BIOMATERIALI IN ODF
1. Introduzione
Il principio generale dell’ortodonzia è quello di spostare i denti nelle tre dimensioni dello spazio. Questi movimenti dentali saranno realizzati in particolare mediante l’installazione nell’ambiente orale di un dispositivo ortodontico, il più delle volte metallico, comprendente dei blocchi incollati o sigillati ai diversi denti, uno o più fili ortodontici in ogni arcata a seconda della tecnica utilizzata, nonché vari ausiliari. Questi dispositivi sono sempre realizzati in leghe .
2. Metalli
2.1. Definizione di metallo
Si ritiene che il metallo sia l’unione di milioni di atomi metallici.
Questi atomi possono essere identici: è il caso del metallo puro.
A causa delle sue deboli proprietà, vengono utilizzate leghe metalliche, che si presentano come una miscela di più metalli puri, generalmente ottenuta dopo fusione e raffreddamento.
Gli atomi di queste leghe sono disposti in siti la cui disposizione è descritta da un reticolo cristallino.
2.2. Acciaio inossidabile
L’acciaio è una lega il cui componente principale è il ferro. Economici, gli acciai sono ovunque intorno a noi: ponti metallici, automobili, pinze e anelli ortodontici… Per l’uso biomedico, dovevano essere realizzati perfettamente inossidabili, in modo che non si corrodessero nell’ambiente orale.
Gli acciai ortodontici sono resi inossidabili dalla presenza nella lega di metalli con caratteristiche particolari: nichel e cromo .
- Acciaio inossidabile.
- Resistenza all’usura.
Cromo:
- Aumenta la durezza
- Dona lucentezza agli acciai.
Ancora oggi è molto popolare e ampiamente utilizzato. È caratterizzato da una buona malleabilità ed è molto facile da modellare.
Gli archi in acciaio inossidabile possono essere saldati o brasati per la fabbricazione di apparecchi ortodontici.
Queste leghe sono composte da ferro, cromo, nichel e meno del 2% di carbonio.
L’acciaio inossidabile a filamento singolo ha un basso coefficiente di attrito, il che significa che si oppone solo a basse forze di attrito al movimento dei denti.
I fili multi-trefolo possono essere intrecciati in sezione rotonda o rettangolare, attorcigliati attorno a un filo coassiale oppure intrecciati.
2.3. L’Elgiloy
Si tratta di una lega composta principalmente da cobalto, cromo e nichel, sviluppata dalla Elgin Watch Company negli anni ’50.
La lega è disponibile in quattro tipologie diverse, a seconda della sua resilienza, differenziate da quattro colori diversi (stessa composizione, ma proprietà meccaniche diverse).
- Blue Elgiloy: è il più popolare, non è molto resistente, consigliato per piegature significative o per la saldatura.
- Elgiloy giallo: è più resistente
- Elgiloy verde: è semi-resiliente
- Elgiloy rosso: è resistente e fragile.
Il trattamento termico consente di aumentare il limite elastico e di aumentare la resilienza fino a un valore prossimo a quello dell’acciaio inossidabile.
2.4. Leghe per brasatura
Saldatura a base di stagno – Saldatura a base di argento – Saldatura a base di oro
Nella fabbricazione di dispositivi ortodontici è difficile evitare parti composte da più parti e il loro assemblaggio continua a rappresentare un problema.
2.4.1. La brasatura
La brasatura è il metodo di giunzione convenzionale utilizzato in odontoiatria. Consiste nell’unire tra loro elementi metallici mediante l’interposizione di un materiale d’apporto la cui composizione è diversa e la cui temperatura di fusione è inferiore a quella della lega base.
L’ortodontista utilizza una saldatura d’argento con flusso disossidante, incorporato o meno, e un cannello a gas.
L’uso del cannello a gas comporta tutti gli svantaggi del surriscaldamento, dell’imprecisione, della rottura e degli effetti del bimetallismo, compreso il rischio di corrosione in bocca.
La saldatura è quindi fonte di rotture, di ossidazione dei dispositivi e, in certi casi, di allergie alla bocca;
I fili ortodontici hanno proprietà elastiche specifiche per l’uso a cui sono destinati. È quindi fondamentale non modificarne il comportamento elastico e non ossidarne la superficie.
2.4.2. Saldatura laser
La saldatura è l’unione di due parti metalliche o di determinati prodotti sintetici, effettuata termicamente.
La saldatrice è composta da un dispositivo laser, da componenti ottici per guidare il raggio e da un’area di lavoro per consentire la movimentazione e il posizionamento del pezzo da saldare.
A differenza della brasatura, con la saldatura laser è possibile ottenere il posizionamento esatto degli elementi, senza possibilità di deformazione, per una perfetta aderenza.
Garantisce una fusione puntuale del materiale, senza riscaldare le zone
Bordi per garantire una qualità ineguagliabile delle parti saldate.
In bocca non si verifica ossidazione e quindi nessun rilascio di ioni metallici a seguito dell’azione della saliva.
2.5. Leghe nichel-titanio
Grazie alla loro flessibilità e memoria di forma, queste leghe sono sempre più utilizzate e in commercio ne sono disponibili un’ampia varietà di marche. Il nichel è combinato con un metallo più nobile, il titanio.
La padronanza dei processi di lavorazione dei metalli spiega in parte l’evoluzione delle proprietà offerte dalle diverse leghe Ni-Ti proposte agli ortodontisti a partire dai primi archi Ni-Ti, commercializzati nel 1972 con il nome generico di Nitinol.
