การพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมของรากฟันเทียม

คำอธิบายทั่วไป

ไทเทเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์ (CPTI) และไทเทเนียม -6 อัล -4 v โลหะผสมทั้งสองนั้นเข้ากันได้ทางชีวภาพ

องค์ประกอบและคุณสมบัติของโลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้เป็นรากฟันเทียม

เกรด 5 ไทเทเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในศัลยกรรมกระดูก นี่เป็นเพราะความแข็งแกร่งที่เหนือกว่าและโมดูลัสของ Young ต่ำ อย่างไรก็ตามมันยังสามารถใช้ในทันตกรรมและการใช้โลหะผสมนี้แสดงให้เห็นว่าเป็นที่ยอมรับทางชีวภาพ อย่างไรก็ตามโลหะผสมนี้ปล่อยอลูมิเนียมและวานาเดียมซึ่งทั้งสองอย่างนี้อาจทำให้เกิดปัญหาทางชีวภาพ อลูมิเนียมรบกวนการทำให้เป็นแร่กระดูกซึ่งนำไปสู่ข้อบกพร่องทางโครงสร้างในขณะที่วานาเดียมเป็นพิษต่อเซลล์และอาจทำให้เกิดปฏิกิริยาชนิด IV (แพ้) เพื่อให้ได้ผลข้างเคียงเหล่านี้สารทั้งสองจะต้องมีอยู่ในระดับความเข้มข้นที่สมเหตุสมผลในเนื้อเยื่อและความเข้มข้นที่ปล่อยออกมาจากโลหะผสมนี้อยู่ต่ำกว่าที่จำเป็นในการสร้างผลกระทบที่เป็นพิษ การปล่อยยังต่ำกว่าการดูดซึมทางโภชนาการโดยเฉลี่ยของไอออนเหล่านี้ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการรวมกระดูกที่น่าพอใจกับโลหะผสมนี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังการรักษาเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับชั้นออกไซด์ของพื้นผิว

การออกแบบของรากฟันเทียมที่ทันสมัยมักจะมีด้ายที่มีส่วนประกอบโลหะผสมโลหะเข้าไปในกระดูกของขากรรไกรล่างหรือขากรรไกร ส่วนโลหะเรียบผ่านเนื้อเยื่ออ่อนของเหงือกและรองรับฟันเทียมซึ่งมักจะทำจากวัสดุเซรามิก ส่วนหนึ่งเป็นเพราะการออกแบบนี้ต้องใช้ความระมัดระวังเมื่อเลือกผู้ป่วยเพื่อรับการปลูกถ่าย

ไทเทเนียมเป็นโลหะทรานซิชันที่สามารถสร้างโซลูชั่นที่เป็นของแข็งด้วยองค์ประกอบที่มีขนาดอะตอมใกล้เคียงกัน ในสถานะที่เป็นของแข็งต่ำกว่า 882.5 องศาไทเทเนียมมีรูปทรงเรขาคณิตที่เต็มไปด้วยหกเหลี่ยมที่รู้จักกันในชื่อโครงสร้างอัลฟ่า สูงกว่าอุณหภูมินี้ไทเทเนียมที่เป็นของแข็งจะเปลี่ยนเป็นรูปทรงลูกบาศก์ที่เน้นร่างกายเป็นศูนย์กลางที่รู้จักกันในชื่อโครงสร้างเบต้าจนกระทั่งมันละลายที่ 1688 องศา ในโลหะผสมไทเทเนียมเกิดขึ้นในรูปแบบที่หลากหลายและสามารถเป็นอัลฟ่าบริสุทธิ์หรือเบต้าบริสุทธิ์หรือการรวมกันของทั้งสอง องค์ประกอบการผสมของไทเทเนียมเป็นทั้งอัลฟ่าคงที่เช่นอลูมิเนียมหรือความคงตัวของเบต้าเช่นวานาเดียมเหล็กนิกเกิลและโคบอลต์ ออกซิเจนเป็นเครื่องทำให้คงที่อัลฟ่า นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบโลหะบางอย่างเช่นเซอร์โคเนียมที่ไม่มีผลต่อความเสถียรของเฟสทั้งสอง

