Kādas dažādas virsmas apstrādes metodes ir pieejamas zobu implantiem?

Implantu atjaunošana ir kļuvusi par pašreizējo optimālo metodi estētiskās un košļājamās funkcijas atjaunošanai pacientiem ar trūkstošiem zobiem. Implanta spējai veidot stabilu osseointegrāciju ir izšķiroša nozīme, padarot virsmas apstrādi par galveno uzmanību pašreizējos pētījumos mutes implantoloģijas jomā. Pēc fizikālās, ķīmiskās un bioloģiskās modifikācijas tiek mainīta titāna implantu virsmas morfoloģija, ķīmiskais sastāvs un bioloģiskā aktivitāte, kas noved pie veiksmīgas un stabilas osseointegrācijas veidošanās.

Tālāk sniegts visaptverošs implantu virsmas modifikācijas metožu pārskats no trim aspektiem: fizikālā, ķīmiskā un bioloģiskā.

Kas ir fiziskā modifikācija?

Fiziskā modifikācija ietver implantu virsmas morfoloģijas un raupjuma maiņu, izmantojot tādas fiziskas metodes kā plazmas izsmidzināšana, smilšu strūklu, lāzera apstrādi utt., lai nodrošinātu labāku pamatu kaulu integrācijai.

1. Ārstēšana ar plazmu

Plazmas izsmidzināšanas tehnoloģija izmanto plazmas loku, ko darbina līdzstrāva kā siltuma avotu, lai uzsildītu materiālus, piemēram, keramiku, sakausējumus, metālus utt., līdz izkusušam vai daļēji izkusušam stāvoklim. Pēc tam šie materiāli tiek ātri izsmidzināti uz iepriekš apstrādātās implanta virsmas, veidojot stingri piestiprinātu virsmas slāni. Pašlaik hidroksilapatīta pārklājumus parasti izmanto klīniskos lietojumos. Hidroksiapatīta daļiņas tiek izsmidzinātas uz implanta virsmas augstās temperatūrās, un pēc straujas atdzesēšanas veidojas ar plaisām pārklāts slānis. Pētījumi liecina, ka ar atmosfēras plazmu izsmidzināti poraini titāna pārklājumi var uzlabot tīra titāna implantu osseointegrācijas spēju.

2. Jonu implantācija

Jonu implantācijas tehnoloģijas pamatprincips ietver jonu stara virzīšanu implantā, kur joni iziet virkni fizikālu un ķīmisku mijiedarbību ar implantā esošajiem atomiem vai molekulām. Krītošie joni pakāpeniski zaudē enerģiju un galu galā nonāk implantā, izraisot izmaiņas implanta virsmas sastāvā, struktūrā un īpašībās. Izmantojot jonu implantācijas tehnoloģiju, implanta virsmā var implantēt tādus elementus kā magnijs, cinks, kalcijs un sudrabs, lai optimizētu tā virsmas īpašības. Sudraba jonu implantēšana ar skābi kodinātos titāna implantos var samazināt sudraba nanodaļiņu mobilitāti, kā rezultātā tiek nodrošināta lieliska antibakteriāla aktivitāte un laba saderība ar zīdītāju šūnām.

Magnija jonu injicēšana implantu virsmā var uzlabot virsmas šūnu adhēziju, kas ir labvēlīga, lai uzlabotu implanta osseointegrācijas spēju. Plazmas iegremdēšanas jonu implantācijas un nogulsnēšanas tehnoloģijas izmantošana cinka jonu ievadīšanai tīra titāna gludajā virsmā var palielināt tā bioloģisko saderību. Jonu implantācijas tehnoloģija ir daudzpusīga, izturīga, un tai ir laba vadāmība un atkārtojamība. Tomēr implantētais slānis ir plāns, joni var pārvietoties tikai taisnās līnijās, un aprīkojuma izmaksas ir augstas. Lai gan piemērošanas iespējas ir plašas, plaša ieviešana rada problēmas.

3. Apstrāde ar smilšu strūklu

Smilšu strūklu apstrādē tiek izmantots saspiests gaiss kā jauda, ​​lai radītu liela ātruma strūklu, lai izsmidzinātu abrazīvus uz implantu virsmas, nodrošinot tiem noteiktu tīrības un raupjuma pakāpi. Apstrāde ar smilšu strūklu palielina virsmas laukumu, uzlabojot šūnu adhēziju un proliferāciju, tādējādi uzlabojot osseointegrāciju.

