Caracterização mecânica, termodinâmica e química de fios CuNiTi ­ um estudo comparativo clínico e laboratorial / Mechanical, thermodynamic and chemical characterization of CuNiTi wires ­ a clinical and laboratory comparative study

RESUMO

Introdução: Os fios Copper Ni-Ti (CuNiTi) possuem indicações de uso clínico específicas, permanecendo no ambiente bucal por um longo período. Por esse motivo suas características mecânicas, termodinâmicas e estruturais devem ser preservadas durante todo o período de uso. Objetivos: Investigar se ocorrem alterações no comportamento mecânico, termodinâmico, estrutura e composição química superficial em fios CuNiTi 35°C submetidos ao envelhecimento in vivo (uso clínico) e in vitro (termociclagem), evidenciando as possíveis diferenças entre os métodos de envelhecimento. Material e Métodos: A amostra total foi constituída de 30 arcos pré-contornados 0.016", termodinâmicos com adição de cobre, e temperatura austenítica final (Af) de 35°C, da marca Ormco®. As análises destes fios resultaram em dois capítulos. Para o experimento clínico, 10 unidades de fios foram instaladas em 05 pacientes e permaneceram em meio bucal durante 30, 60 e 90 dias, e 05 fios foram analisados como recebidos (CR). A cada período, um hemiarco completo mais 1/3 (um terço) do hemiarco inferior direito foi retirado para análises. Para o experimento in vitro os 15 fios restantes foram submetidos à termociclagem para simulação do envelhecimento em ambiente oral durante 30 (600 ciclos), 60 (1200 ciclos) e 90 dias (1800 ciclos) com variação de temperatura entre 5°C e 55°C, com banhos de 90 segundos em cada temperatura, e transição de 15 segundos entre os banhos. Após cada período de envelhecimento in vivo e in vitro, os fios foram submetidos a um teste de padronização das suas dimensões através da medição dos diâmetros com paquímetro, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectrometria por Raios X Fluorescentes (FRX), ensaios de tração uniaxial e ensaio de Varredura Diferencial de Calorimetria (DSC). Resultados: No capítulo 1 a comparação entre os fios CR e os envelhecidos revelou que não houve diferença significativa entre os diâmetros das amostras, das forças obtidas ou mesmo das temperaturas Af, independentemente do tempo de permanência em boca. Foram encontrados predominantemente Ni, Ti, Cu e Al nas amostras, além de outros elementos químicos em concentrações variadas. No capítulo 2 não houve diferença significativa entre os diâmetros das amostras, das forças obtidas ou mesmo das temperaturas Af entre as amostras, independentemente do tempo ou do método de envelhecimento. Conclusão: As análises laboratoriais dos fios envelhecidos in vivo e in vitro foram comparadas, evidenciando que as características mecânicas, termodinâmicas e químicas dos fios permanecem estáveis mesmo até 90 dias de uso clínico ou 1800 ciclos de termociclagem. O método de envelhecimento in vitro se mostra uma alternativa viável para a análise destes parâmetros, em substituição aos métodos in vivo (AU).

ABSTRACT

Introduction: Copper Ni-Ti wires (CuNiTi) have specific indications for clinical use, remaining in the oral environment for a long period. For this reason, their mechanical, thermodynamic and structural characteristics must be preserved throughout the period of use of these materials. Objectives: To investigate whether there are changes in the mechanical, thermodynamic, structure and surface chemical composition of CuNiTi 35°C wires subjected to in vivo aging (clinical use) and in vitro (thermocycling), highlighting the possible differences between the aging methods. Material and Methods: The total sample was obtained from 30 pre-contoured Ormco® 0.016 thermodynamic archwires with copper addition and austenitic final temperature (Af) of 35°C. The analysis of these archwires resulted in two articles. For the clinical experiment, 10 units of wires were installed in 05 patients and remained in the oral environment for 30, 60 and 90 days, and 05 wires were analyzed as received. At each period, a complete hemiarch plus 1/3 of the right lower hemiarch was removed for analysis. For the in vitro experiment, the 15 remaining wires underwent thermocycling to simulate the aging of the oral environment for 30 (600 cycles), 60 (1200 cycles) and 90 days (1800 cycles) with a temperature range between 5°C and 55°C, with 90 second baths at each temperature, and 15 second transition between baths. After each in vivo and in vitro aging period, the wires underwent to a standardization test of their dimensions, by defining the diameters with a caliper, Scanning Electron Microscopy (SEM), Fluorescent X-Ray Spectrometry (FRX), tests of Uniaxial traction and Differential Scanning Calorimetry (DSC) test. Results: In chapter 1, the comparison between CR and aged wires revealed that there was no significant difference between the sample diameters, the forces obtained or even the temperatures Af, regardless the time spent in the mouth. Predominantly Ni, Ti, Cu and Al were found in the samples, in addition to other chemical elements in different concentrations. In chapter 2 there was no significant difference between the diameters of the samples, the forces obtained or even the temperatures Af between the samples, regardless of time or aging method. Conclusion: The comparison of the laboratoral analyzes of the archwires aged in vivo and in vitro showed that the mechanical, thermodynamic and the surface chemical characteristics were stable, even up to 90 days of clinical use or 1800 thermocycling cycles. The in vitro aging method is a viable alternative for the analysis of these parameters, replacing the in vivo methods (AU).