MODİFİYE EDİLMİŞ TÜKÜRÜK ÇÖZELTİLERİNİN ORTODONTİK TELLER ÜZERİNE ETKİSİNİN KLASİK DENEY TASARIM YÖNTEMİ İLE BELİRLENMESİ

Transkript

1 MODİFİYE EDİLMİŞ TÜKÜRÜK ÇÖZELTİLERİNİN ORTODONTİK TELLER ÜZERİNE ETKİSİNİN KLASİK DENEY TASARIM YÖNTEMİ İLE BELİRLENMESİ Özet: Kasım Baynal*, Gözde Sultan Altuğ**, H. İbrahim Ünal** * Kocaeli Üniversitesi, Endüstri Mühendisliği Bölümü **Kocaeli Üniversitesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü kbaynal@yahoo.com; gsultan_altug@hotmail.com; iunal@kocaeli.edu.tr Çene ortopedisini yakından tanımlayacak ve bu konu ile yakın ilgili ilk deyim olarak nitelendirilebilecek Orthodontia teriminin kullanılması XIX. yüzyılın ilk yarılarında rastlanan bir olaydır. Ortodontik tedavide diş üzerine yay, tel veya özel lastiklerle bir kuvvet uygulanarak kuvvetin yönünde bir hareket oluşturulur. Hareket eden dişin önünde geçici bir süre için kemik dokusu yıkımı olurken hareketin aksi yönde ise yeni kemik dokusu yapılır ve böylece dişler, yeni bir kemik yuvasına otururlar. Paslanmaz çelik, titanyum alaşımları ve kobalt-krom alaşımları, ortodontik uygulamalarında en yaygın kullanılabilen alaşım sistemleridir. Her bir alaşım sistemi için mekanik özelliklerin yanında özellikle korozyona karşı dirençli olmaları bir avantaj sunmaktadır. Ortodontik tel kullanımının söz konusu olduğu uygulamalarda tükürük salgısı, flor içerikli diş macunları, asit içerikli yiyecek ve içeceklere karşı korozyon direncinin yüksek olması daima istenen bir durumdur. Bu çalışmada; klasik deney tasarım metodu ile, ortodontik uygulamalarda yaygın bir şekilde kullanılan NiTi, β-ti ve FeCrNi alaşımlarının flor ve asit katkılı Fusuyama çözeltisi içerisinde 14 ve 8 günlük etkileşimleri sonrasındaki korozyon davranışları analiz edilmiştir. Varyans analizi ve hipotez testleri ile, parametreler arası etkileşim irdelenmiş ve grafiklerle de ifade edilmiştir. Anahtar kelimeler: Deney tasarımı, Ortodontik teller, Korozyon 1. Giriş 1.1. Ortodontik Tellerde Korozyon Davranışı Paslanmaz çelik, titanyum alaşımları ve kobalt-krom alaşımları, ortodontik uygulamalarında en yaygın kullanılabilen alaşım sistemleridir. Her bir alaşım sistemi için mekanik özelliklerin yanında özellikle korozyona karşı dirençli olmaları bir avantaj sunmaktadır. Ortodontik tel kullanımının söz konusu olduğu uygulamalarda ise tükürük salgısı, flor içerikli diş macunları, asit içerikli yiyecek ve içeceklere karşı korozyon direncinin yüksek olması daima istenen bir durumdur [1-5]. Asidik içecekler ve yiyecekler içerdikleri sodyum klorür iyonları nedeni ile korosif bir ortamın oluşmasına kaynak teşkil eder. Flor içerikli diş macunları veya ağız yıkama amaçlı çözeltiler de benzer bir etki sunabilmektedir. Tüm bunlar söz konusu iken ortodontik telin korozyonu kaçınılmaz olacaktır [6-7]. Metalik malzemenin ortodontik uygulamalarda kullanımı açısından yüksek elastik modüle sahip olması ve kolay şekillendirilmesi önemlidir. Diğer taraftan malzemenin biouyumluluk göstermesi kullanımı için kolaylık sağlamaktadır. Metalik malzemelerin biyouyumluluğu, korozyon davranışı ile önemli derecede ilişkilidir. Korozyon söz konusu iken malzemede meydana gelen hasarlarının (örneğin; çukurcuk oluşumları vb.) yanında kimyasal reaksiyonların bir sonucu olarak metalik çözünmeler de gerçekleşecektir. Genel olarak metalik biyomalzemeden yayılan metal iyonları insan sağlığı için zararlıdır. İyonların yayılımı dokularda istenmeyen reaksiyonların oluşmasına neden olabilir. Alaşımdaki bu iyon yayılma davranışı korozyon oranına karşılık gelmektedir. Nikel esaslı ortodontik tellerde nikelin ana 65