4. Apstrāde ar absorbējamu abrazīvu vielu

Virsmas apstrāde ar absorbējamu abrazīvu materiālu ietver kalcija fosfāta keramikas izsmidzināšanu uz implanta virsmas. Titāna implants, kas apstrādāts ar absorbējamu abrazīvu vidi, var uzlabot absorbcijas efektu pēc hlora dezinfekcijas, parādot augstāku antibakteriālo aktivitāti. Pētījumos atklāts, ka implantiem, kas apstrādāti ar absorbējamu abrazīvu materiālu, ir augstāks kopējais panākumu līmenis implantācijā, bez ievērojama alveolārā kaula zuduma. Izmantojot šo metodi, lai panāktu noteiktu virsmas raupjumu, atlikušās kalcija fosfāta daļiņas uz virsmas var noņemt ar vāju skābi, samazinot svešķermeņu aizturi. Tas tiek uzskatīts par izdevīgu.

5. Fiziskā tvaiku pārklāšana

Fiziskā tvaiku pārklāšana (PVD) ir tehnoloģija, kas darbojas vakuuma apstākļos, pārveidojot materiāla avotu - cietu vai šķidrumu - gāzveida atomos, molekulās vai daļēji jonizētos jonos. Tas tiek panākts ar zema spiediena gāzi, kas ļauj nogulsnēties uz implanta virsmas, veidojot funkcionālas plānas plēves. Pēdējos gados ir izstrādāts liela mēroga magnetronu izsmidzināšanas pārklājums. Tam ir augsts nogulsnēšanās ātrums, laba procesa atkārtojamība un tas ir viegli automatizēts. Pielietojot implantu virsmu modifikācijās, tas uzlabo kaulu un implantu kontaktu, parādot ievērojamu attīstības potenciālu.

6. Elektriskās izlādes apstrāde

Elektriskā izlādes apstrāde (EDM) ir specializēta apstrādes metode, kas izmanto impulsu izlādes erozīvo efektu starp diviem elektrodiem, kas iegremdēti darba šķidrumā, lai noņemtu vadošus materiālus. Implanta apstrādātajā virsmā veidojas mikroraups un bioloģiski aktīvs titāna dioksīda slānis, uzlabojot kaula-implanta saskarnes izturību un samazinot apkārtējā kaula jutīgumu pret spriedzes aizsargu. Eksperimenti ir parādījuši, ka, ievietojot ar EDM apstrādātas implanta skrūves lielo balto trušu augšstilba kaulos, pēc vienas nedēļas ievērojami palielinās jaunu kaulu apjoms. Tāpēc elektriskās izlādes apstrāde, iespējams, ir virsmas modifikācijas metode, kas atbalsta uzlabotu osseointegrāciju.

7. Termiskā apstrāde

Termiskā apstrāde ir visaptverošs process, kurā implants tiek uzkarsēts, uzturēts noteiktā temperatūrā un pēc tam atdzesēts noteiktā vidē, lai kontrolētu tā veiktspēju, mainot virsmas vai interjera struktūru. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās arī implanta virsmas īpašības un bioloģiskā saderība. Karsējot titānu atmosfērā vai peroksīdu, uz tā virsmas var izveidoties blīva oksīda plēve, kas uzlabo bioloģisko saderību. Eksperimenti ir parādījuši, ka titāna nitrīda pārklājuma sagatavošana uz implanta virsmas, izmantojot slāpekļa gāzi, kam seko termiskā apstrāde ar kalcija hlorīda šķīdumu, nosaka 120 grādus kā kritisko temperatūru hidrotermiskai apstrādei. Termiskā apstrāde zem 120 grādiem var saistīt kalciju ar titāna nitrīda virsmu, saglabājot tā morfoloģiju un cietību, kā arī uzlabojot mitrināmību.

