口腔内環境におけるインビザライン素材の機械的特性、表面形態、構造、組成の変化について

Changes in mechanical properties, surface morphology, structure, and composition of Invisalign material in the oral environment.

抄録

序論:

インビザライン材料の機械的特性は、特許で保護された原材料にアクセスできないため、ほとんど調査されていない。本研究の目的は、臨床応用前後のインビザライン熱成形アライナー素材について、機械的特性、表面形態、内部構造、化学組成の変化などを系統的に評価することである。

INTRODUCTION: The mechanical properties of Invisalign material have rarely been explored because of the inaccessibility of the patent-protected raw material. The purpose of this study was to systematically evaluate the Invisalign thermoformed aligner material before and after clinical application, including mechanical properties, surface morphology, internal structure, and chemical composition changes.

方法は以下の通りです。:

4人の患者から20セットのインビザラインアライナーを無作為に採取した。ダイナミックメカニカルアナライザーを用いて引張試験、応力緩和試験、クリープ試験を行い、フーリエ変換赤外分光法を用いてアライナー表面の分子変化を捉え、走査型電子顕微鏡と透過型電子顕微鏡を用いて表面形態と内部構造の変化を観察し、走査型透過型電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分析を用いて臨床応用前後でのこの材料の化学組成の変化を検出した。

METHODS: Twenty sets of "as-received" (0-week) and retrieved (2-week; worn for 2 weeks, 20 ± 2 hours per day) Invisalign aligners were randomly collected from 4 different patients. Tensile tests, stress relaxation, and creep tests were carried out with a dynamic mechanical analyzer to characterize the changes in the mechanical properties of this material, Fourier transform infrared spectroscopy was used to capture the molecular changes on the surface of these aligners, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy were used to observe the changes in surface morphology and internal structure, and scanning transmission electron microscopy-energy dispersive x-ray analysis was used to detect any changes in the chemical composition of this material before and after clinical application.

結果:

弾性率は，0週目の試料が842±63MPa，2週目の試料が806±19MPaで，有意な差はなかった。また，2時間の応力緩和後の相対応力は，0週目が19.89±2.25％，2週目が15.91±6.04％であり，有意な差は認められなかった。走査型電子顕微鏡による観察では，2週間後のサンプルの表面にボイドや剥離の兆候が見られ，走査型透過電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分析では，臨床使用中にアルミニウムなどの微量元素が放出される可能性が指摘された。また，フーリエ変換赤外分光分析や透過型電子顕微鏡による観察結果は極めて安定しており，この素材の表面の分子構造や内部構造は口腔内環境下で比較的安定していることが示された。

RESULTS: The elastic modulus of 0-week and 2-week samples were 842 ± 63 MPa and 806 ± 19 MPa, respectively, with no significant difference. In addition, the relative stress after stress relaxation of 2 hours was 19.89 ± 2.25% and 15.91 ± 6.04% for 0-week and 2-week groups, respectively, with no significant difference. Scanning electron microscopy observations showed voids and signs of delamination on the surface of the 2-week samples, and scanning transmission electron microscopy-energy dispersive x-ray analysis indicated the possible release of trace elements during clinical use, such as aluminum. Results of Fourier transform infrared spectroscopy analysis, and transmission electron microscopy observations were quite stable, indicating that the molecular structure on the surface and the internal structure of this material were relatively stable under the oral environment.

結論から言うと:

2週間の臨床使用により，表面形態に若干の欠陥が見られたが，機械的特性には大きな差はなかった。微量元素が臨床使用中に溶出する可能性があり，アレルギー患者にとっては特有の危険性がある。

CONCLUSIONS: The surface morphology showed some defects after the clinical use of 2 weeks; however, there was no significant difference in mechanical properties. Trace elements may release out during clinical use and may pose a specific danger to allergic patients.