2 metalden serbestleşmesi halinde alerjiye neden olabilen ve toksitesi yüksek bileşenler oluşabilmektedir. [8-10]. Titanyum ve titanyum alaşımlarının korozyon direnci, TiO olarak tanımlanan yüzeyindeki pasif filmin varlığından kaynaklanmaktadır. Termodinamik olarak kararlı olan oksit film matriksi korumakta ve iyi bir korozyon direnci ile mükemmel bir biyouyumluluk sağlamaktadır.[11] 1.. Deney Tasarımı Deney tasarımını, 190 lerde, istatistik biliminin babası sayılan İngiliz İstatistikçi Sir Ronald Fisher tarafından, tarım alanında araştırmalar yaparken bulunmuş ve geliştirilmiştir. Fisher, ayrıca, deney verilerinin analizi için bugün klasik sayılan varyans analizi yöntemini de geliştirmiştir. Yöntem, kısa bir süre içinde, Amerika'da tarım sektöründe üretimin geliştirilmesi için yoğun olarak uygulanmış ve Amerika'nın bu alanda dünya lider konumuna gelmesine büyük katkıda bulunmuştur. Deneyler, herhangi bir süreç veya sistem ile ilgili yeni bulgular keşfetmek amacıyla, pek çok alanda yapılmaktadır. Her bir deney, İstatistik literatüründe, aslında bir sınamadır. Başka bir deyişle deney, bir süreç veya sistemin girdi değişkenlerinde yapılan anlamlı değişikliklerin, çıktı üzerinde oluşturduğu değişim şeklini ve nedenini belirlemek amacıyla gerçekleştirilen sınama veya sınama gruplarıdır. [1] Deney tasarım ve analiz aşamalarında istatistik yaklaşımını kullanabilmek için, üzerinde çalışılacak konunun açıkça ifade edilmesi ve anlaşılması, verilerin toplanma şekli ve bu verilerin nasıl analiz edileceğinin belirlenmesi gerekmektedir. Deney tasarım aşamaları şunlardır: 1. Problem seçme ve tanımlama. Faktörleri, seviyelerini ve aralıklarını seçme 3. Çıktı değişkeninin seçilmesi 4. Deney tasarımını seçme 5. Deneyi gerçekleştirme 6. Verilerin istatistik analizlerini yapma 7. Sonuç ve öneriler Faktöriyel Düzenler Birçok deneyde, iki veya daha çok faktörün etkileri üzerine yapılır. Faktöryel tasarımlar da bu tür deneyler içinde en etkili olanlardandır. Faktöryel tasarım ile kastedilmek istenen, deneyin herbir koşulunda veya takrarlamalar ile, ilgilenilen faktörlerin bütün kombinasyanları incelenmektedir. İlk faktörün düzey sayısı a, ikinci faktörün düzey sayısı b,, k ıncı faktörün düzey sayısı k olsun. Bu durumda a b k faktöriyel düzeninde, a b k tane deneme kombinasyonu vardır denilir.[13] k Faktöriyel Tasarımlar Deneyde kullanılan faktörlerin sayısı k, yapılan gözlem sayısı n, tekrar sayısı r harfleri ile simgelenmektedir. Faktörler ve kalite değişkenleri alfabenin büyük harfleriyle gösterilmektedir. k yapılacak deney sayısını ifade etmektedir. 3 k Faktöriyel Tasarımlar Üç düzeyli k faktörün ürün performansına olan etkilerinin incelendiği tasarımdır. Ø k=1 3 1 = 3 Ø k= 3 =9 Ø k=3 3 3 =7 faktör ve etkileşimlerin etkileri incelenebilmektedir. 653

