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. 2022 Jan;83(1):34-47.
doi: 10.1007/s00056-021-00292-4. Epub 2021 Apr 14.

Elution study of acrylic monomers from orthodontic materials using high performance liquid chromatography (HPLC)

B J Kux  1 , L M Bacigalupo  2 , A Scriba  2 , M Emmrich  2 , P-G Jost-Brinkmann  2
Affiliations

Elution study of acrylic monomers from orthodontic materials using high performance liquid chromatography (HPLC)

B J Kux et al. J Orofac Orthop. 2022 Jan.

Abstract
in English, German

Purpose: Main goal of the study was the identification and quantitative analysis of monomer elution from materials commonly used in fixed orthodontic therapy. Studies have shown severe health effects of monomers including cytotoxic, allergenic or mutagenic potential and endocrine changes. This in vitro study focusses primarily on five resins which are usually processed intraorally and remain in the oral cavity long-term.

Methods: We tested the elution of monomers from specimens (7.5 mm × 1.5 mm) immersed in artificial saliva at body temperature (37 °C) for 30 min to 5 weeks. The used method is in accordance with DIN EN ISO 10993-13. The five tested materials were BrackFix® (Voco GmbH, Cuxhaven, Germany), Triad®Gel (DeguDent GmbH, Hanau, Germany), and Transbond™ XT, LR and Plus (3M Unitek, Monrovia, CA, USA). All aliquots were analyzed using high performance liquid chromatography (HPLC). Data were statistically analyzed.

Results: All five analyzed materials eluted substances over a period of 5 weeks. Identified substances included bisphenol A (BPA), triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA) and urethane dimethacrylate (UDMA). BPA eluted from Transbond™ Plus, XT, LR and BrackFix®. The cumulated mean values after 35 days ranged from 16.04 to 64.83 ppm, depending on the material. TEGDMA eluted with a mean of 688.61 ppm from Transbond™ LR. UDMA with a mean of 1682.00 ppm from Triad®Gel. For each material the highest concentrations of all these substances were found in the first elution period. Other substances that were not equivocally identified or of low concentration also eluted.

Conclusion: Using the described method, it is possible to qualitatively and quantitatively determine the in vitro elution of monomers from orthodontic materials. The concentrations of the substances identified were below the current maximum recommended intake. However, a cumulative effect and low-dose effects should be considered for both patients and dental professionals, especially for young patients. Measures to reduce exposure patients and practitioners are suggested.

Zusammenfassung: ZIEL: Das übergeordnete Ziel dieser Untersuchung war die qualitative und quantitative Untersuchung gebräuchlicher kieferorthopädischer Materialien hinsichtlich ihrer Monomerfreisetzung. Studien haben erhebliche gesundheitliche Auswirkungen von Monomeren nachgewiesen, etwa ihr zytotoxisches, allergenes bzw. mutagenes Potenzial und endokrine Veränderungen. Diese In-vitro-Studie konzentriert sich vor allem auf 5 Kunststoffe, die in der Regel intraoral verarbeitet werden und langfristig dort verbleiben.

Methoden: Untersucht wurde die Freisetzung von Monomeren aus Proben (7.5 mm × 1.5 mm), die bei Körpertemperatur (37 °C) für 30 min bis 5 Wochen in künstlichen Speichel getaucht wurden. Die dabei verwendete Methode ist konform mit DIN EN ISO 10993-13. Die 5 getesteten Materialien waren BrackFix® (Voco GmbH, Cuxhaven), Triad®Gel (DeguDent GmbH, Hanau) und Transbond™ XT, LR und Plus (3M Unitek, Monrovia/CA, USA). Alle Aliquots wurden mit Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) analysiert.

Ergebnisse: Alle 5 analysierten Materialien eluierten Substanzen über einen Zeitraum von 5 Wochen. Zu den identifizierten Substanzen gehörten Bisphenol A (BPA), Triethylenglykol-Dimethacrylat (TEGDMA) und Urethan-Dimethacrylat (UDMA). BPA wurde aus Transbond™ Plus, XT, LR und BrackFix® eluiert. Die kumulierten Mittelwerte nach 35 Tagen reichten je nach Material von 16,04–64,83 ppm. TEGDMA eluierte mit einem Mittelwert von 688,61 ppm aus Transbond™ LR, UDMA mit einem Mittelwert von 1682,00 ppm aus Triad®Gel. Höchstwerte im Verhältnis von Menge zur Zeit der freigesetzten Substanzen wurden für jedes Material in der initialen Periode ermittelt. Weitere, nicht identifizierte sowie gering konzentrierte Substanzen wurden ebenfalls eluiert. Für jedes Material wurden die höchsten Konzentrationen all dieser Substanzen in der ersten Elutionsperiode gefunden. Andere Substanzen, die nicht eindeutig identifiziert wurden oder von geringer Konzentration waren, wurden ebenfalls eluiert.

Schlussfolgerung: Mit der beschriebenen Methode ist es möglich, die In-vitro-Elution von Monomeren aus kieferorthopädischen Materialien qualitativ wie quantitativ zu bestimmen. Die Konzentrationen der identifizierten Substanzen lagen unterhalb der derzeit empfohlenen maximalen Aufnahmemenge. Dennoch sollten eine kumulative Wirkung und Niedrigdosiseffekte sowohl für Patienten, vor allem für junge Patienten, als auch für das zahnärztliche Personal in Erwägung gezogen werden. Maßnahmen zur Verringerung der Exposition von Patienten und Behandelnden werden vorgeschlagen.

