die Firma recycelten Brackets konnten Korrosionsspuren im Slotbereich von etwa 30 und an der Basis von bis zu 20 festgestellt werden

Es waren deutlich mehr Slotbeschaumldigungen (etwa 40minus45) bei den flammenrecycelten Brackets festzustellen als bei den mit anderen Methoden recycelten Brackets (Abbildung 6) Die im Saumlurebad recycelten Brackets und die durch die Firma recycel-ten Brackets zeigten zwischen etwa 10 und 15 Slotbeschaumldi-gungen Bei den mit Big Jane recycelten Brackets lagen die Slot-beschaumldigungen bei houmlchstens 10

the new and recycled brackets at 25times magnification By enclos-ing a precision glass scale with 10 microm resolution during image acquisition the slot floor width and slot entrance width of each bracket could be measured below and above the rounded edges respectively (Figure 2) In addition Vickers microhardness was determined using a hardness testing machine (ZHV 20Z25 Zwick-Roell Ulm Germany) at HV1 (1 kilopond being equal to 9807 N) in accordance with DIN EN ISO 6507ndash12005 [15] Mean values were derived from measurements taken on five lo-cations equally distributed over the base body and wings of each bracket

Shear bond strength in accordance with DIN 13990-1 [14] was evaluated using Transbond XTtrade (3 M Unitek Monrovia CA USA) as the adhesive As this parameter is key to the quality of reconditioning bracket bases the test version including adhe-sive test objects on the bracket base Special care was taken to strictly adhere to the DIN standard in preparing the test objects and taking measurements [performed in a material testing ma-chine (ZmartPro Zwick-Roell)] at a crosshead speed of 1 mmmin

Friction measurements in an orthodontic measurement and simulation system (OMSS) were taken last [2 5] The ldquosimulated tooth movementsrdquo upon which these are based have been exten-sively described in various publications [2 5 11] They are done by bonding the bracket system of interest to a Frasaco model and ligating an archwire 041times056 mm2 (16times22 remaniumreg DENTAURUM Ispringen Germany) onto it After connecting the canine bracket in question to a torqueforce sensor of the OMSS an orthodontic force is applied to the bracket via a NiTi tension spring A tooth movement is calculated from the force acting on the bracket and is then automatically executed and cyclically repeated by the OMSS The difference between the

Figure 2 Optical micrograph of a bracket slot at 25times magnification following recycling by a commercial provider Note the precision glass scale (2 mm) en-closed for image acquisition Arrows indicate measurement sites

Abbildung 2 Lichtmikroskopische Aufnahme eines Bracketslots in 25-facher Vergroumlszligerung eines durch einen kommerziellen Anbieter recycelten Brackets sowie der zur Skalierung mitfotografierte Praumlzisionsglasmaszligstab (2 mm) Die Pfeile geben die Messstellen an



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force acting on the bracket and the force of the NiTi spring indi-cates the amount of frictional loss

Each of the tests listed above was performed on ten brackets in each recycling group and on ten new brackets Mean values and standard deviations were derived for all parameters tested Paired t-tests were conducted to evaluate results for statistical significance wherever applicable

Results

CorrosionemsptestingStatic immersion testing yielded similar levels of nickel-ion re-lease from new and recycled brackets (Figure 3) At approxi-mately 015 microgday we noted similar levels of nickel-ion re-lease with the new brackets those recycled by direct flaming and those recycled in an acid bath A value of 017 microgday was obtained from the brackets that had been treated in the Big Jane unit while the brackets returned by the commercial pro-vider yielded 018 microgday

ScanningemspelectronemspmicroscopyemspfindingsUp to 5 of residual adhesive was observed on the bracket bases after direct flaming (Figure 4) Brackets recycled in an acid bath exhibited up to 25 and those recycled in the Big Jane unit 20ndash25 of residual adhesive on their bases Even the brackets recycled by a commercial provider still revealed up to 5 of residual adhesive on their bases Traces of corrosion var-ied according to the recycling technique employed (Figure 5) On the brackets recycled by direct flaming considerably larger areas were affected by corrosion (50minus60 in the slot area and 70minus75 on the base) On those recycled in an acid bath or in the Big Jane unit traces of corrosion amounted to 35minus40 in the slot area and 45minus55 at the bracket base On the brackets recycled by a commercial provider approximately 30 of cor-

LichtmikroskopischeemspUntersuchungemspvonemspDimensionsaumlnde-rungenemspdesemspBracketslotsDie Breiten am Slotboden und die Breiten am Sloteingang sind in Abbildung 7 dargestellt Die Breiten des Bracketslots am Eingang lagen bei allen recycelten Brackets zwischen 055 und 060 mm und bei den neuen Brackets bei 057 mm Die Breiten der Bracketslots am Boden der nach verschiedenen Methoden recycelten Brackets waren sehr unterschiedlich im Vergleich zu den neuen Brackets (057 mm) Die Breiten am Boden des Bracketslots der in der Flamme recycelten Brackets wiesen 051 mm im Saumlurebad recycelten Brackets weniger als 050 mm auf Die mit dem Geraumlt Big Jane recycelten Brackets und die von einer Firma recycelten Brackets hatten gleiche Werte von 054 mm am Boden des Bracketslots