3 Üç etkenli dengeli bir deney tasarımında: A etkeninin düzeyleri A1, A,..., A ve bu düzeylerin etkileri a a1, a,..., a a B etkeninin düzeyleri B1, B,..., B ve bu düzeylerin etkileri b b1, b,..., b b C etkeninin düzeyleri C1, C,..., C ve bu düzeylerin etkileri c g1, g,..., g c ile gösterilsin. Etkenlerin düzeylerinin kombinasyonları olan etkileşimler ( ab),( ag),( bg),( abg) olmak üzere, n tekrarlı (tekerrürlü) bir deney tasarımında, düzey etkileri modeli ÏÔ i = 1,,..., a j = 1,,..., b Y = m+ a + b + g + ( ab) + ( ag) + ( bg) + ( abg) + Ô e,, e BND(0, s ) ijkl i j k ij ik jk ijk ijkl Ì : ijk e k = 1,,..., c Ô ÔÓ l = 1,,..., n biçimindedir. Deney tasarımında istatistiksel analizin en önemli safhası varyans analizi tablosunun oluşturulmasıdır. Varyans analizi tablosunda yer alan istatistikleri teorik olarak elde etmek çok emek istemektedir. Tablonun zor olan kısımlarından birisi, kareler ortalamalarının beklenen değerlerini bulunduran sütundur. Bununla ilgili olarak tablonun hazırlanmasını kolaylaştıran pratik kurallar geliştirilmiştir[14]. Deneysel Çalışmalar.1. Malzeme ve Yöntem Tellerde gerçekleşen korozyonu incelemek amacıyla öncelikle dört çeşit tel, üç farklı yapay tükürük ortamında korozyona tabi tutulmuş ve ağırlık kayıpları hassas terazi ile tartılarak incelenmiştir. Ardından makro yapı incelemeleri gerçekleştirilmiş ve korozyon hasarları tespit edilmiştir. Gözlemlenen korozyon bölgelerinin yüzey sertlik değerlerindeki değişim mikrosertlik ölçümü ile incelenmiştir. Deneylerde kullanılan ortodontik teller, literatürde ismi sıkça geçen ve ortodontistler tarafından sıkça kullanılan malzemelerden seçilmiştir. (CRAIG, 1996) Seçilen 18 8 kromnikel paslanmaz çelik, nikel-titanyum alaşımı, β-titanyum alaşımı ve kobalt-krom-nikel alaşımı tellerin kimyasal bileşimleri Çizelge 5.1 de verilmiştir. Teller; ortodontide uygulanan sabit tedavi yöntemleri de düşünülerek, üst diş tedavisi için kullanılan ve kavis formu olarak da en çok tercih edilen 0,016 x0,016 kare kesitinde Trueform TM I çeşidi seçilmiştir. Teller yapay tükürük çözeltilerine, o C - 37 o C sıcaklıklar arasında daldırılarak bırakılmış, her 7 günde bir 0,0001 hassasiyette ağırlık ölçümleri alınarak toplam 8 gün süre ile korozyona tabi tutulmuş ve ağırlık kaybı yöntemi ile korozyon hızları belirlenmiştir. [15] Tablo 1. Deneysel çalışmada kullanılan ortodontik tellerin kimyasal kompozisyonu. Alaşım Kimyasal kompozisyon Element / %-ağırlık NiTi alloy Ni/55 Ti/45 β-ti Ti/78 Mo/11.5 Zr/6 Sn/

4 FeCrNi Fe/70 Cr/0 Ni/10 3. Çalışmanın Klasik Deney Tasarım Metodu İle İncelenmesi Çalışmada 3 k çok faktörlü deney tasarım metodu kullanılmıştır. Diş teli türü 1.faktör, çözelti türü.faktör ve çözelti içinde bekleme süresi (gün) ise 3. faktör olarak seçilmiştir. Veriler tablo şeklinde düzenlenmiş, işlem kolaylığı olması için her bir değer 1000 ile çarpılmış ve 135 çıkarılmıştır Diş teli türü, çözelti türü, gün, çözelti-gün etkileşimi, diş teli türü- çözelti türü etkileşimi, diş teli türü-gün etkileşimi ve diş teli türü-çözelti türü-gün etkileşimlerinin her birisi için Serbestlik Derecesi, Kareler Toplamı ve Kareler Ortalaması değerleri hesaplanmış ve sonuçlar varyans çözümleme tablosunda gösterilmiştir. F oranları bulunarak hipotez testleri yapılmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Etkileşim grafikleri Minitab programı ile oluşturulmuştur. Model Denklemi: Yijkl= µ + Gi + Ij+ Çk+ GI ij+ GÇ ik+ IÇ jk+ GÇI ijk + ε ijk Tablo 3.1. Çalışmanın varyans çözümleme tablosu. Kaynak Sd KT KO Gi I j Çk GI ij GÇ ik IÇ jk GÇI ijk ε (ijk) Genel Şekil 1. Grafikte 0,14 ve 8. günlerde diş tellerinde meydana gelen kütlece kaybın % olarak ifadesi görülmektedir. Grafikte görüldüğü gibi en fazla kayıp β-titanyum Alaşımı telde görülmüştür. 655

