Современная дентальная имплантология предъявляет повышенные требования к биосовместимости используемых материалов. В особенности это относится к стоматологическим имплантатам, многие из которых только номинально считаются биосовместимыми.
В данной статье будет проанализирован один из способов улучшения биосовместимости дентальных имплантатов за счет нанесения дополнительного защитного покрытия.
Для исследования были использованы имплантаты 4 класса титана (Dynamet, США) с диаметром 3.75 мм и длиной 7 мм. Образцы были разделены на 2 группы в зависимости от первичного способа обработки поверхности. Это группы SLA и SLA+Nano/CaP. В общей сложности было подготовлено 10 имплантатов (по 5 имплантатов в каждой группе). Первичная поверхность имплантатов из группы SLA обладала остеокондуктивностью в результате грубозернистой пескоструйной обработки и протравленния кислотой. Поверхность группы имплантатов SLA+Nano/CaP дополнительно обрабатывалась гидрофильным нанофосфатом кальция.
На все исследуемые стоматологические имплантаты дополнительно было нанесено углеродное нанопокрытие посредством импульсно-дугового распыления графитового катода (патент RU 2571559). Для определения состава образовавшегося на имплантатах нанопокрытия были проведены морфологические и химические исследования.
Электронномикроскопические исследования проводились на сканирующем электронном микроскопе Jeol JSM-7001F. Поверхность исследовалась в режиме вторичных и отраженных электронов.
Ренгенофлуоресцентный анализ осуществляли с помощью энергодисперсионного спектрометра Oxford INCA X-max 80, установленного на этом микроскопе. Спектрометр позволяет анализировать элементы с атомными номерами от 5 (В) до 92 (U). Каждая группа имплантатов отснята по 2-3 серии изображений – на вворачиваемой и на гладкой части.
Группа имплантатов SLA
Покрытие имплантатов содержит углерод.
Металл основы – титан без легирующих добавок.
Состав покрытия в весовых %:
| Спектр | Al | Si | Ti | Fe | Итог |
| Среднее | 0.34 | 0.73 | 98.79 | 0.14 | 100.00 |
Титан может быть еще более чистый, т.к. Al, Si, Fe могли дополнительно находиться на поверхности в виде случайных пылинок.
Нанопокрытие состоит из углерода, частицы которого по форме похожи на капли диаметром 1-3 мкм. Тело имлантатов полностью покрыто углеродным слоем, который состоит из лежащих друг на друге нескольких десятков более тонких слоев. Такая морфология может быть характерна для пироуглерода (или пирографита). Но плотность нанопокрытия неоднородна. В некоторых местах толщина углеродного покрытия велика (приблизительно 5-10 мкм) и из-под капель не виден металл. В некоторых местах (около 10% поверхности) слой углерода тоньше (1-3 мкм) и между «каплями» видна металлическая основа (см. карты распределения элементов). При этом твердость нанопокрытия достаточно высока и достигает 100 ГПа.
Изображение 1. Карты распределения элементов на участке, где слой углерода тоньше и между «каплями» видна металлическая основа (более светлые участки на карте распределения титана).
Изображение 2. Карты распределения элементов на участке, где слой углерода был специально отколот для демонстрации многослойности покрытия и под ним видна металлическая основа.
Изображение 3. Имплантат группы SLA. В отраженных электронах титан светлый, а углерод темный.
Группа имплантатов SLA с покрытием Nano/CaP
Вся поверхность, вворачиваемая в кость, покрыта сплошным микрокристаллическим слоем на основе фосфата кальция с соотношением Са:Р=1:1. Размер пластинчатых кристаллов 3-10 мкм. Толщина слоя 5-15 мкм. Поверх него есть тонкий слой углерода, толщину которого определить не представляется возможным.
Состав покрытия в весовых %:
| Спектр | O | Na | Mg | Al | Si | P | Cl | K | Ca | Ti | Fe | Итог |
| Среднее | 37.66 | 0.20 | 0.06 | 0.17 | 0.81 | 25.31 | 0.59 | 0.55 | 33.71 | 0.81 | 0.14 | 100.00 |
Изображение 4. Покрытие вворачиваемой части имплантата на основе фосфата кальция. Светлым участкам на картах элементов соответствует их большее содержание.
На верхней части имплантата слой углерода плотный, но тонкий. Толщина слоя 0,1-0,4 мкм.
Состав покрытия в весовых %:
| Спектр | Al | Ti | V | Итог |
| Среднее | 7.55 | 89.11 | 3.34 | 100.00 |
Выводы
Результаты исследования стоматологических имплантатов показывают нам, что углеродное нанопокрытие на имплантатах SLA наносится и держится значительно лучше, чем на имплантатах с дополнительной обработкой.
При этом, нанопокрытие обладает большой твердостью и наносится на тело имплантата плотным слоем, толщина которого может быть значительной.
Неодродность нанопокрытия обуславливается технологическими особенностями процесса нанесения.
Принимая во внимание, что на металлическое тело имплантата углеродное нанопокрытие наносится полностью, тем самым защищая его от внешнего воздействия. Можно предположить, что в условиях вживления имплантата в живую ткань, нанопокрытие будет способствовать минимизации локальной реакции костного мозга и реакции регионарных лимфатических узлов на внедрение имплантата. Так же, это позволит снизить риск накопления ионов металлов в лимфоидных органах в процессе коррозии, и избежать осложнений связанных с резорбцией костной ткани.
Соавтор статьи: Фадеев Иван Анатольевич, генеральный директор ООО "Нараяма" (г. Москва). Руководитель проекта по созданию биосовместимых имплантатов.
Авторы:
Дюрягин Алексей Сергеевич
Заместитель директора ООО "Нараяма" (г. Москва). Занимается исследованием биосовместимых материалов для имплантатов в стоматологии, травматологии и хирургии.