Keywords: Adhesives; Bisphenol A‑glycidyl dimethacrylate; Orthodontic appliances, fixed; Triethylene glycol dimethacrylate; Urethane dimethacrylate.

PubMed Disclaimer

Conflict of interest statement

B. J. Kux, L. M. Bacigalupo, A. Scriba, M. Emmrich and P.-G. Jost-Brinkmann declare that they have no competing interests.

Figures

Fig. 1
Fig. 1
Chromatogram of a monomer standard in artificial saliva with assignment of the peaks. Monomer abbreviations provided in Table 3 Chromatogramm eines Monomerstandards in künstlichem Speichel mit Zuweisung der Peaks. Abkürzungen für Monomere s. Tab. 3
Fig. 2
Fig. 2
Cumulated quantity of eluted urethane dimethacrylate (UDMA [μg]) from 1 g Triad®Gel. The red line indicates the progression of the mean values; the blue line of the median values of each measurement point from t0–t11. IQR interquartile range Kumulierte Menge von eluiertem UDMA (Urethan-Dimethacrylat [μg]) aus 1 g Triad®Gel. Die rote Kurve stellt die Entwicklung der errechneten Mittelwerte dar, die blaue Kurve die der Mediane über den Untersuchungszeitraum (t0–t11). IQR Interquartilbereich
Fig. 3
Fig. 3
Cumulated quantity of eluted bisphenol A (BPA; [μg]) from 1 g Transbond™ Plus. The red line indicates the progression of the mean values from t0–t11; the blue line of the median. IQR interquartile range Kumulierte Menge von eluiertem BPA (Bisphenol A; [μg]) aus 1 g Transbond™ Plus. Die rote Kurve stellt die Entwicklung der errechneten Mittelwerte über den Untersuchungszeitraum (t0–t11) dar, die blaue Kurve die der Mediane. IQR Interquartilbereich
Fig. 4
Fig. 4
Cumulated quantity of eluted bisphenol A (BPA; [μg]) from 1 g Transbond™ XT. The red line indicates the progression of the mean values from t0–t11; the blue line of the median. IQR interquartile range Kumulierte Menge von eluiertem BPA [μg] aus 1 g Transbond™ XT. Die rote Kurve stellt die Entwicklung der errechneten Mittelwerte über den Untersuchungszeitraum (t0–t11) dar, die blaue Kurve die der Mediane. IQR Interquartilbereich
Fig. 5
Fig. 5
Cumulated quantity of eluted triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA; [μg]) from 1 g Transbond™ LR. The red line indicates the progression of the mean values from t0–t11; the blue line of the median. IQR interquartile range Kumulierte Menge von eluiertem TEGDMA (Triethylenglykol-Dimethacrylat; [μg]) aus 1 g Transbond™ LR. Die rote Kurve stellt die Entwicklung der errechneten Mittelwerte über den Untersuchungszeitraum (t0–t11) dar, die blaue Kurve die der Mediane. IQR Interquartilbereich
Fig. 6
Fig. 6
Cumulated quantity of eluted bisphenol A (BPA; [μg]) from 1 g Transbond™ LR. The red line represents the progression of the mean values from t0–t11, the blue line of the median. IQR interquartile range Kumulierte Menge von eluiertem BPA (Bisphenol A; [μg]) aus 1 g Transbond™ LR. Die rote Kurve stellt die Entwicklung der errechneten Mittelwerte über den Untersuchungszeitraum (t0–t11) dar, die blaue Kurve die der Mediane. IQR Interquartilbereich
Fig. 7
Fig. 7
Cumulated quantity of eluted bisphenol A (BPA; [μg]) from 1 g BrackFix®. The red line represents the progression of the mean values from t0–t11, the blue line of the median. IQR interquartile range Kumulierte Menge von eluiertem BPA (Bisphenol A; [μg]) aus 1 g BrackFix®. Die rote Kurve stellt die Entwicklung der errechneten Mittelwerte über den Untersuchungszeitraum (t0–t11) dar, die blaue Kurve die der Mediane. IQR Interquartilbereich
Fig. 8
Fig. 8
Comparison of the cumulated quantities of eluted bisphenol A (BPA, [μg]) from 1 g Transbond™ Plus, Transbond™ XT, Transbond™ LR, BrackFix® over 35 days Gegenüberstellung der kumulierten Mengen von eluiertem BPA (Bisphenol A; [μg]) aus 1 g Transbond™ Plus, Transbond™ XT, Transbond™ LR, BrackFix® im zeitlichen Verlauf über 35 Tage
Fig. 9
Fig. 9
Cumulated quantity (mean) of eluted urethane dimethacrylate (UDMA; [μg]) from 1 g Triad®Gel over 35 days (d) Kumulierte Mengen (Mittelwerte) von eluiertem UDMA (Urethan-Dimethacrylat; [μg]) aus 1 g Triad®Gel im zeitlichen Verlauf über 35 Tage
Fig. 10
Fig. 10
Cumulated quantity (mean) of eluted triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA; [μg]) from 1 g Transbond™ LR over 35 days (d) Kumulierte Mengen (Mittelwerte) von eluiertem TEGDMA (Triethylenglykol-Dimethacrylat; [μg]) aus 1 g Transbond™ LR im zeitlichen Verlauf über 35 Tage
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