Die Dimensionsaumlnderungen am Slotboden der recycelten Brackets gegenuumlber den neuen Brackets waren durchweg signi-fikant (plt005) Die Ergebnisse der bei der Firma recycelten Brackets im Vergleich zu den im Geraumlt Big Jane recycelten Bra-ckets unterschieden sich nicht signifikant und zwischen den im Saumlurebad recycelten und den flammenrecycelten Brackets gab es ebenfalls keine signifikanten Unterschiede (pgt005)

Die Ergebnisse der t-Tests der Breite des Sloteingangs zeigten zu einem groszligen Teil nicht signifikante Dimensionsaumlnderun-gen Ausnahmen machten die im Saumlurebad und die durch die Firma recycelten Brackets Hier waren die Dimensionsaumlnde-rungen des Slots signifikant unterschiedlich

HaumlrteDie durchschnittlichen Haumlrtewerte nach Vickers HV1 der re-cycelten Brackets lagen zwischen 291 und 332 MPa (Abbil-dung 8) Die mittleren Haumlrtewerte waren fuumlr die flammenrecy-celten Brackets 314 MPa fuumlr die im Saumlurebad recycelten Bra-ckets 291 MPa fuumlr die im Geraumlt recycelten Brackets 298 MPa und fuumlr die durch die Firma recycelten Brackets 332 MPa Die

Figure 3 Daily nickel-ion release from a given bracket into the corrosive medi-um of a static immersion test

Abbildung 3 Nickelionenabgabe eines einzelnen Brackets pro Tag im Korro-sionsmedium eines statischen Immersionstests

Ni-i

on re

leas

e [micro

gda

y]

12

10

08

06

04

02

00New FRB ABRB BJRB CRB

Classication

5

4

3

22

1


Figure 4 Residual adhesive on the base of recycled brackets See Table 1 for abbreviations

Abbildung 4 Restadhaumlsiv an der Bracketbasis der recycelten Brackets Abkuumlr-zungen s Tabelle 1



rosion was noted in the slot area and up to 20 at the base Substantially greater degrees of slot damage (approximately 40minus45) were noted in the flame-recycled brackets than those recycled with other techniques (Figure 6) The brackets recy-cled in an acid bath or by a commercial provider revealed ap-proximately 10minus15 of slot damage while in the Big Jane unit slot damage did not exceed 10 in the brackets recycled

ChangesemspinemspslotemspdimensionemspunderemsplightemspmicroscopyThe widths measured at the slot floor and slot entrance are il-lustrated in Figure 7 The values for the latter (ie slot en-trance widths) ranged between 055 and 060 mm based on all recycled brackets and amounted to 057 mm in the new brack-ets The values for the former (ie slot floor widths) were very different in the recycled brackets compared to the 057 mm the new brackets presented Slot floor widths measured 051 mm in the flame-recycled brackets and lt050 mm in those recycled in an acid bath The bracket groups recycled either in the Big Jane unit or by a commercial provider revealed slot floor widths of 054 mm Compared to the new brackets the dimen-sional changes observed at the slot floor of the recycled brack-ets were invariably statistically significant (plt005) We ob-served no significant differences between the brackets recycled by a commercial provider or in the Big Jane unit or between the brackets recycled in an acid bath or by direct flaming (pgt005) Dimensional changes in terms of slot entrance width largely fell short of statistical significance in the t-tests per-formed Exceptions included the brackets recycled by the com-mercial provider and those recycled in an acid bath both of which revealed statistically different slot dimensions

neuen Brackets wiesen im Mittel Haumlrtewerte von 282 MPa auf Mit Ausnahme der bei der Firma recycelten Brackets fuumlr die ein Wert fuumlr plt05 und damit Signifikanz festgestellt wurde waren alle Haumlrtewerte nicht signifikant unterschiedlich zu neuen Brackets

ScherhaftfestigkeitDie Scherhaftfestigkeitswerte lagen bei etwa 10 MPa Die Er-gebnisse des t-Tests zu den Scherhaftfestigkeitswerten ver-schieden recycelter Brackets sind in Tabelle 3 zusammenge-fasst Alle Unterschiede erwiesen sich als nicht signifikant alle p-Werte lagen deutlich uumlber 005