Pēc termiskās apstrādes ievērojami uzlabojas fibroblastu šūnu adhēzija un proliferācija uz virsmas, kas liecina, ka hidrotermiskā apstrāde var nodrošināt titāna pārklājumus ar labu nodilumizturību un mīksto audu bioloģisko saderību. Turklāt, izmantojot hidrotermisko apstrādi, magniju var nostiprināt uz titāna virsmas, palielinot virsmas proteīnu uzsūkšanos, uzlabojot šūnu adhēziju un izplatīšanos, norādot, ka magnija hlorīda šķīduma izmantošana termiskai apstrādei ir efektīva metode, lai palielinātu titāna implantu virsmu bioloģisko saderību.

8. Ārstēšana ar lāzeru

Ārstēšana ar lāzeru ietver ātru implanta uzsildīšanu, izmantojot lāzera staru tādā vidē kā atmosfērā vai vakuumā. Šis process nodrošina lokālu ātru uzsildīšanu vai dzesēšanu, izraisot izmaiņas audu struktūrā vai ieviešot citus materiālus, lai uzlabotu virsmas veiktspēju. Pētījumi liecina, ka implanti ar virsmām, kas apstrādātas ar lāzera virsmas kausēšanu, var veicināt šūnu adhēziju un proliferāciju. Eksperimenti liecina, ka hidroksilapatīta pārklājumus var nogulsnēt uz titāna virsmām, izmantojot impulsa lāzera uzklāšanu, kā rezultātā palielinās mehāniskās adhēzijas spēks. Tomēr pēc lāzerablācijas apstrādes notiek būtiskas virsmas morfoloģijas un raupjuma izmaiņas, mazāk pamanāmas osteoblastiem līdzīgu šūnu adhēzijas un proliferācijas uz apstrādātās virsmas.

9. Ārstēšana ar ultravioleto starojumu

Īsviļņu ultravioletā (UV) apstarošana var uzlabot titāna implantu osseointegrācijas spēju. Spirālveida tīra titāna implanti, kas iegravēti ar skābi, tika implantēti trušu augšstilba kaulos pēc 48 stundu ilgas UV gaismas iedarbības un salīdzināti ar implantiem, kas nebija pakļauti UV apstrādei. Rezultāti liecina, ka UV apstrāde var palielināt titāna implantu koronālā stāvokļa kortikālo kaulu apjomu, nesamazinot kaulu blīvumu. Turklāt ar UV apstrādātām implantu virsmām ir pozitīva ietekme uz cilvēka smaganu fibroblastu uzvedību, tostarp adhēziju, proliferāciju un kolagēna izdalīšanos 24 stundas pēc apstrādes.

10. Nanomēroga virsmas raupšanas apstrāde

Izmantojot nanotehnoloģiju, implanti var sasniegt uzlabotu virsmas mikrostruktūru, veicinot osseointegrāciju un samazinot dzīšanas laiku. Mikro/submikro mēroga raupjums kopā ar nanomēroga iezīmēm palielina osteogēno šūnu diferenciāciju un vietējo faktoru veidošanos, kas liecina par uzlabotu implantu osseointegrācijas potenciālu organismā. Modificētās implanta virsmas dažādie izmēri un sadalījums nosaka unikālas nanomēroga struktūras, kas ļauj modulēt attiecīgās kaulu reakcijas organismā. Nenoteiktība, kas saistīta ar pašreizējo tehnoloģiju attīstību, padara to par galveno turpmākās izpētes punktu.

Kas ir ķīmiskā modifikācija?

Virsmas ķīmiskā modifikācija attiecas uz virsmas struktūras un stāvokļa maiņu ķīmiskās adsorbcijas vai reakcijas rezultātā starp implanta virsmu un virsmas modifikatoriem. Šobrīd tā ir visbiežāk izmantotā virsmas modifikācijas metode, tostarp anodēšana, apstrāde ar skābēm-bāzēm, sola-gela tehnika utt.

1. Anodēšana

Anodēšana ir oksīda plēves veidošanas process uz metāla anoda virsmas elektrolīta klātbūtnē un specifiskos procesa apstākļos pielietotas elektriskās strāvas iedarbībā. Porainā virsma, kas izveidota, anodējot titāna implantus, uzlabo osteogēno šūnu reakciju, stiprina osteogēno gēnu ekspresiju un uzlabo mineralizēto audu nanomehāniskās īpašības. Pētījumi liecina, ka titāna un titāna-cirkonija sakausējuma anodēšana elektrolītā, kas satur DL- -glicerofosfātu un kalcija acetātu, palielina skābekļa, kalcija un fosfora saturu uz implanta virsmas. Vidējais raupjums palielinās, saskares leņķis ievērojami samazinās, un ievērojami palielinās šūnu proliferācija, sārmainās fosfatāzes aktivitāte un kalcija nogulsnēšanās ap implantu, veicinot pastiprinātu osseointegrāciju. Titāna-cirkonija sakausējumu attīstība ir nodrošinājusi arī jaunas iespējas anodēšanai.