Le leghe nichel-titanio presentano quindi proprietà pseudoelastiche legate all’esistenza di una trasformazione di fase allo stato solido.
Questa trasformazione avviene tra le cosiddette temperature “basse” e “alte”, senza diffusione, in maniera quasi istantanea e senza modifica della composizione chimica della lega. Ciò provoca un cambiamento strutturale dislocante attraverso lo spostamento cooperativo degli atomi su distanze molto brevi.
2.5.1. Nitinolo
Storicamente , troviamo il Nitinol ( Nichel , Titanio , Naval Ordnance Laboratory ), inventato da Buehler nel 1960. Composto principalmente da nichel (52%) e titanio (45%) .
- Il nitinol non offre le caratteristiche di superelasticità e memoria di forma.
- Il suo bassissimo modulo di elasticità gli consente di resistere a grandi flessioni elastiche.
- Il nitinol può produrre una forza inferiore, più costante e più continua rispetto all’acciaio di sezione equivalente.
- Ha una superficie meno liscia dell’acciaio, il che aumenta le forze di attrito.
- Infine, il Nitinol non può essere saldato.
2.5.2. Nitinol cinese
Si tratta di una lega Ni-Ti sviluppata dal team del Dottor Tien Hua Cheng, presso l’Istituto generale di ricerca sui metalli non ferrosi di Pechino.
Il Ni-Ti cinese ha una maggiore elasticità rispetto al Nitinol.
2.5.3. Memoria di forma e Ni-Ti superelastico
Possono subire una deformazione apparentemente plastica e poi riacquistare completamente la loro forma iniziale con un semplice riscaldamento.
L’interesse di queste due proprietà, superelasticità e memoria di forma, si manifesta durante le fasi di disattivazione dei fili dove le forze ripristinate saranno leggere e pressoché costanti.
3. Serrature metalliche
L’attacco o blocco ortodontico, in inglese bracket , è un dispositivo fissato a ciascuno dei denti di un’arcata che può essere incollato al dente o saldato ad un anello e funge da intermediario tra il dente da spostare o immobilizzare e l’effettore meccanico che costituisce la parte attiva dell’apparecchio ortodontico. L’attrito è per definizione una forza che rallenta il moto relativo di due oggetti a contatto.
In ortodonzia, è determinato dalla natura dell’attacco e dell’arco: dal materiale, dalla qualità della sua lavorazione, dalla finitura superficiale, dalla larghezza e profondità della scanalatura, dalla distanza tra gli attacchi, dal metodo di legatura.
Negli ultimi anni molte serrature sono state modificate per ridurre la superficie della scanalatura a contatto con il filo, in modo da ridurre le forze di attrito.
3.1. Materiali utilizzati
3.1.1. Acciaio inossidabile: il materiale più comunemente utilizzato per la produzione di attacchi metallici è l’acciaio inossidabile.
Questa lega è stata proposta per le protesi dentarie nel 1920. Inizialmente, l’acciaio inossidabile era
Progettato per resistere alla corrosione piuttosto che allo stress meccanico.
Questi acciai contengono, oltre al ferro, una certa percentuale in peso di nichel, cromo, carbonio, molibdeno, manganese, cobalto, niobio.
3.1.2. Titanio
Di recente, l’impiego di attacchi in titanio, realizzati tramite iniezione, apre nuovi orizzonti. Le proprietà meccaniche sono equivalenti a quelle dell’acciaio, con una migliore resistenza alla corrosione e nessun rilascio di nichel.
3.1.3. Leghe cromo-cobalto
– Questa lega è biocompatibile e priva di nichel.
– La staffa è realizzata in un unico pezzo con base integrata marcata al laser.
– Non presenta alcuna corrosione galvanica.
3.2. Progettazione e utilizzo
Mezzi di fissaggio degli attacchi ortodontici
- Anelli sigillati con attacco saldato: gli attacchi vengono saldati su anelli adattati a ogni tipo di dente.
- Fissaggi incollati: le basi sono dotate di speciali sistemi di fissaggio che possono essere meccanici o chimici.
3.3. Metodi di fabbricazione
Gli elementi di fissaggio possono essere in metallo tagliato, in metallo fuso o stampati a iniezione.
– La lavorazione degli acciai è difficile e costosa, soprattutto se la lega ha un’elevata durezza.
– Lo svantaggio degli attacchi fusi o iniettati è che sono meno resistenti. La gola è meno precisa e meno levigata, il che sembra aumentare l’attrito. Le ritenzioni di base sono meno efficaci rispetto a quelle con griglia segnalata, il che riduce la forza del legame
- CAD/CAM (progettazione e produzione assistita da computer): gli attacchi linguali di tipo Incognito vengono realizzati a partire da un’impronta ad alta precisione e dalla digitalizzazione dei modelli.
Le staffe sono completamente progettate utilizzando un software specifico.
4. Conclusion
I biomateriali sono ampiamente e unanimemente utilizzati per la fabbricazione di apparecchi ortodontici . Costituiscono quindi la maggior parte dell’arsenale terapeutico meccanico.
In qualità di professionista utilizzatore, l’ortodontista si assume la responsabilità delle attrezzature e dei materiali utilizzati e sarà direttamente ritenuto responsabile in caso di reazione anomala. Deve quindi conoscere la normativa relativa all’uso dei dispositivi medici e i suoi obblighi in materia di materiovigilanza (norme, tracciabilità, ecc.).
BIOMATERIALI IN ODF
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