ReibungDie im OMSS bestimmten Reibungsverluste aller Brackets lagen zwischen etwa 40 und 50 (Abbildung 9) Neue Bra-ckets ergaben einen Mittelwert von 38 flammenrecycelte Brackets mit dem Geraumlt Big Jane und von der Firma recycelte Brackets einen von 48 Die im Saumlurebad recycelten Brackets hatten Reibungsverluste von 40 Die Differenzen waren durchweg nicht signifikant

Diskussion

Die Funktion kieferorthopaumldischer Brackets waumlhrend einer Behandlung definierte Kraumlfte mittels Boumlgen oder Drahtele-menten auf die Zaumlhne zu uumlbertragen haumlngt hauptsaumlchlich von der Maszlighaltigkeit des Bracketslots ab Ist diese nicht gegeben so kommt es zu unkontrollierten Bewegungen oder Kippun-gen der zu behandelnden Zaumlhne und in Folge dessen zu houmlhe-ren Behandlungszeiten und -kosten

Classication

5

4

3

2

1

0New FRB ABRB BJRB CRB New FRB ABRB BJRB CRB

Classication

5

4

3

2

1

0ba

Figure 5 Bar graphs illustrating traces of corrosion on the base (a) and slot area (b) of brackets after exposure to different recycling methods compared to new brackets See Table 1 for abbreviations

Abbildung 5 Balkendiagramme der Korrosionsspuren auf der Bracketbasis (a) und im Slot-Bereich (b) der verschiedenen recycelten Brackets im Vergleich zu neuen Brackets Abkuumlrzungen s Table 1



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HardnessThe mean hardness values (Vickers HV1) of the recycled brackets ranged between 291 and 332 MPa (Figure 8) This range included 314 MPa for the brackets recycled by direct flaming 291 MPa for those recycled in an acid bath 298 MPa for those recycled in the Big Jane unit and 332 MPa for those recycled by a commercial provider The new brackets exhib-ited a mean hardness of 282 MPa The brackets recycled by a commercial provider were the only group whose difference from the new brackets was statistically significant (plt005)

ShearemspbondemspstrengthValues of approximately 10 MPa were obtained for shear bond strength The results of the t-tests to analyze this parameter in the various groups of recycled brackets are summarized in Table 3 As all the p values were well above 005 none of the differences involved were statistically significant

FrictionFrictional loss as determined by the OMSS ranged between ap-proximately 40 and 50 based on all brackets (Figure 9) A mean value of 38 was obtained for the new brackets A mean frictional loss of 48 was obtained in three groups of recycled brackets (direct flaming Big Jane commercial provider) com-pared to 40 in the remaining group (acid bath) No statisti-cally significant differences were observed

Discussion

The ability of orthodontic brackets to transmit forces to teeth via archwires or wire elements depends mainly on the dimen-sional stability of the bracket slot Lack of this dimensional sta-

Geklebte Brackets sollen auszligerdem waumlhrend der Behandlung mittels Adhaumlsiven an den Zaumlhnen haften Entsprechende Reten-tionen auf der Bracketbasis sorgen fuumlr eine form- und kraft-schluumlssige Verbindung Um jegliche toxische Nebenwirkung oder auch allergische Reaktion zu vermeiden muumlssen die fuumlr die Brackets verwendeten Materialien auszligerdem korrosionsbe-staumlndig gegen das Milieu in der Mundhoumlhle sein Es werden vie-le verschiedene Stahllegierungen zur Herstellung von Brackets eingesetzt

Das Wiederaufbereiten oder Recyceln von Metallbrackets er-fordert das Entfernen des Adhaumlsivs von der Basis durch ver-schiedene Prozesse wie Abbrennen Abaumltzen oder andere Vor-gehensweisen Anschlieszligend sollen sie wieder klinisch einge-setzt werden Die physikalischen und chemischen Bracketei-genschaften werden durch diese Aufbereitungsmaszlignahmen veraumlndert [6]

Die thermischen Wiederaufbereitungsverfahren (Recyceln durch Abflammen und mit dem Geraumlt Big Jane) sind fuumlr Metall-brackets nachteilig weil die erzeugten Temperaturen von zu-meist etwa 450degC das Gefuumlge [18] veraumlndern Dadurch kann die Haumlrte der Brackets veraumlndert werden und das Material versprouml-det Auszligerdem finden in jedem Fall Dimensionsaumlnderungen und Korrosion im Slot statt Sandstrahlen und jede Art des Polierens (z B elektrolytisch) fuumlhrt zu einem Metallabtrag von der Oberflaumlche Auch dies fuumlhrt zu Dimensionsaumlnderungen im Slot und kann Korrosion nach sich ziehen Chemische Verfah-ren sollen die am Bracket haftenden Adhaumlsivreste entfernen Hierfuumlr sind aggressive Loumlsungen erforderlich die nicht nur die Kleberreste entfernen sondern auch die Metalloberflaumlchen sel-ber angreifen Dieses fuumlhrt zu Aumlnderungen in den Slotdimen-sionen und zu Oberflaumlchenrauheiten die schlieszliglich wiederum die Korrosionsanfaumllligkeit erhoumlhen koumlnnen