2. Mikroloka oksidēšana

Mikroloka oksidēšana balstās uz pārejošiem augstas temperatūras un augsta spiediena efektiem, ko rada loka izlāde uz titāna un tā sakausējumu virsmas kombinācijā ar elektrolītu un specifiskiem elektriskiem parametriem, veidojot keramikas plēves slāni, kura pamatā ir metālu oksīdi. Mikroloka oksidēšana var radīt nano-bioaktīvus titāna oksīda slāņus, uzlabot implantu adhēziju un palielināt šūnu adhēzijas spēku. Izmantojot mikroloka oksidāciju, uz titāna sakausējuma virsmām var sagatavot porainus hidroksilapatīta pārklājumus, būtiski uzlabojot kaula un implanta kontaktu un mehāniskās īpašības kontakta saskarnē, tādējādi veicinot kaulu augšanu.

3. Plazmas elektrolītiskā oksidēšana

Plazmas elektrolītiskā oksidēšana ir paņēmiens, kas izmanto augstu spriegumu un lielu strāvu, lai radītu momentānu plazmas mikroloka izlādi uz elektroda virsmas, kas iegremdēta elektrolītā, izlaužoties caur pasivācijas slāni un saķepinot, veidojot keramikas oksīda plēvi. Eksperimentu rezultāti liecina, ka ar plazmu apstrādātiem pārklājumiem ir pastiprināta hidrofilitāte, pamanāma šūnu adsorbcijas uzvedība un palielināta kolagēna sintēze. Divslāņu hidroksilapatīta-titāna dioksīda pārklājumiem, kas sagatavoti ar plazmas elektrolītisko oksidāciju, piemīt hidroksilapatīta bioaktivitāte un uzlabota titāna dioksīda morfoloģija, efektīvi veicinot osseointegrāciju. Šai metodei ir liels solījums biomedicīnas lietojumos.

4. Elektrodepozīcija

Izmantojot elektroķīmiskās nogulsnēšanas metodes, lai uz implantu virsmām uzklātu ar stronciju leģētu kalcija fosfāta pārklājumu, tiek uzlabota osteoblastu proliferācija, kas liecina, ka ar stronciju leģēti kalcija fosfāta pārklājumi var veicināt kaulu veidošanos ap implantu. Sākotnēji titāna virsmas tiek anodētas, veidojot titāna dioksīda nanocaurules, un pēc tam oglekļa nanocaurules tiek elektroforētiski uzklātas uz titāna dioksīda nanocaurulēm. Rezultāti liecina, ka oglekļa nanocauruļu pārklāšana uz titāna dioksīda nanocaurulēm palīdz uzlabot to bioaktivitāti, padarot šāda veida virsmas modifikācijas piemērotas biomedicīnai.

5. Ārstēšana ar skābēm-bāzēm

Apstrāde ar skābi-bāzi ietver ķīmisku procesu izmantošanu, lai radītu stabilu savienojumu vai mainītu implanta virsmas morfoloģiju, ķīmiski vai elektroķīmiski mijiedarbojoties ar skābu vidi. Skābā kodināšana ir parādība, kad implanta virsmā notiek izmaiņas morfoloģijā ķīmiskas vai elektroķīmiskas mijiedarbības ar skābu vidi dēļ, būtiski ietekmējot kaulu un implanta kontaktu. Tā ir uzticama virsmas modifikācijas metode. Virsmām, kas apstrādātas ar sārmu termisko apstrādi, ir tādas īpašības kā liels skaits sakārtotu nanosmailu un sūklim līdzīgs vienmērīgs porains iekšējais tīkls. Tas uzlabo kolagēna sintēzi smaganu fibroblastos, radot labu izturību pret periodontam līdzīgu saistaudu piestiprināšanos. Termiskā apstrāde ar sārmu var palielināt kaulu un implantu kontaktu, ko efektīvi uzklāj uz termiski izsmidzināta titāna metāla, lai uzlabotu osseointegrācijas spēku.

