Skip to main page content
U.S. flag

An official website of the United States government

Dot gov

The .gov means it’s official.
Federal government websites often end in .gov or .mil. Before sharing sensitive information, make sure you’re on a federal government site.

Https

The site is secure.
The https:// ensures that you are connecting to the official website and that any information you provide is encrypted and transmitted securely.

Access keys NCBI Homepage MyNCBI Homepage Main Content Main Navigation
Comparative Study
. 2025 Jan;86(1):11-23.
doi: 10.1007/s00056-023-00469-z. Epub 2023 Jun 15.

Comparative evaluation of different debonding and reconditioning methods for orthodontic ceramic brackets regarding effectiveness for reuse : An in vitro study

Affiliations
Comparative Study

Comparative evaluation of different debonding and reconditioning methods for orthodontic ceramic brackets regarding effectiveness for reuse : An in vitro study

Katharina Grosch et al. J Orofac Orthop. 2025 Jan.

Abstract

Purpose: To investigate the reusability of ceramic brackets in terms of shear bond strength, friction behavior, slot dimension, fracture strength, and color stability.

Methods: A total of 90 conventionally debonded and 30 by an Er:YAG laser debonded ceramic brackets were collected. All the used brackets were inspected under a stereomicroscope at 18 × magnification and sorted according to their adhesive remnant index (ARI). Five groups were formed (n = 10): (1) new brackets as a control group, (2) flamed and sandblasted, (3) flamed and acid bathed, (4) laser-reconditioned, and (5) laser-debonded brackets. The bracket groups were tested regarding different properties such as shear bond strength, friction behavior, slot size, fracture strength, and color stability. Analysis of variance (ANOVA) and nonparametric Kruskal-Wallis tests were used for statistical analysis (significance level: p < 0.05).

Results: Shear bond strength values of the acid reconditioned brackets were significantly lower (8.0 ± 3.1 MPa) compared to the control group (12.9 ± 2.9 MPa). Laser-reconditioned (32.8 ± 2.7%) and laser-debonded (30.9 ± 2.4%) brackets showed the lowest force loss due to friction (control group 38.3 ± 3.0%). No significant differences were observed between groups regarding slot size and fracture strength. All groups had color differences of E a b * < 10. Scanning electron microscope images and ARI scores indicated that most of the residues on the bracket bases were removed.

Conclusion: All reconditioning methods yielded adequate results regarding bracket properties. Yet, focusing on the need to protect the enamel and the bracket base, laser debonding seems to be the most suitable method for reconditioning ceramic brackets.

Zusammenfassung: ZIELSETZUNG: Untersuchung der Wiederverwendbarkeit keramischer Brackets in Bezug auf Scherhaftfestigkeit, Reibungsverhalten, Slotdimension, Bruchfestigkeit und Farbstabilität.

Methoden: Insgesamt wurden 90 konventionell und 30 mit einem Er:YAG-Laser debondete Keramikbrackets gesammelt. Alle verwendeten Brackets wurden unter einem Stereomikroskop bei 18-facher Vergrößerung untersucht und nach ihrem ARI („adhesive remnant index“) sortiert. Es wurden 5 Gruppen gebildet: (1) neue Brackets als Kontrollgruppe, (2) geflammte und sandgestrahlte, (3) geflammte und säuregebadete, (4) Laser-aufbereitete sowie (5) Laser-debondete Brackets. Die Bracketgruppen wurden auf Scherhaftfestigkeit, Reibungsverhalten, Slotdimensionen, Bruchfestigkeit und Farbstabilität getestet. Jede Untersuchung wurde an 10 Brackets durchgeführt. Für die statistische Analyse wurden Varianzanalysen (ANOVA) und nichtparametrische Kruskal-Wallis-Tests verwendet (Signifikanzniveau: p < 0,05).

Ergebnisse: Die Scherhaftfestigkeitswerte der säuregebadeten Brackets waren signifikant niedriger (8,0 ± 3,1 MPa) als die der Kontrollgruppe (12,9 ± 2,9 MPa). Laser-aufbereitete (32,8 ± 2,7 %) und Laser-debondete (30,9 ± 2,4 %) Brackets zeigten den geringsten Reibungsverlust (Kontrollgruppe 38,3 ± 3,0 %). Bei den Messungen von Slotdimension und Bruchfestigkeit wurden keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Alle Gruppen hatten einen Farbunterschied von E a b * < 10. Rasterelektronenmikroskopische Bilder und ARI-Auswertungen zeigten, dass die meisten Klebereste in den Bracketbasen entfernt wurden.