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Figure 6 Bar graphs illustrating deformations at the base (a) and slot area (b) of brackets after exposure to different recycling methods compared to new brackets See Table 1 for abbreviations

Abbildung 6 (Balkendiagramme der Deformationen an der Bracketbasis (a) und im Slot-Bereich (b) der mit verschiedenen Methoden recycelten Brackets im Vergleich zu neuen Brackets Abkuumlrzungen s Table 1



bility will lead to uncontrolled movements or tilting of the teeth to be treated resulting in protracted treatment times and higher treatment costs

Another requirement for bonded brackets is that they adhere to teeth during treatment which is accomplished by an adhesive in conjunction with appropriate retaining elements at the brack-et base that ensure through their shape and force a lock in which the bracket remains firmly in place Furthermore to prevent toxic side effects or allergic reactions the materials used for brackets must resist corrosion in the oral cavity environment Brackets are made of a wide variety of steel alloys

Any reconditioningrecycling of metal brackets would re-quire all adhesive residues to be eliminated from the bracket

Bei allen in dieser Studie untersuchten Recyclingmethoden war verstaumlrkte Korrosion im Bracketslot zu registrieren die Maszlighaltigkeit des Bracketslots wurde in allen Faumlllen verschlech-tert und die Retentionen der Basen wurden in ihrer Struktur und Geometrie stark veraumlndert Auf allen recycelten Brackets war dennoch Restadhaumlsiv zu finden d h trotz nachteiliger Ver-aumlnderung dieser wichtigsten Bracketeigenschaften war eine vollstaumlndige Entfernung des Adhaumlsivs in keinem Falle erzielt worden Die Veraumlnderungen der Slotdimensionen beeinflussen das Torquespiel negativ die erhoumlhte Korrosionsanfaumllligkeit er-houmlht die Metallionenabgabe und durch die Veraumlnderungen der Basis kann die Passgenauigkeit der Brackets auf der Zahnober-flaumlche verschlechtert werden In Kombination mit den in den

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Figure 7 Analysis of bracket slots by light microscopy Measurements for slot floor width (green bars) and slot entrance width (blue bars) are displayed

Abbildung 7 Ergebnisse der lichtmikroskopischen Untersuchungen des Bracketslots Gemessene Breite des Slotbodens (gruumln) und des Sloteingangs (blau)

Figure 8 Mean values of Vickers hardness testing Only the value for the brack-ets recycled by a commercial provider was significantly elevated (plt005)

Abbildung 8 Mittelwerte der Haumlrtemessung nach Vickers Nur die kommer-ziell recycelten Brackets zeigten einen signifikant houmlheren Wert (plt005)

Figure 9 Force loss due to friction of recycled compared to new brackets ex-pressed in percent of the force applied

Abbildung 9 Reibungsverlust in Prozent der eingesetzten Kraft bei recycelten Brackets im Vergleich zu neuen Brackets

Table 3 Statistical comparisona between the various recycling methods regarding shear bond strength

Tabelle 3 Statistischer Vergleich der Scherhaftfestigkeit von Brackets nach Recycling mit unterschiedlichen Methoden

p

Recycledemspby

FRB ABRB BJRB CRB

NB 0801 0778 0730 0856

FRB 0559 0679 0311

ABRB 0993 0727

BJRB 0567aData are are given as p values obtained in t-tests None of the dif-ferences were found to be significantSee Table 1 for abbreviations

base While several processes (eg burning or etching) are in-volved in this effort to then reinsert brackets for clinical use the reconditioning techniques employed for this purpose are known to affect the physical and chemical properties of brackets [6]

The thermal modes of reconditioning used in this study in-cluded direct flaming and treatment in the Big Jane unit They are disadvantageous because the temperatures generated (usu-ally around 450deg C) change the structure of metal brackets [18] This may render the material brittle by changing its hardness Moreover dimensional changes and corrosion invariably occur in the slot area

Sandblasting and any kind of polishing (eg electrolytic pol-ishing) abrade metal particles from the surface which also leads to dimensional changes in the slot and may cause corrosion Chemical processes designed to eliminate adhesive remnants from brackets require the use of aggressive solutions Instead of just removing the adhesive however these solutions also affect the underlying metal leading to dimensional changes in the slot and surface roughness which can eventually increase suscepti-bility to corrosion

All recycling techniques evaluated in this study revealed an association with enhanced corrosion in the bracket slots They all affected the dimensional stability of the bracket slots and considerably changed the structure and geometry of the retain-ing elements at the bracket base None of these changed the fact however that we still observed residual adhesive on all the recy-cled brackets In other words any type of reconditioning was found to degrade the most essential properties of orthodontic brackets while invariably failing to thoroughly eliminate the ad-hesive