5 Şekil. Çözelti türü, diş teli ve gün etkileşim grafiği görülmektedir. Çözelti Türleri A- modifiye edilmiş tükürük çözeltisi; B-asit içeren modifiyeli edilmiş tükürük çözeltisi ve C-flor içeren modifiye edilmiş çözeltisidir. Diş teli türü 1. Paslanmaz Çelik,. Beta Titanyum Alaşımı, 3. NiTi Alaşımı dır. Çözelti Türü ve Diş teli etkileşimini ifade eden 1. grafikte en fazla kütle kaybının ve dolayısıyla korozyon miktarının B çözeltisinde ve 1. diş telinde olduğu görülmektedir. 4. Sonuç Üç farklı yapay tükürük çözeltisi ile gerçekleştirilen ağırlık kaybı metoduyla yapılan deney tasarımı sonucunda; en fazla ağırlık kaybının bütün teller için NaF katkılı modifiyeli Fusuyama çözeltisinde gerçekleştiği görülmüştür. NaF katkılı modifiyeli Fusuyama çözeltisi içerisindeki flor iyonlarının, hidrojenin içyapıya atomsal olarak yayınması ve titanyum ile birleşip titanyum hidrür çökeltisi oluşturması doğrultusunda hidrojen gevrekliğinin artmasına neden olması ile söz konusu durum meydana gelmiştir. En fazla ağırlık kaybının görüldüğü nikel-titanyum alaşımı tellerin, nikel salınımı nedeni ile uzun süreli tedavilerde nikel alerjisine sebebiyet verebileceği sağlık açısından önemli bir bulgu olduğu literatürde yer almaktadır. Deney süresi uzatılarak daha sağlıklı sonuçlar elde edilmesi mümkündür. 5.Kaynaklar 1. House, K., Sernetz, F., Dymock, D., Sandly, J. R., Ireland, A. J., Corrosion of orthodontic appliances-should we care?, American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, 133 (4), , Al-Mayouf, A. M., Al-Swayih, A. A., Al-Mobarak, N. A., Al-Jabab, A. S., Corrosion behavior of new titanium alloy for dental implant applications, Saudi Dental Journal, 14 (3), , Widu, F., Drescher, D., Junker, R., Bourauel, C., Corrosion and biocompatibility of orthodontic wires. J Mater Sci Mater Med., 10, 75 81,

6 4. Raman, V., Tamilselvi, S., Nanjundan, S., Rajendran, N., Electrochemical Behaviour of Titanium and Titanium Alloy in Artificial Saliva, Trends Biomater. Artif. Organs, 18 (), , Iijima, M., Endo, K., Ohno, H., Yonekura, Y., Mizoguchi, I., Corrosion behavior and surface structure of orthodontic Ni-Ti alloy wires, Dent Mater J., 0 (1), , Schiff, N., Dalard, F., Lissac, M., Morgon, L., Grosgogeat, B., Corrosion resistance on three orthodontic brackets a comparative study of three flouride mouth washes, Eur. I. Orthod., 7, , Toumelin Chemla, F., Rouelle, F., Burdairon, G., Corrosive properties of fluoride containing odontologic gels against titanium, J. Dent., 4, , Ziębowicz, A., Walke, W., Barucha-Kępka, A., Kiel M., Corrosion behaviour of metallic biomaterials used as orthodontic wires, Journal of Achievements in Materialsand Manufacturing Engineering, 7 (), , Gursoy, S., Acar, A., Sesen, C., Comparison of metal release from a new and recycled bracket-archwire combinations, Angle Orthodontics, 75, 9-94, Schiff, N., Grosgogeat, B., Lissac, M., Dalard, F., Titanium alloys orthodontics wires: electrochemical study in fluoride dental rinses, European Cells and Materials, 9 (1), 45-47, Wang O. Y., Zheng, Y.F., The Electrochemical behaviour and surface analysis of Ti50Ni47.Co.8 alloy for ortodontic use, Dental Materials 4, 008, Can M., İstatistiksel Süreç Kontrolünde Deney Tasarımlı Süreç Optimizasyonu, Selçuk Üniversitesi, İstatistik Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, Konya, Şirvancı, M., Kalite İçin Deney Tasarımı Taguchi Yaklaşımı, Literatür Yayıncılık Ltd., Özdamar K., Deneyler Ünite 4, Anadolu Üniversitesi Yayınları. 15. Küçükyıldırım B.O., Ortodontik Tellerin Farklı Ortamlardaki Korozyon Davranışlarının İncelenmesi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul,