In un articolo pubblicato di recente sulla rivista Frontiers in Materials , i ricercatori hanno riportato lo sviluppo di allineatori ortodontici utilizzando la tecnologia quadridimensionale (4D).

 

Studio: potenziale applicazione della tecnologia 4D nella fabbricazione di allineatori ortodontici . Credito immagine: G Estudios Multimedia/Shutterstock.com

I ricercatori hanno studiato e valutato le forze prodotte dagli allineatori polimerici a memoria di forma stampati tridimensionali (3D), noti anche come allineatori quadridimensionali (4D).

Sfondo
L’estetica è una delle considerazioni più importanti per i pazienti che cercano un trattamento odontoiatrico. Il trattamento con allineatori ortodontici ha guadagnato popolarità negli ultimi dieci anni. Poiché gli allineatori sono trasparenti, praticamente non rilevabili e facilmente rimovibili durante il pasto, lo spazzolino e l’uso del filo interdentale, presentano significativi vantaggi estetici, di comfort e di igiene orale rispetto agli apparecchi fissi.

 

Un tipodonte personalizzato (T), un allineatore stampato in 4D (A) e una stecca grigia (S). Credito immagine: Elshazly, TM et al., Frontiere nei materiali

Gli allineatori ortodontici sono diventati più efficienti con lo sviluppo della scansione digitale, della stampa 3D e della tecnologia CAD-CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing). Tuttavia, i ricercatori cercano costantemente di migliorare l’efficacia del trattamento. Per accelerare biologicamente il movimento dei denti, è stata introdotta una varietà di approcci. I polimeri a memoria di forma (SMP) sono uno dei materiali più recenti per entrare nel mondo dell’odontoiatria, in particolare per scopi ortodontici. Hanno molto potenziale per l’uso in medicina.

Tuttavia, c’è una scarsità di ricerca sull’uso degli SMP negli allineatori ortodontici. La stampa 3D di materiali a memoria di forma è la base per la tecnologia di stampa 4D. I componenti stampati in 4D possiedono la capacità di alterare la forma nel tempo (la quarta dimensione) a seconda dell’ambiente circostante. Si prevede che le nuove applicazioni di stampa 4D nel settore della progettazione di prodotti cresceranno man mano che gli SMP continuano a migliorare.

 

Circa lo studio
Nel presente studio, la rettifica della malposizione del dente 21 (un incisivo centrale mascellare) mediante allineatori stampati in 4D con valori di spessore di 0,8 e 1,0 mm è stata valutata mediante la sovrapposizione di scansioni consecutive (acquisite e iniziali) su un modello tipodonte. I ricercatori hanno utilizzato ClearX v.1.1 (un materiale stampabile in 3D) con capacità di memoria di forma termoreattiva per produrre allineatori trasparenti ortodontici, chiamati anche allineatori 4D.

Un modello tipodonte è stato impiegato come conferma precoce del movimento del dente. Lo studio ha utilizzato un semplice caso ortodontico in cui un solo dente (dente 21) è stato spostato fisicamente, mentre i denti rimanenti sono stati mantenuti fissi nella resina e sono stati utilizzati per tenere in posizione l’intero allineatore. Negli esperimenti di flessione a tre punti (3-PB), le forze massime generate su una deflessione di 2 mm da campioni di fogli di alluminio sono state stimate a varie temperature.

Un dispositivo biomeccanico su misura (sistema di misurazione e simulazione ortodontica [OMSS]) è stato utilizzato anche per valutare le forze generate dagli allineatori 4D sui movimenti/recupero della forma del dente 21 a diverse temperature.

 

Sistema di misurazione e simulazione ortodontica (OMSS): una replica in resina con un allineatore stampato in 4D è montata nel sistema. Il dente 21 da analizzare è stato collegato a un sensore 3D controllato da computer. I momenti e le forze misurati vengono registrati e la tavola di posizionamento motorizzata simula il movimento del dente analizzato. Credito immagine: Elshazly, TM et al., Frontiere nei materiali

Osservazioni
In questo studio, gli allineatori 4D sono stati in grado di ottenere un grande spostamento del dente (2,5 ± 0,5 mm) senza differenze significative tra i vari spessori sul tipodonte. Le forze di deflessione massime misurate a 20, 30, 37, 45 e 55 °C erano rispettivamente di 3,8 ± 1,1, 2,5 ± 0,9, 1,7 ± 0,6, 1,0 ± 0,4 e 0,5 ± 0,4 N nel test 3-PB. Gli allineatori da 0,8 mm hanno fornito forze di 0,3 ± 0,1, 0,2 ± 0,1 e 0,7 ± 0,2 N sullo spostamento palatale del dente 21 a 37, 45 e 55 °C, rispettivamente, mentre gli allineatori da 1,0 mm hanno esercitato forze di 0,3 ± 0,1, 0,3 ± 0,1 e 0,6 ± 0,2 N, rispettivamente.

L’allineatore a memoria di forma è riuscito a ottenere un movimento considerevole del dente 21 sul tipodonte, nonché un movimento congruente nell’OMSS. Il movimento ottenuto con un allineatore a memoria di forma era più o meno uguale a quello ottenuto con 10 allineatori convenzionali.

La forza massima generata su una deflessione di 2 mm a temperature nell’intervallo da 37 a 55 °C (intervallo di temperatura di attivazione del materiale) con uno spessore della lamiera di 1 mm con una campata nell’intervallo da 1,20 a 0,50 N. È stato inoltre osservato che all’aumentare della temperatura, le forze massime diminuiscono, che possono essere attribuite al fatto che il calore provoca un rammollimento di tali materiali termoplastici avviando il distacco dei legami secondari corrispondenti ai legami incrociati, indebolendo così il materiale.

Anche le forze generate misurate dall’OMSS (0,30–0,70 N) a varie temperature, ovvero 37, 45, 55 °C, rientravano nell’intervallo delle forze ortodontiche fisiologiche consentite. Le forze prodotte a 50 °C erano più forti di quelle prodotte a 37 °C. Rispetto alle forze a 37 e 55 °C, c’è stato un calo delle forze a 45 °C. Fatta eccezione per l’OMSS a 55 °C, gli allineatori più spessi non hanno avuto un impatto importante sulla forza generata.

Conclusioni
In conclusione, questo studio ha dimostrato la capacità di un allineatore stampato in 3D composto da SMP (allineatore 4D) di muovere i denti utilizzando forze ortodontiche biocompatibili a seguito di un’adeguata stimolazione termica all’interno dell’intervallo di temperatura orale. Hanno anche riferito che le temperature di recupero e deformazione hanno il maggiore impatto sulle proprietà di memoria di forma dei materiali stampati in 4D.

Fonte
Elshazly, TM, Keilig, L., Alkabani, Y., et al. Potenziale applicazione della tecnologia 4D nella fabbricazione di allineatori ortodontici. Frontiere nei materiali 8

Lo studio a questo indirizzo https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmats.2021.794536/full

Di Fantasy

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