Changed slot dimensions adversely affect torque play while greater susceptibility to corrosion increases the metal-ion re-lease and alterations in the bracket base may compromise the fit on the tooth surface These drawbacks combined with the pres-ence of residual adhesive in the retaining elements can be ex-pected to reduce the shear bond strength on enamel although a reduction of this type was not observed at the interface between the bracket base and adhesive in our experimental design

It would even appear questionable that in-office recondition-ing of individual brackets (eg sandblasting and electrolytic polishing) makes sense from a business viewpoint since when all is said and done the savings generated by recycling are un-likely to compare favorably with the material and labor costs incurred

The results of our study are generally in line with those of pre-vious investigations Maijer and Smith [10] demonstrated that corrosion resistance was reduced in commercially recycled brackets Sfondrini et al [17] and Tsui-Hsien et al [19] analyzed corrosive media of new and recycled brackets for their nickel content arriving at the same finding as we did in this study ie that the values were higher in the media of all recycled brackets Likewise previous investigations by Hixson et al [9] led to find-ings of changed slot dimensions in recycled brackets similar to our results Eliades et al [6] compared new metal brackets to commercially recycled brackets (Mini Diamondtrade Ormco



Glendora CA USA) reporting that the metallographic struc-ture and hardness especially in the area of the bracket wings changed in the various bracket groups Their finding that recy-cled brackets showed increased hardness was confirmed by other authors [3 6] Our study also revealed significantly in-creased hardness values in the brackets recycled by a commer-cial provider (Figure 8) Reddy et al [16] investigated the shear bond strength of new versus recycled metal brackets making the same finding as we did that despite structural alterations in the bracket bases shear bond strength was not significantly modified

With the exception of the OMSS we exclusively relied on standardized processes widely applied in materials testing in the present study The various methods are comprehensively docu-mented in the literature Some are implemented in international standards notably methods used to test corrosion shear bond strength and hardness [13 14 15] Few dedicated investigations into the material-related properties of metal brackets after recy-cling are available in the dental literature At the time of writing this article the PubMed database returned only 28 pertinent studies published since 1980 and most are strictly confined to single material-related parameters

As evident in our results for nickel-ion release even these standard methods can approach the limits in terms of detection As apparent from the extremely wide error bars the nickel-ion concentrations measured were close to the detection limit of the mass spectrometer This limitation rather than being a method-ical flaw reflects the very low nickel-ion release from the speci-mens examined

We plan to carry out comprehensive investigations into brackets by other manufacturers However it must be kept in mind that our experimental design was very time-consuming As we aimed to test the entire methodology in a well-structured experimental design we focused in this study on a single brack-et system offered by a specific manufacturer Additional investi-gations will follow

Legal aspects

Relevant provisions for Germany are laid down in sect 4 MPG (ldquoMedizinproduktegesetzrdquo Medical Devices Act) in sect 10 MPG together with paragraphs 78 of sect 6 MPV (ldquoMedizinproduk-teverordnungrdquo Medical Devices Ordinance) and in sect 4 MPBe-treibV (ldquoMedizinprodukte-Vertreiberordungrdquo Medical Devices Operator Ordinance) Violations may be punishable by fines and other penalties The MRP does not per se forbid the recy-cling of single-use devices If it is certain that a single-use de-vice can be safely applied to fulfill its intended purpose con-siderations of sustainability may be weighed against the single-use requirement Legal responsibility for any damage rests with the operatorclinician or if contractually agreed with the commercial recycler [21]

Retentionen verbliebenen Adhaumlsivresten ist anzunehmen dass sich die Scherhaftfestigkeit auf Zahnschmelz reduziert auch wenn dies fuumlr den Verbund BracketbasisAdhaumlsiv hier nicht festgestellt werden konnte

Letztlich erscheint es auch aus betriebswirtschaftlichen Gruumlnden fraglich ob es sinnvoll ist (einzelne) Brackets im eige-nen Labor z B durch Sandstrahlen und Elektropolieren aufzu-bereiten Die Kosten fuumlr Material und Arbeitszeit liegen wahr-scheinlich in keiner adaumlquaten Relation zu den Einsparungen