6. Sol-Gel metode

Sol-gel metode ietver savienojumu ar augstu ķīmisko aktivitāti izmantošanu kā prekursorus, lai šķidros apstākļos izveidotu vienotu, caurspīdīgu sola sistēmu. Pēc tam šie materiāli tiek vienmērīgi sajaukti, tiek pakļauti hidrolīzes un kondensācijas reakcijām, veido stabilas caurspīdīgas solu sistēmas un galu galā novecošanas rezultātā kļūst par gēliem. Pēc žāvēšanas saķepināšana sacietē želeju, kā rezultātā tiek iegūti molekulāri un pat nanostrukturēti materiāli. Organiskos polimērus var uzklāt, izmantojot sola gēla metodi, lai titāna dioksīda virsmai piešķirtu bioloģisko aktivitāti. Piemēram, virsmas modifikācija, izmantojot poli(etilēnglikola tereftalātu), uzlabo kaulu un implanta saskares virsmas mehānisko stabilitāti, bioloģisko savietojamību, izcilu osseointegrācijas spēju un kaula vadīšanas spēju. Mīkstās litogrāfijas un sol-gela apvienošana ir metode, kā izveidot bioloģiski aktīvo nanodaļiņu mikrorakstus uz implantu virsmām, kas virza audu reģenerāciju. Izmantojot šo metodi, lai iegūtu plānu cirkonija oksīda kārtiņu ar mikroizmēra silīciju, tika konstatēts, ka tā ir bioloģiski saderīga un spēj izraisīt osteoblastu adhēziju, proliferāciju un izplatīšanos. To var izmantot, lai vadītu periodonta audu reģenerāciju, tādējādi veicinot blīvu audu nogulsnēšanos un novēršot smaganu recesiju un periimplantitu.

Kas ir bioloģiskā modifikācija?

Pēdējos gados implantu virsmas biomodifikācija ir kļuvusi par pētniecības karsto punktu, kuras mērķis ir piešķirt implantu pārklājumam bioaktīvas funkcijas ar augstu mehānisko stabilitāti. Vienlaikus mērķis ir atdarināt dabiskā kaula struktūru un sastāva īpašības, lai labāk veicinātu kaulu augšanu. Šeit ir vairāki ievadi dažādām metodēm.

1. Pašmontāžas tehnoloģija

Pašmontāža attiecas uz paņēmienu, kurā pamata struktūrvienības spontāni veido sakārtotas struktūras. Pašmontāžas monoslāņu tehnoloģija uz titāna virsmām izmanto vairākas dažādas funkcionālās grupas, lai labāk imobilizētu bioķīmiskos līdzekļus, nodrošinot virsmas ķīmisko dizainu ar noteiktu vadāmību. Slāņa pa slāņa pašmontāža ietver alternatīvu polielektrolītu daudzslāņu nogulsnēšanos uz uzlādēta substrāta šķīdumā ar pretēji lādētu polielektrolītu. Izmantojot slāņa slāņa metodi ar hitozāna/siRNS funkcionalizējošām titāna virsmām, plēves veidošanās procesā mainās virsmas mitrināmība, morfoloģija un raupjums, būtiski veicinot osteogēno šūnu diferenciāciju. Lizocīma daudzslāņu pārklājumu izveide, izmantojot sudraba nanodaļiņas, hitozānu un hialuronskābi kā izejvielas, ir ilgtermiņa antibakteriālu daudzslāņu pārklājumu sagatavošanas stratēģija, kas efektīvi novērš agrīnas implantu infekcijas. Pašmontāžas tehnoloģija ir vienkārša, tai nav nepieciešams īpašs aprīkojums, un tā piedāvā membrānas struktūras kontroli molekulārā līmenī, kas pēdējos gados ir ieguvusi plašu uzmanību.