Современная дентальная имплантология предъявляет повышенные требования к биосовместимости используемых материалов. В особенности это относится к стоматологическим имплантатам, многие из которых только номинально считаются биосовместимыми.
В данной статье будет проанализирован один из способов улучшения биосовместимости дентальных имплантатов за счет нанесения дополнительного защитного покрытия.
Для исследования были использованы имплантаты 4 класса титана (Dynamet, США) с диаметром 3.75 мм и длиной 7 мм. Образцы были разделены на 2 группы в зависимости от первичного способа обработки поверхности. Это группы SLA и SLA+Nano/CaP. В общей сложности было подготовлено 10 имплантатов (по 5 имплантатов в каждой группе). Первичная поверхность имплантатов из группы SLA обладала остеокондуктивностью в результате грубозернистой пескоструйной обработки и протравленния кислотой. Поверхность группы имплантатов SLA+Nano/CaP дополнительно обрабатывалась гидрофильным нанофосфатом кальция.
На все исследуемые стоматологические имплантаты дополнительно было нанесено углеродное нанопокрытие посредством импульсно-дугового распыления графитового катода (патент RU 2571559). Для определения состава образовавшегося на имплантатах нанопокрытия были проведены морфологические и химические исследования.
Электронномикроскопические исследования проводились на сканирующем электронном микроскопе Jeol JSM-7001F. Поверхность исследовалась в режиме вторичных и отраженных электронов.
Ренгенофлуоресцентный анализ осуществляли с помощью энергодисперсионного спектрометра Oxford INCA X-max 80, установленного на этом микроскопе. Спектрометр позволяет анализировать элементы с атомными номерами от 5 (В) до 92 (U). Каждая группа имплантатов отснята по 2-3 серии изображений – на вворачиваемой и на гладкой части.
Группа имплантатов SLA
Покрытие имплантатов содержит углерод.
Металл основы – титан без легирующих добавок.
Состав покрытия в весовых %:
| Спектр | Al | Si | Ti | Fe | Итог |
| Среднее | 0.34 | 0.73 | 98.79 | 0.14 | 100.00 |
Титан может быть еще более чистый, т.к. Al, Si, Fe могли дополнительно находиться на поверхности в виде случайных пылинок.
Нанопокрытие состоит из углерода, частицы которого по форме похожи на капли диаметром 1-3 мкм. Тело имлантатов полностью покрыто углеродным слоем, который состоит из лежащих друг на друге нескольких десятков более тонких слоев. Такая морфология может быть характерна для пироуглерода (или пирографита). Но плотность нанопокрытия неоднородна. В некоторых местах толщина углеродного покрытия велика (приблизительно 5-10 мкм) и из-под капель не виден металл. В некоторых местах (около 10% поверхности) слой углерода тоньше (1-3 мкм) и между «каплями» видна металлическая основа (см. карты распределения элементов). При этом твердость нанопокрытия достаточно высока и достигает 100 ГПа.
Изображение 1. Карты распределения элементов на участке, где слой углерода тоньше и между «каплями» видна металлическая основа (более светлые участки на карте распределения титана).
Изображение 2. Карты распределения элементов на участке, где слой углерода был специально отколот для демонстрации многослойности покрытия и под ним видна металлическая основа.
Изображение 3. Имплантат группы SLA. В отраженных электронах титан светлый, а углерод темный.
Группа имплантатов SLA с покрытием Nano/CaP
Вся поверхность, вворачиваемая в кость, покрыта сплошным микрокристаллическим слоем на основе фосфата кальция с соотношением Са:Р=1:1. Размер пластинчатых кристаллов 3-10 мкм. Толщина слоя 5-15 мкм. Поверх него есть тонкий слой углерода, толщину которого определить не представляется возможным.
Состав покрытия в весовых %:
| Спектр | O | Na | Mg | Al | Si | P | Cl | K | Ca | Ti | Fe | Итог |
| Среднее | 37.66 | 0.20 | 0.06 | 0.17 | 0.81 | 25.31 | 0.59 | 0.55 | 33.71 | 0.81 | 0.14 | 100.00 |
Изображение 4. Покрытие вворачиваемой части имплантата на основе фосфата кальция. Светлым участкам на картах элементов соответствует их большее содержание.
На верхней части имплантата слой углерода плотный, но тонкий. Толщина слоя 0,1-0,4 мкм.
Состав покрытия в весовых %:
| Спектр | Al | Ti | V | Итог |
| Среднее | 7.55 | 89.11 | 3.34 | 100.00 |
Выводы
Результаты исследования стоматологических имплантатов показывают нам, что углеродное нанопокрытие на имплантатах SLA наносится и держится значительно лучше, чем на имплантатах с дополнительной обработкой.
При этом, нанопокрытие обладает большой твердостью и наносится на тело имплантата плотным слоем, толщина которого может быть значительной.
Неодродность нанопокрытия обуславливается технологическими особенностями процесса нанесения.
Принимая во внимание, что на металлическое тело имплантата углеродное нанопокрытие наносится полностью, тем самым защищая его от внешнего воздействия. Можно предположить, что в условиях вживления имплантата в живую ткань, нанопокрытие будет способствовать минимизации локальной реакции костного мозга и реакции регионарных лимфатических узлов на внедрение имплантата. Так же, это позволит снизить риск накопления ионов металлов в лимфоидных органах в процессе коррозии, и избежать осложнений связанных с резорбцией костной ткани.
Соавтор статьи: Фадеев Иван Анатольевич, генеральный директор ООО "Нараяма" (г. Москва). Руководитель проекта по созданию биосовместимых имплантатов.
Читайте также:
Статьи от брендов
0 комментариев