เมื่อทำการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่เป็นที่ต้องการอย่างเต็มที่หรือเป็นอัลฟ่าส่วนใหญ่เนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม เงื่อนไขการประมวลผลได้รับการคัดเลือกเพื่อสนับสนุนโครงสร้างจุลภาคของอัลฟาซึ่งมีผลต่อคุณสมบัติเชิงกล (ความแข็งแรงความเหนียวความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าและความเหนียวแตกหัก)

เคมีพื้นผิว

อัลลอยด์หลักสองตัวที่ใช้ในการสร้างอุปกรณ์ที่สามารถฝังได้, ไทเทเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์ (CPTI) และไทเทเนียม -6 a 1-4 V, มีพื้นผิวที่ประกอบด้วยออกไซด์ TiO2 เป็นหลัก ชั้นออกไซด์คือ 4-6 นาโนเมตรหนาและมีกลุ่มไฮดรอกซิลนอกเหนือจากออกไซด์ องค์ประกอบที่แน่นอนของพื้นผิวมีความสำคัญในการส่งเสริมการยึดเกาะของ osteoblast และชั้นออกไซด์มีแนวโน้มที่จะมีคุณสมบัติทางชีวภาพที่ดี

การปลูกถ่ายไทเทเนียมมักจะถูกปรับเปลี่ยนพื้นผิวหลังจากการผลิตเริ่มต้นเพื่อให้แน่ใจว่าออกซิเดชันสม่ำเสมอและเพื่อกำจัดการปนเปื้อนใด ๆ พื้นผิวที่ได้รับการดัดแปลงมีคุณสมบัติทางชีวภาพที่ดีขึ้นการส่งเสริมการยึดเกาะของเซลล์และกระบวนการแพร่กระจายซึ่งทั้งสองอย่างนี้ช่วยในการรวมกระดูก

พื้นผิวของโลหะผสม ti -6 a 1-4 v มีอลูมิเนียมและวานาเดียม พื้นผิวเสร็จสิ้นและความขรุขระยังเป็นลักษณะสำคัญของการปลูกถ่ายไทเทเนียมเนื่องจากมีผลต่อคุณภาพของการมีปฏิสัมพันธ์กับกระดูก

พฤติกรรมการกัดกร่อนเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่มีผลต่อความเข้ากันได้ทางชีวภาพของการปลูกถ่ายโลหะ นี่เป็นเพราะไอออนโลหะที่ปล่อยออกมาจากการกัดกร่อนอาจทำให้เกิดผลข้างเคียงต่าง ๆ สิ่งเหล่านี้สามารถส่งผลกระทบต่อเนื้อเยื่อรอบ ๆ การปลูกถ่าย แต่ทั้งร่างกายที่อาจเกิดอาการแพ้

โซนอินเทอร์เฟซระหว่างการปลูกถ่ายไทเทเนียมและกระดูกที่มีชีวิตเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพัฒนาของ osseointegration โซนนี้บางมาก (20-50 นาโนเมตร) และเป็นที่ที่เซลล์กระดูกปล่อยปัจจัยการเจริญเติบโตดังนั้นจึงเริ่มต้นขั้นตอนของการสร้างกระดูก ขั้นตอนแรกคือการสะสมของโปรตีนจากพลาสมาไปยังชั้นออกไซด์ของพื้นผิว ตามด้วยการก่อตัวของเมทริกซ์ไฟบรินซึ่งเป็นโครงสร้างที่ทำหน้าที่เป็นนั่งร้านสำหรับ osteoblasts (เซลล์ที่ขึ้นรูปกระดูก) รองรับด้วยวิธีนี้ osteoblasts วางกระดูกซึ่งขยายเพื่อเติมเต็มโซนอินเตอร์เฟสทำให้มันเติบโตขึ้นกับพื้นผิวรากฟันเทียมจึงช่วยให้การปลูกถ่ายเป็น osseointegrate สิ่งสำคัญของ osseointegration ที่เหมาะสมคือซึ่งแตกต่างจากในกรณีของแคปซูลเส้นใยการปลูกถ่ายได้รับการแก้ไขอย่างแน่นหนาซึ่งในทันตกรรมให้สมอที่ปลอดภัยสำหรับอุปกรณ์บูรณะ