Schlussfolgerung: Mit allen Aufbereitungsmethoden konnten angemessene Ergebnisse hinsichtlich der Bracketeigenschaften erzielt werden. Unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, den Zahnschmelz und die Bracketbasis zu schützen, scheint das Laser-Debonding die am besten geeignete Methode für das Aufbereiten von Keramikbrackets zu sein.

Keywords: Er:YAG laser; Fixed orthodontic appliances; Material properties; Reusability; Shear bond strength.

PubMed Disclaimer

Conflict of interest statement

Declarations. Conflict of interest: K. Grosch, J. Meister, S.D. Raval, A.M. Fouda and C. Bourauel declare that they have no competing interests. Ethical standards: This article does not contain any studies with animals or human participants by any of the authors. Informed consent: All patients gave informed consent that their anonymized brackets can be used for research purposes.

Figures

Fig. 1
Fig. 1
Detached adhesive from the bracket base due to fast cooling down after flaming. 18 × magnification Abgelöster Klebstoff von der Bracketbasis durch schnelles Abkühlen nach Abflämmen. Vergr. 18:1
Fig. 2
Fig. 2
Mechanical test setup for measuring the force loss due to friction in the Orthodontic Measurement and Simulation System (OMSS). Test model with ligated arch wire and glued bracket to the force/torque sensor. Orthodontic force is transferred to the bracket by a NiTi tension spring Mechanischer Versuchsaufbau zur Messung des Kraftverlusts durch Reibung im orthodontischen Mess- und Simulationssystem (OMSS). Testmodell mit ligiertem Führungsbogen und am Kraft‑/Drehmomentsensor aufgeklebtem Bracket. Die Kraft wird durch eine NiTi-Zugfeder auf das Bracket übertragen
Fig. 3
Fig. 3
Measurement of the slot size using a pin gauge Messung der Slotgröße mit einem Lehrdorn
Fig. 4
Fig. 4
Experimental setup: a Bonded bracket on a specimen holder connected with a pulley on the force sensor mounted in the material testing machine. b The ligature wire was placed under the bracket wing. c Overall view of the experimental setup with specimens installed in the materials testing machine Versuchsaufbau: a geklebtes Bracket auf einem Probenhalter, der über eine Umlenkrolle mit dem Kraftsensor in der Materialprüfmaschine verbunden ist. b Der Ligaturendraht wurde unter dem Bracketflügel platziert. c Gesamtansicht des Versuchsaufbaus mit den in der Werkstoffprüfmaschine installierten Prüfkörpern
Fig. 5
Fig. 5
Force loss due to friction expressed as a percentage of the applied force on the brackets. Asterisks show a significant difference between groups (p < 0.05). See Table 1 for abbreviations Kraftverlust aufgrund von Reibung, als Prozentsatz der aufgebrachten Kraft auf die Brackets. Sternchen zeigen einen signifikanten Unterschied zwischen den Gruppen (p < 0,05). Abkürzungen siehe Tab. 1
Fig. 6
Fig. 6
Box and whisker plot illustrating the measured slot sizes in mm. See Table 1 for abbreviations Box-und-Whisker-Diagramm zur Darstellung der gemessenen Slotgröße in mm. Abkürzungen siehe Tab. 1
Fig. 7
Fig. 7
Box and whisker plot illustrating the fracture strength in MPa. See Table 1 for abbreviations Box-und-Whisker-Diagramm zur Darstellung der gemessenen Bruchfestigkeit in MPa. Abkürzungen siehe Tab. 1
Fig. 8
Fig. 8
Scanning electron microscope images showing the bracket bases at 300 × magnification. a DN b DS c DA d DL e DLD. See Table 1 for abbreviations Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der Bracketbasis, Vergr. 300:1. a DN b DS c DA d DL e DLD. Abkürzungen siehe Tab. 1

References

    1. Singh S, Singla L, Anand T (2021) Esthetic considerations in orthodontics: an overview. Dent J Adv Stud 9:55–60. 10.1055/S-0041-1726473 - DOI
    1. Xavier J, Sarika K, Ghosh P, Varma S (2021) Aesthetic bracket system: a review. Int J Dent Oral Sci 8:5191–5196. 10.19070/2377-8075-210001041 - DOI
    1. Gautam P, Valiathan A (2007) Ceramic brackets: in search of an ideal! Trends Biomater Artif Organs 20:117–122
    1. Karamouzos A, Athanasiou AE, Papadopoulos MA (1997) Clinical characteristics and properties of ceramic brackets: a comprehensive review. Am J Orthod Dentofacial Orthop 112:34–40. 10.1016/S0889-5406(97)70271-3 - DOI - PubMed
    1. Russell JS (2005) Aesthetic orthodontic brackets. J Orthod 32:146–163. 10.1179/146531205225021024 - DOI - PubMed

Publication types

LinkOut - more resources