Design and Realization of a Novel Programmable Tobacco Smoking Simulator

Öz

Cigarette smoke significantly impacts teeth and dental composites, making smoking simulators vital for studying discoloration, staining, surface roughness, and topography. Conventional simulators face challenges such as incomplete process simulation, inadequate smoke exposure unit design, and improper specimen positioning. This study presents a novel, accurate, and automatic tobacco smoking simulator addressing these issues. The simulator includes a life-sized artificial mouth unit, 3D-printed jaw models for natural dental sample positioning, a vacuum system to simulate positive/negative pressure, and a reprogrammable microcontroller for customizable smoking profiles. Tested with 140 cigarettes over 14 days, the system effectively demonstrated color changes in dental materials. Adjustable parameters such as puff volume, inhalation/exhalation time, smoke density, and smoking speed allow replication of low, moderate, and high-intensity smoking profiles. Portable, low-cost, and versatile, the simulator provides a robust solution for research and education, enabling investigations into the effects of smoke on teeth and dental materials under realistic conditions.

Anahtar Kelimeler

• Smoking simulator
• Effects of Smoke
• Dental analysis
• 3D modelling
• Microcontroller

Özgün Programlanabilir Bir Sigara İçme Simülatörünün Tasarımı ve Gerçeklemesi

Öz

Sigara dumanının dişler ve dental kompozitler üzerindeki etkileri, renk değişimi, lekelenme, yüzey pürüzlülüğü ve topografya gibi konuların incelenmesinde önemli bir araştırma alanıdır. Ancak geleneksel sigara simülatörleri, sürecin eksik simülasyonu, uygun olmayan duman maruziyet birimi tasarımı ve dental örneklerin yanlış yerleştirilmesi gibi sorunlarla karşılaşmaktadır. Bu çalışma, bu eksiklikleri gidermeyi amaçlayan yenilikçi, doğru ve otomatik bir sigara simülatörü sunmaktadır. Simülatör, gerçek bir ağız hacmine sahip yapay bir ağız birimi, doğal diş yerleşimi için 3D yazıcıyla üretilmiş çene modelleri, pozitif/negatif basınç oluşturmak için bir vakum sistemi ve özelleştirilebilir sigara profilleri için yeniden programlanabilir bir mikrodenetleyici içermektedir. 14 gün boyunca 140 sigara ile test edilen sistem, dental materyallerdeki renk değişimlerini etkili bir şekilde göstermiştir. Ayarlanabilir parametreler (nefes hacmi, soluk alıp verme süresi, duman yoğunluğu, sigara içme hızı) düşük, orta ve yüksek yoğunluklu sigara profillerinin simülasyonunu sağlamaktadır. Taşınabilir, düşük maliyetli ve çok yönlü bu simülatör, araştırma ve eğitim için güçlü bir çözüm sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Sigara içme simülatörü
• Sigara dumanı etkileri
• Dental analiz
• 3B modelleme
• Mikrokontrolcü

Kaynakça

1. 1. Watts, A., Addy, M., 2001. Tooth discolouration and staining: a review of the literature. British Dental Journal, 190(6), 309-316.
2. 2. Hattab, F.N., Qudemiat, M.A., Al-Rimawi, H.S., 2013. Dental discoloration: an overview. Journal of Esthetic and Restorative Dentistry, 11(6), 291-310.
3. 3. Nathoo, S.A., 1997. The chemistry and mechanism of extrinsic and intrinsic discoloration. J. Am. Dent. Assoc., 128, 6-10.
4. 4. Addy, M., Moran, J., 1985. Extrinsic tooth discoloration by metals and chlorhexidine. II. Clinical staining produced by chlorhexidine, iron and tea. British Dental Journal. 159(10), 331-334.
5. 5. Alandia-Roman, C.C., Cruvinel, D.R., Sousa, A.B.S., Pires-de-Souza, F.C.P., Panzeri, P., 2019. Effect of cigarette smoke on color stability and surface roughness of dental composites. Journal of Dentistry, 41(3), 1-5.
6. 6. Patil, S.S., Dhakshaini, M.R., Gujjari, A.K., 2013. Effect of cigarette smoke on acrylic resin teeth. Journal of Clinical and Diagnostic Research, 7(9), 2056-9.
7. 7. Mathias, P., Costa, L., Saravia, L.O., Rossi, T.A., Cavalcanti, A.N., Nogueira-Filho, G.R., 2010. Morphologic texture characterization allied to cigarette smoke increase pigmentation in composite resin restorations. Journal of Esthetic and Restorative Dentistry, 22(4), 252-259.
8. 8. Takeuchi, C.Y.G., Correa-Afonso, A.M., Pedrazzi, H., Dinelli, W., Palma-Dibb, R.G., 2011. Deposition of lead and cadmium released by cigarette smoke in dental structures and resin composite. Microscopy Research and Technique, 74(3), 287-291.

9. 9. Bazzi, J.Z., Bindo, M.J.F., Rached, R.N., Mazur, R.F., Vieira, S., Souza, E.M., 2012. The effect of at-home bleaching and toothbrushing on removal of coffee and cigarette smoke stains and color stability of enamel. Journal of the American Dental Association, 143(5), e1-e7.
10. 10. DeMarini, D.M., Gudi, R., Szkudlinska, A., Rao, M., Recio, L., Kehl, M., Kirby, P.E., Polzin, G., Richter, P., 2008. Genotoxicity of 10 cigarette smoke condensates in four testsystems: comparisons between assays and condensates. Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 650(1), 15-29.
11. 11. Mahross, H.Z., Mohamed, M.D., Hassan, A.M., Baroudi, K., 2015. Effect of cigarette smoke on surface roughness of different denture base materials. Journal of Clinical and Diagnostic Research, 9(9), ZC39-ZC42.
12. 12. Vitoria, L.A., Aguiar, T.R., Santos, P.R.B., Cavalcanti, A.N., Mathias, P., 2013. Changes in water sorption and solubility of dental adhesive systems after cigarette smoke. ISRN Dentistry, 605847, 1-5.
13. 13. Zanetti, F., Zhao, X., Pan, J., Peitsch, M.C., Hoeng, J. Ren, Y., 2019. Effect of cigarette smoke and tobacco heating aerosol on color stability of dental enamel, dentin, and composite resin restorations. Quintessence International, 50(2), 156-166.
14. 14. Kumar, P., Vaid, D., Singh, S., Kumar, J., Kumar, A. Dwari, S., 2021. Design of 3D printed multi-wavelength DRA. IETE Technical Review, 38(6), 662-671.
15. 15. Dawood, A., Marti, B., Sauret-Jackson, V., 2015. 3D printing in dentistry. British Dental Journal, 219(11), 521-529.
16. 16. Mishra, S., 2016. Application of 3D printing in medicine. Indian Heart Journal, 68(1), 108-109.
17. 17. Segaran, N., Saini, G., Mayer, J.L., Naidu, S., Patel, I., Alzubaidi, S., Oklu, R., 2021. Application of 3D printing in preoperative planning. Journal of Clinical Medicine, 10(5), 917.
18. 18. Khare, N., Patil, S.B., Kale, S.M., Sumeet, J., Sonali, I., Sumeet, B., 2012. Normal mouth opening in an adult Indian population. Journal of Maxillofacial and Oral Surgery, 11(3), 309-313.