2. Biomolekulu adsorbcija

Adsorbcija attiecas uz parādību, kad molekulas vai joni apkārtējā vidē tiek piesaistīti implanta virsmai. Fizisko adsorbciju galvenokārt regulē starpmolekulārie spēki, savukārt ķīmiskā adsorbcija ir atkarīga no ķīmiskajām saitēm starp molekulām. Izmantojot enkurojošos peptīdus, lai implanta virsmai pievienotu bioloģisko funkcionalitāti, specifiski virsmu saistoši peptīdi šūnu kultūras vidē uzrāda stabilu adsorbciju, uzlabojot implanta bioloģisko saderību. Hitozāns, nātrija algināts, kas šķērssavienots ar hitozānu, un pektīns, kas šķērssavienots ar hitozānu, kas kovalenti saistīts ar titāna virsmām, var uzlabot mitrināmību un nodrošināt ar hitozānu pārklātas virsmas ar pietūkuma un zāļu izdalīšanās īpašībām. Polidopamīna pārklājuma kovalenta fiksēšana ar kolagēna proteīnu var būt arī metode virsmas veiktspējas uzlabošanai. Salīdzinot ar fizisko adsorbciju, ķīmiskā adsorbcija, izmantojot ķīmisko saišu spēkus, nodrošina lielāku adsorbcijas enerģiju un stabilitāti.

3. Bioaktīvo materiālu pārklājumi

Bioaktīvie materiāli parasti attiecas uz nedzīviem materiāliem, ko izmanto medicīniskiem nolūkiem un kas paredzēti, lai nonāktu saskarē ar dzīviem audiem un īstenotu to bioaktīvās funkcijas. Bioaktīvais stikls ir materiāls, kas spēj atjaunot, aizstāt un atjaunot audus organismā, veidojot saites starp audiem un materiāliem. Tās noārdīšanās produkti var veicināt augšanas faktoru veidošanos un šūnu proliferāciju, uzlabot osteoblastu gēnu ekspresiju un atvieglot kaulu audu augšanu. Pārklājot to uz implantiem, var droši un efektīvi panākt osseointegrāciju, kas atspoguļo zobu implantu pārklājuma materiālu attīstības virzienu.

Turklāt implantu virsmas modificēšanai var izmantot daudzas bioaktīvas zāles. Piemēram, pārklājot titāna implantus ar polietilēntereftalāta/1,25-dihidroksivitamīna D3 šķīdumu, izmantojot elektrovērpšanas tehnoloģiju, var iegūt submikrona izmēra daļiņas, kas stimulē kaulu veidošanos. Resveratrola, pretiekaisuma molekulas, uzklāšana virsmas modificēšanai vai implantu pārklājumam var paātrināt kaulu veidošanos. Plaša spektra antibiotiku, piemēram, streptomicīna, kombinācija uz implantu virsmas var uzlabot kaulu veidošanos un samazināt infekciju risku ap implantiem.

4. Biomimētiskā nogulsnēšanās

Biomimētiskā nogulsnēšanās imitē hidroksilapatīta mineralizācijas mehānismu organismā. Hidroksiapatīta pārklājumi dabiski nogulsnējas uz pamatnes virsmas ūdens šķīdumā apstākļos, kas ir līdzīgi ķermeņa videi. Izmantojot kaulu smadzeņu mezenhimālās cilmes šūnas, kas inducētas in vitro uz biomimētiski modificētām titāna sakausējuma virsmām, uzlabojas to adhēzijas spēja un palielinās proliferācijas ātrums. Hidroksiapatīta biomimētiskā nogulsnēšanās uz titāna virsmām pēc apstrādes ar jauktu skābi var izraisīt titāna bioloģisko aktivitāti. Pētot simulētā ķermeņa šķidruma iegremdēšanas laika ietekmi uz anodētu titāna nanocauruļu osteogēno šūnu aktivitāti, tika konstatēts, ka 3-stundu iegremdēšana bija optimāla. Iegremdēt 10 reizes simulētā ķermeņa šķidruma daudzumā ir ātra un ekonomiska tehnoloģija anodiskā titāna implanta osseointegrācijas uzlabošanai. Tomēr implantu bioaktivitātes potenciālu var ierobežot pārmērīgs un nekontrolēts hidroksilapatīta pārklājums.

Iepriekš minētās implantu virsmas modifikācijas pēdējos gados ir bijušas pētniecības karstais punkts. Metodes ir dažādas, un ir panākts ievērojams progress kaulu veidošanās, osseointegrācijas un infekcijas rezistences veicināšanā. Kombinētas lietojumprogrammas var nodrošināt visaptverošāku veiktspēju un varētu būt tendence turpmākajā pētniecības attīstībā.