Evaluation of the Cytotoxicity and Mechanical Strength of Dental Duplex Stainless Steel Orthodontic Wire

The stainless steel wire is extensively used for the orthodontic treatment. But, the stainless steel wire that has commonly superior corrosion resistance has caused hypersensitive reaction or allergy as side effects because of corrosion in the oral environment. For improving the problem of corrosion, we was evaluated the suitability of the duplex stainless steel(DSS) as orthodontic wire through this study. The DSS wire was evaluated the mechanical strength and bio-stability for suitability and bio-compatibility as orthodontic wire. In this work, the DSS and stainless steel(SS) as common use of medical grade were prepared for the tensile strength test. The DSS wire were treated by heat. and Temperature conditions of the heat treatment were $28^{\circ}C$, $500^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $700^{\circ}C$, $800^{\circ}C$, $900^{\circ}C$, respectively. And the DSS wires that treated by heat on the optimum temperature condition were conducted the bending moment test and calculated the S-Max value and the modulus of elasticity. For evaluating the bio stability, each materials were conducted in vitro test for measuring the cell survival rate. The most interesting results was that the tensile strength test of SS wire($8.17\times10^4\;N/mm^2$) and DSS wire($8.05\times10^4\;N/mm^2$) that treated at $500^{\circ}C$ by heat were similar in mechanical strength. In the bio-stability study, the DSS has no cytotoxicity (p=0.05) Thus, we could make a conclusion that the duplex stainless steel wire has vastly superior corrosion resistance was suitable as orthodontic wire.

치과 교정용 듀플렉스 스테인리스 스틸 와이어의 기계적 강도 및 세포독성 평가

치과 교정치료를 위하여 스테인리스 선재가 널리 사용되고 있다. 그러나 내식성이 우수한 스테인리스강 선재가 복합적인 구강환경에서 부식되어 구강조직에 과민반응 또는 이상반응이 발생되고 있다. 이러한 문제를 보완하기 위하여 본 연구에서는 초내식성의 듀플렉스 스테인리스 선재를 교정용 선재로 제시하고 자 한다. DSS선재의 교정용 선재로 제시하기 위하여 기계적 강도와 생물학적 안정성을 평가하였다. 기계적 강도는 상용 교정용 SS선재와 6종의 열처리(실온($28^{\circ}C$), $500^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $700^{\circ}C$, $800^{\circ}C$, $900^{\circ}C$)를 실시한 DSS선재를 이용하여 인장강도시험을 실시하였다. 그리고 최적의 강도를 가지는 열처리 조건에서 제작된 DSS선재를 이용하여 굽힘 모멘트 시험을 실시하여 최대 응력과 탄성계수를 산출하였다. 그리고 생물학적 안정성 평가를 위하여 세포성장률 시험을 실시하였다. 선재를 이용하여 금속용출배지를 만들어 세포를 배양 후 세포성장률을 관찰하였다. 기계적 강도 평가 결과 SS선재($8.17\times10^4\;N/mm^2$)와 DSS500($8.05\times10^4\;N/mm^2$)선재가 유사한 기계적 강도를 가졌다(p=0.05). 생물학적 안전성 평가 결과 세포 독성이 없는 것으로 나타났다(p=0.05). 따라서 본 연구에 제시한 초내식성의 듀플렉스 스테인리스 선재가 교정용 선재로 사용이 가능한 것으로 판단된다.