Insgesamt entsprechen die Ergebnisse dieser Studie denen vorhergehender Untersuchungen Maijer und Smith [10] haben in Ihrer Arbeit gezeigt dass die Korrosionsbestaumlndigkeit von kommerziell recycelten Brackets sinkt Sfondrini et al [17] so-wie Tsui-Hsien et al [19] analysierten den Nickel(Ni)-Gehalt von Korrosionsmedien neuer und recycelter Brackets mit dem Ergebnis dass alle recycelten Brackets wie in unserer Untersu-chung einen erhoumlhten Ni-Wert im Korrosionsmedium hervor-riefen Auch vorherige Untersuchungen von Hixson et al [9] ergaben aumlhnliche Ergebnisse zu den Dimensionsaumlnderungen des Slots recycelter Brackets wie die hier vorgestellte Studie Eliades et al [6] verglichen neue gebrauchte und kommerziell recycelte Metallbrackets (Mini Diamondtrade Ormco Glendora CA USA) Die Ergebnisse zeigten eine veraumlnderte metallogra-phische Struktur und Haumlrte der unterschiedlichen Bracketgrup-pen insbesondere im Bereich der Bracketfluumlgel Diese erhoumlhten Haumlrtewerte fuumlr recycelte Brackets wurden auch von anderen be-staumltigt [3][6] In der hier vorgestellten Untersuchung waren ebenso die Werte der von der Firma recycelten Brackets signi-fikant houmlher (Abbildung 8) Reddy et al [16] untersuchten die Scherhaftfestigkeit von neuen und recycelten Metallbrackets und kamen minus ebenso wie wir minus zu dem Ergebnis dass sich die Scherhaftfestigkeit trotz struktureller Veraumlnderung der Bra-cketbasen nicht signifikant veraumlnderte

Bei den eingesetzten Methoden handelt es sich bis auf das OMSS durchweg um standardisierte Verfahren der Werkstoff-pruumlfung Die einzelnen Untersuchungsmethoden sind in der werkstoffwissenschaftlichen Literatur umfassend beschrieben und z T in internationalen Normen umgesetzt Dies betrifft insbesondere die Pruumlfung der Korrosion der Scherhaftfestig-keit und der Haumlrte [13 14 15] Explizite materialtechnische Untersuchungen recycelter Metallbrackets sind in der zahnme-dizinischen Literatur selten nur 28 Eintraumlge von 1980 bis heute konnten in der Literaturdatenbank PubMed gefunden werden wobei diese meistens nur einzelne materialtechnische Analysen beinhalten

Auch wenn es sich um Standardmethoden handelt so kann die Aufloumlsung teilweise an ihre Grenzen stoszligen wie die Ni-Er-gebnisse zeigen Die extrem groszligen Fehlerbalken verdeutlichen dass die gemessenen Ni-Ionenkonzentrationen nahe an der Nachweisgrenze des Massenspektrometers liegen Das ist kein Fehler der Methode sondern liegt an der sehr geringen Ni-Io-nen-Abgabe der untersuchten Proben

Umfassende Studien mit Brackets anderer Hersteller sind vorzusehen Dabei muss beruumlcksichtigt werden dass die vorge-



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Clinical conclusions

All manufacturers of orthodontic brackets and bands have de-signed and labeled these products for single use From a busi-ness and economic viewpoint there is a good case for recondi-tioning brackets to help lower costs in the healthcare sector Recycled brackets could enable clinicians to offer less expen-sive treatment after duly informing their patients In this in-vestigation however we demonstrate that reconditioning can degrade the most essential properties of orthodontic brackets while still failing to thoroughly eliminate the adhesive in all the elements evaluated In our view the fact that recondition-ing may be more economical does not justify the acceptance of risks associated with the material-related changes involved Hence the intended ldquofor single use onlyrdquo indication should be taken seriously

Conflict of interestOn behalf of all authors the corresponding author states that there are no conflicts of interest

stellten Untersuchungsmethoden in der Summe sehr zeitauf-wendig sind Aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit und zum Test der gesamten Methodik haben wir uns zunaumlchst auf nur ein Bra-cketsystem eines Herstellers konzentriert Weitere Untersu-chungen werden folgen

Rechtliche Situation

Zu beachten sind besonders sect 4 MPG (Medizinproduktege-setz) sect 10 MPG in Verbindung mit sect 6 Absatz 7 und 8 MPV (Medizinprodukteverordnung) sowie sect 4 MPBetreibV (Medi-zinprodukte-Vertreiberordung) Verstoumlszlige koumlnnen buszliggeld-pflichtig und strafbar sein Grundsaumltzlich ist laut MPG das Re-cyceln von Einwegprodukten nicht verboten Wenn die Erfuumll-lung der Zweckbestimmung und der Anwendungssicherheit trotz Deklaration des Einmalgebrauchs gegeben sind kann die Aufbereitung unter dem Anspruch der Nachhaltigkeit abge-wogen werden Im Schadensfall geht die juristische Verant-wortung zu Lasten des Betreibers (Zahnarzt) bzw ndash soweit vertraglich vereinbart ndash des Aufbereiters [21]

