Scanning electron microscopy evaluation of enamel surfaces using different air-polishing powders in the orthodontic setting: an in vitro study

Abstract

Purpose The aim of this in vitro study was to quantify and compare changes of the enamel surface caused by periodical use of different air-polishing powders during multibracket therapy.

Methods Bovine high-gloss polished enamel specimens were air-polished using an AIR-FLOW® Master Piezon with maximum powder and water settings. Each specimen was blasted with sodium bicarbonate (AIR-FLOW® Powder Classic, Electro Medical Systems, Munich, Germany) and erythritol (AIR-FLOW® Powder Plus, Electro Medical Systems). Blasting duration was adapted to the powders’ cleaning efficacy and corresponded to 25 air-polishing treatments in a patient with braces. A spindle apparatus ensured uniform guidance at a distance of 4 mm and a 90° angle. Qualitative and quantitative assessments were performed with the use of low vacuum scanning electron microscopy. Following external filtering and image processing, arithmetical square height (Sa) and root mean square height (Sq) were determined.

Results Both prophy powders caused a significant increase in enamel roughness. Surfaces blasted with sodium bicarbonate (Sa = 64.35 ± 36.65 nm; Sq = 80.14 ± 44.80 nm) showed significantly (p < 0.001) higher roughness than samples treated with erythritol (Sa = 24.40 ± 7.42 nm; Sq = 30.86 ± 9.30 nm). The observed defects in enamel structure caused by sodium bicarbonate extended across prism boundaries. Prism structure remained intact after air-polishing with erythritol.

Conclusion Both applied air-polishing powders led to surface alterations. Despite shorter treatment times, sodium bicarbonate was significantly more abrasive than erythritol. Clinicians must compromise between saving time and abrasively removing healthy enamel.

Ziel Das Ziel dieser In-vitro-Studie war es, Veränderungen der Schmelzoberfläche, die durch die periodische Verwendung verschiedener Air-Polishing-Pulver während der Multibracket-Therapie verursacht wurden, zu quantifizieren und zu vergleichen.

Methoden Hochglanzpolierte Rinderschmelzproben wurden mit einem AIR-FLOW® Master Piezon mit maximalen Pulver- und Wassereinstellungen bestrahlt. Jede Probe wurde mit AIR-FLOW® Pulver Classic (Natriumbikarbonat) und AIR-FLOW® Pulver Plus (Erythritol) gestrahlt. Die Strahldauer wurde an die Reinigungswirkung der Pulver angepasst und entsprach 25 Pulver-Wasserstrahl-Behandlungen bei einem Patienten mit Brackets. Eine Spindelvorrichtung gewährleistete eine gleichmäßige Führung des Handstücks im Abstand von 4 mm und einem Winkel von 90°. Mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops wurden qualitative und quantitative Bewertungen durchgeführt. Nach externer Filterung und Bildbearbeitung wurden die mittlere arithmetische Höhe (Sa) und die mittlere quadratische Höhe (Sq) bestimmt.

Ergebnisse Beide Air-Polishing-Pulver verursachten eine signifikante Zunahme der Schmelzrauheit. Mit bikarbonathaltigem Pulver (Sa = 64,35 ± 36,65 nm; Sq = 80,14 ± 44,80 nm) bestrahlte Oberflächen zeigten eine signifikant (p < 0,001) höhere Rauheit als mit erythritolhaltigem Pulver (Sa = 24,40 ± 7,42 nm; Sq = 30,86 ± 9,30 nm) behandelte Proben. Die beobachteten Defekte in der Schmelzstruktur, die durch das bikarbonathaltige Pulver verursacht wurden, überschritten die Prismengrenzen. Nach dem Einsatz von erythritolhaltigem Pulver blieb die Prismenstruktur intakt.

Schlussfolgerung Beide getesteten Air-Polishing-Pulver führten zu Oberflächenveränderungen. Trotz kürzerer Behandlungszeiten zeigte sich das bikarbonathaltige Pulver deutlich abrasiver als das erythritolhaltige. Kliniker müssen einen Kompromiss zwischen Zeitersparnis und abrasivem Entfernen von gesundem Zahnschmelz eingehen.