ชั้นออกไซด์บนพื้นผิวมีบทบาทสำคัญในความสำเร็จของ Osseointegration ชั้นออกไซด์ที่หนาขึ้นและหยาบกร้านจะส่งเสริม osseointegration ที่เชื่อถือได้และรวดเร็วอย่างน้อยในระยะสั้น ชั้นออกไซด์ยังมีผลของการผ่านโลหะดังนั้นจึงยับยั้งการกัดกร่อนและลดการปล่อยไอออนไทเทเนียม

;

Titanium alloy ti -6 al -4 v

โลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ti -6 al -4 v มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมสำหรับใช้เป็นรากฐานทางทันตกรรม อย่างไรก็ตามผลการศึกษาในหลอดทดลองโดยทั่วไปจะพบ ti -6 al -4 v เพื่อให้เหนือกว่า อัลลอยทั้งสองสามารถ osseointegrate และเข้ากันได้ทางชีวภาพอย่างมากกับเนื้อเยื่อกระดูกและช่องปาก พวกเขาแสดงการกัดกร่อนน้อยที่สุดและมีผลกระทบอย่างเป็นระบบในผู้ป่วยจำนวนน้อย จากมุมมองทางชีวกลศาสตร์พวกเขาจะเหมาะสำหรับวัตถุประสงค์และมีอัตราการรอดชีวิตทางคลินิกสูงหลังจากใช้เวลาหลายปี

Titanium alloy ti -6 al -4 v-eli

ti -6 al -4 v-eli แสดงให้เห็นว่าไม่ใช่ cytotoxic เมื่อเทียบกับไทเทเนียมบริสุทธิ์ องค์ประกอบการผสมอื่น ๆ ก็แสดงให้เห็นว่าเป็นที่ยอมรับและไม่พบว่าเพิ่มความเป็นพิษต่อเซลล์อย่างมีนัยสำคัญ

Titanium alloy ti -6 al -7 nb

ti -6 al -7 nb มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ความแข็งความแข็งแรงของผลผลิตและแรงดึงโดยทั่วไปเกินกว่า CPTI fibroblasts ของมนุษย์ในโลหะผสม Ti-NB เติบโตช้ากว่าและในระดับที่น้อยกว่า

ti -6 al -7 nb เป็นโลหะผสมหลายไททาเนียม-โนเบียมที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางสำหรับแอปพลิเคชันการสัมผัสกระดูก โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันถูกนำมาใช้มากขึ้นในการผลิตรากฟันเทียม มันเป็นโลหะผสมอัลฟ่าเบต้าที่พัฒนาขึ้นมาสำหรับศัลยกรรมกระดูกและมีคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับ CPTI นอกจากนี้ยังมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนและเมื่อเกิดการกัดกร่อนคุณสมบัติทางชีวภาพของมันเป็นที่ยอมรับได้เนื่องจากไม่มีวานาเดียม

ti -6 al -7 nb คล้ายกับ CPTI โดยมี fibroblasts เหงือกของมนุษย์ที่ยึดติดการแพร่กระจายและการแพร่กระจายไปยังองศาที่คล้ายกันทั้งสองโลหะผสม การฝังระยะสั้นของ Ti -6 al -7 nb ได้รับการแสดงเพื่อกระตุ้นการตอบสนองการอักเสบชั่วคราวคล้ายกับ CPTI แต่ตามด้วยผลลัพธ์ทางชีวภาพที่น่าพอใจมาก ความต้านทานการกัดกร่อนสูงและความมั่นคงที่ดี เมื่อ ti -6 al -7 nb ถูกเตรียมเป็นการหล่อความแข็งแรงเชิงกลและการต่อต้านการสึกหรอก็ดีเช่นกันการยืนยันโอกาสของโลหะผสมนี้เพื่อใช้เป็นฟันปลอม