Klinische Schlussfolgerungen

Brackets und Baumlnder werden von allen Herstellern zum Ein-malgebrauch hergestellt und deklariert Betriebs- und volks-wirtschaftlich gesehen waumlre eine Wiederaufbereitung ein gutes Argument fuumlr eine Senkung der Kosten auch im Gesundheits-wesen Der Zahnarzt koumlnnte nach Aufklaumlrung des Patienten durch recycelte Brackets eine guumlnstigere Behandlung anbieten Die vorgestellte Studie hat gezeigt dass sich wesentliche Bra-cketeigenschaften signifikant verschlechtert haben obwohl das Adhaumlsiv in keinem Fall restlos aus den Retentionen entfernt werden konnte Ein wirtschaftlicher Vorteil durch die Wieder-aufbereitung kann unserer Ansicht nach die Risiken aufgrund der Materialveraumlnderungen nicht rechtfertigen Die Zweckbe-stimmung bdquonur fuumlr den einmaligen Gebrauchrdquo sollte daher ernst genommen werden

InteressenkonfliktDer korrespondierende Autor gibt fuumlr sich und seine Koauto-ren an dass kein Interessenkonflikt besteht

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morphology of slots and bases of stainless steel brackets and on the shearpeel bond strength J Orthod 28231ndash236

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8 Geis-Gerstorfer J Weber H (1985) Der Einfluss von Kaliumrhodanid auf das Kor-rosionsverhalten edelmetallfreier Dentallegierungen Dtsch Zahnaumlrztl Z 4087ndash91

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10 Maijer R Smith DC (1986) Biodegradation of the orthodontic bracket system Am J Orthod Dentofacial Orthop 90195ndash198

11 Husmann P Bourauel C Wessinger M Jaumlger A (2002) The frictional behavior of coated guiding archwires J Orofac Orthop 63199ndash211

12 McClea CP Wallbridge DJ (1986) Comparison of tensile and shear strength of new and recycled orthodontic metal brackets N Z Dent J 8211ndash14

13 Norm DIN EN ISO 102712011ndash10 (D) Zahnheilkunde ndash Korrosionspruumlfverfahren fuumlr metallische Werkstoffe (ISO 102712011) Deutsche Fassung EN ISO 102712011



Correspondence addressDr rer nat Susanne ReimannOral Medical TechnologyRhenish Friedrich-Wilhelm University of BonnWelschnonnenstrasse 1753111 Bonn Germanye-mail susannereimannuni-bonnde

14 Norm DIN 13990ndash12009ndash05 Zahnheilkunde ndash Pruumlfverfahren fuumlr die Scherhaft-festigkeit von Adhaumlsiven fuumlr kieferorthopaumldische Befestigungselemente ndash Teil 1 Verbund der Grenzflaumlchen Adhaumlsiv-Befestigungselement und Adhaumlsiv-Zahn-schmelz

15 Norm DIN EN ISO 6507ndash12006ndash03 Metallische Werkstoffe ndash Haumlrtepruumlfung nach Vickers ndash Teil 1 Pruumlfverfahren (ISO 6507ndash12005) Deutsche Fassung EN ISO 6507ndash1 2005

16 Reddy YN Varma DP Kumar AG et al (2011) Effect of thermal recycling of metal brackets on shear and tensile bond strength Contemp Dent Pract 12287ndash294

17 Sfondrini MF Cacciafesta V Maffia E et al (2010) Nickel release from new conven-tional stainless steel recycled and nickel-free orthodontic brackets an in vitro study Am J Orthod Dentofacial Orthop 137809ndash815

18 Sernetz F (2005) Recycling von kieferorthopaumldischen Produkten ist ein Risiko Kieferorthopaumldie Nachrichten 65ndash7

19 Tsui-Hsien H Shinn-Jyh D Yan M et al (2004) Metal ion release from new and recycled stainless steel brackets Eur J Orthod 26171ndash177

20 (2012) httpwwwortho-cleandedas-kalte-verfahrenhtml Accessed 15 Aug 2012

21 Kramer A (ed) Exner M Schneider A et al (2006) Ethische hygienische und ju-ristische Gesichtspunkte der Aufbereitung von Medizinprodukten ndash August 2006 Gemeinsame Stellungnahme des Vorstands der Deutschen Gesellschaft fuumlr Krankenhaushygiene (DGKH) und der Zentralstelle der Laumlnder fuumlr Gesund-heitsschutz bei Arzneimitteln und Medizinprodukten (ZLG) httpwwwkran-kenhaushygienedepdfdata060915_dgkh_stellungnahme_aufbereitungpdf Accessed 15 Aug 2012



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Conclusionemsp Recycling was found to significantly reduce the corrosion resistance and dimensional stability of orthodontic brackets As the savings generated by recycling do not justify the risks involved the practice of labeling orthodontic brackets for single use remains a responsible precaution that safeguards pa-tients and orthodontists against definite risks

KeywordsOrthodonticsemspemspBracketemspemspRecyclingemspemspMaterialsemsptesting

Introduction

Orthodontic brackets can be recycled by eliminating adhesive remnants from the rear surface for subsequent reuse A number of processes (eg direct flaming with a Bunsen burner heat treatment in a furnace or chemical dissolution) have been used for this purpose [1] Strictly speaking these processes do not constitute true recycling involving recovery of the material as such rather their purpose is to recondition brackets so that they can be rebonded Given the considerable expense of some bracket designs the first attempts to recycle them in the same way as other medical-grade materials date back to the 1980s These attempts were however encumbered by the problem of removing the adhesive remnants from the mesh-style bonding surface of the brackets without damaging the material and structure

The most important commercial bracket-recycling tech-niques utilize thermal or chemical processes to eliminate any residual adhesive from the base [1] Approaches based on burn-ing the adhesive off the base (destroying the base structure) are usually followed by electrolytic polishing to remove any oxi-dized areas [3]

It is also possible to use chemical solvents in conjunction with high-frequency vibrations and electrochemical polishing [3] Reconditioning with chemical solvents is usually done at tem-peratures below 110 degC followed by exposure to heat for sterili-zation at 250 degC This approach yielded considerably better re-sults [4] The methods that have just been outlined are predom-inantly performed in office laboratories or even chairside In addition several commercial processes performed by special-ized companies are available [1 3 4 12]

Materials and methods

RecyclingemsptechniquesA total of 300 metal brackets (equilibriumreg Dentaurum Is-pringen Germany) were evaluated either new or after expo-sure to various reconditioning techniques including a Bunsen burner flame an acid bath a reconditioning unit (Big Jane E3762 Esmadent IL USA) and a process offered by an exter-nal company

The flaming technique was performed as reported by Buch-man [3] Brackets were exposed to the flame of a Bunsen burner

brauch bestimmtrdquo ist deshalb eine verantwortliche Maszlignahme die den Patienten und den Kieferorthopaumlden vor klaren Risiken schuumltzt

SchluumlsselwoumlrterKieferorthopaumldieemspemspBracketemspemspRecyclingemspemspMaterialanalyseemsp

Einleitung

Unter Recycling von kieferorthopaumldischen Brackets versteht man das Entfernen der Klebstoffreste von der Ruumlckseite mit-tels verschiedener Prozesse wie z B Abflaumlmmen mit einem Bunsenbrenner Abbrennen im Ofen Loumlsen mit Chemikalien usw und einem anschlieszligenden erneuten Einsatz [1] Streng genommen handelt es sich hierbei nicht um ein echtes Recyc-ling bei dem der Werkstoff zuruumlckgewonnen wird sondern nur um eine Aufbereitung mit anschlieszligender Wiederverwen-dung Bereits in den 1980er-Jahren wurden erste Versuche unternommen die teils sehr teuren Brackets wie anderes hochwertiges medizinisches Material zu recyceln Problema-tisch war dabei die Entfernung der Adhaumlsivreste aus der ma-schenartigen Klebeflaumlche der Brackets ohne diese in Material und Struktur zu beschaumldigen

Die zwei wichtigsten kommerziellen Verfahren zur Wieder-verwertung von kieferorthopaumldischen Brackets sind der Einsatz thermischer Verfahren und chemischer Verfahren zum Entfer-nen des Klebstoffs von und aus der Basis [1] Meist erfolgt nach dem Wegbrennen des Adhaumlsivs mit Zerstoumlrung der Basisstruk-tur des Brackets ein elektrolytisches Polieren zur Beseitigung oxidierter Bereiche [3] Auch die Anwendung von chemischen Loumlsungsmitteln in Kombination mit hochfrequenten Schwin-gungen und elektrochemischem Polieren wird berichtet [3]

Der Prozess mit chemischen Loumlsungsmitteln wird meist bei einer Temperatur von unter 110degC durchgefuumlhrt gefolgt von einer Waumlrmebehandlung bei 250degC fuumlr die Sterilisation Dieses Verfahren brachte wesentlich bessere Erfolge [4] Neben den be-schriebenen Methoden die uumlberwiegend im Praxislabor zum Teil sogar auch Chairside durchgefuumlhrt werden existieren auch kommerzielle von verschiedenen Firmen angebotene Verfah-ren [1 3 4 12]

Material und Methodik

RecyclingInsgesamt wurden 300 Metallbrackets (equilibriumreg DEN-TAURUM Ispringen Deutschland) untersucht Es handelte es sich um neue Brackets und um mit verschiedenen Recycling-Methoden aufbereitete Diese wurden vorab in einer Bunsen-brennerflamme im Saumlurebad mit dem Geraumlt Big Jane (E3762 Esmadent IL USA) und von einer Firma recycelt

Das Abflaumlmmen wurde nach der Buchman-Methode [3] durchgefuumlhrt Die Brackets wurden 5 bis 10 Minuten in die Flamme eines Bunsenbrenners gehalten Anschlieszligend wurden















New brackets NB









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