Lääketieteellisten titaanimateriaalien kehitysnäkymät.

Monia implanttimateriaaleja on käytetty erilaisissa hammaslääketieteen sovelluksissa niiden tehokkuudesta ja saatavuudesta riippuen. Hammasimplantilla on oltava vaaditut ominaisuudet, kuten bioyhteensopivuus, korroosion- ja kulutuskestävyys, riittävät mekaaniset ominaisuudet, osseointegraatio jne., jotta sen turvallinen ja optimaalinen käyttö voidaan varmistaa. Tässä katsauksessa analysoidaan titaanin (Ti) ja Ti-seosten eri näkökohtia, mukaan lukien ominaisuudet, valmistusprosessit, pinnan modifikaatiot, sovellukset hammasimplantteina ja rajoitukset. Lisäksi se esittelee myös käsityksen Ti-pohjaisten implanttimateriaalien viimeaikaisista edistysaskeleista ja innovatiivisten hammasimplanttien futuristisesta kehityksestä.

Avainsanat: Hammasimplantti, Titaaniseos, Pintamodifikaatio, Korroosionkestävyys, Osseointegraatio, Bioyhteensopivuus, Antibakteerinen aktiivisuus

Titaani (Ti) ja Ti-lejeeringit ovat lisääntyneet voimakkaasti 1980-luvun alusta lähtien. Siitä on tullut hyväksytympi metallinen biomateriaali sen erillisten ominaisuuksien ja lukuisten biolääketieteellisten käyttötarkoitusten vuoksi (Özcan et al., 2012; Vizureanu et al., 2020; Takeuchi et al., 2020). Suurimman osan ajasta metallisia biomateriaaleja hyödynnetään niiden korkean kantokyvyn ja väsymislujuuden vuoksi kestämään niihin kohdistuvia säännöllisiä liikkeitä (Gegner et al., 2014). Titaani on esitetty yhtenä rohkaisevimmista suunnittelubiomateriaaleista sen alhaisen kimmomoduulin, pienen ominaispainon, poikkeuksellisen korroosionkestävyyden, erinomaisen lujuus-painosuhteen, hyvien tribologisten ominaisuuksien ja poikkeuksellisen bioyhteensopivuuden vuoksi (Hatamleh et al., 2018) ; Mutombo, 2018). Titaaniseoksilla on parempi bioyhteensopivuus biolääketieteellisiin sovelluksiin kuin millään metallisisällöllä. Osteogeneesin trendin vuoksi ne luokitellaan kuitenkin bioinertiksi materiaaliksi verrattuna biokeramiikkaan, kuten zirkoniumoksidiin, alumiinioksidiin, hydroksiapatiittiin ja yhdistelmiin (Niinomi et al., 2008; Hoque et al., 2013, 2014; Ragurajan et al., 2018). Golieskardi et ai., 2019). Nykyisen hammaslääketieteen tavoitteena on palauttaa potilas normaaliin tarkoitukseen, terveyteen, estetiikkaan ja puheeseen riippumatta stomatognaattisen järjestelmän vauriosta, atrofiasta tai sairaudesta. Tämän seurauksena proteesit hammaslääketieteessä ovat yksi hyvistä vaihtoehdoista henkilöille, joilla on yleensä huono suuterveys, mutta jotka ovat menettäneet hampaansa parodontaalisairauden, vamman tai muun syyn vuoksi (Oshida et al., 2010; Golieskardi et al. , 2020). Monet monimuotoiset implantit valmistetaan nyt puhtaasta titaanista ja sen seoksista.

Tähän asti enemmän metallisia implantteja on valmistettu perinteisillä menetelmillä, kuten kuumavalssauksella, sijoitusvalulla, takomalla ja koneistamalla. Useita edistyksellisiä valmistusmenetelmiä käytetään kuitenkin myös, koska kaikkia implanttilejeeringejä ei voida käsitellä tehokkaasti lopulliseen muotoon vastaavalla menetelmällä (Trevisan et al., 2017). Perinteiseen hammasvaluun verrattuna titaaniproteesit voidaan valmistaa paremmin käyttämällä CAD/CAM-tekniikkaa (tietokoneavusteinen suunnittelu ja tietokoneavusteinen valmistus) (Ohkubo et al., 2008). Nykyään innovatiivinen tekniikka, 3D-tulostus/Additive Manufacturing (AM), on räätälöity valmistamaan hammasimplantteja nopeasti tietokoneavusteisella suunnittelulla (Mohd ja Abid, 2019). 3D-tulostus/AM on osoittanut mikromittakaavan resoluution implanttien valmistuksessa tämän prosessin epäselvän tehokkuuden vuoksi, mutta potentiaalinen lähestymistapa hammasimplanttien valmistukseen (Thaisa ja Andréa, 2019).

Metalli-ionien vapautuminen aiheuttaa korroosioon liittyviä biologisia ongelmia, kuten myrkyllisyyttä, karsinogeenisuutta ja yliherkkyyttä. Metallielementtien purkautuminen implanttimateriaalista kehon eri elimiin ja implanttia ympäröiviin kudoksiin johtui biokorroosiosta, tribokorroosiosta ja niiden yhdistelmästä, joka on luonnollinen esiintyminen suussa (Barão et al., 2021). Vaikka biofilmejä tai korkeita fluoripitoisuuksia on olemassa, tämä vaikutus voimistuu. Metallipartikkelien läsnäolo aktivoi T-lymfosyyttejä, neutrofiilejä ja makrofageja, mikä lisää sytokiinien ja metallisten proteaasien tuotantoa. Lisäksi vanadiini-, alumiini- ja Ti–6Al–4V-hiukkaset ovat myrkyllisiä ja mutageenisia aiheuttaen Alzheimerin tautia, osteomalasiaa ja neurologisia ongelmia (Kirmanidou et al., 2016). Ti- ja Ti-seoksilla on huomionarvoisia sovelluksia ortopediassa ja hammaslääketieteessä. Tästä syystä monia implantteja tuodaan markkinoille päivittäin. Tämän katsauksen tarkoituksena on selvittää, miksi ja miten tämä materiaali on edistynyt merkittävästi, erityisesti CAD/CAM. On välttämätöntä tutkia Ti:n vuorovaikutusta biologisen ympäristön kanssa, jotta voidaan päättää, mitkä ominaisuudet tekevät tästä materiaalista ja sen seoksista houkuttelevan oikomishoitomateriaalina.

3D-tulostus (3DP) on nouseva teknologia hammasimplantteja varten, ja se voittaa lukuisia hammaslääketieteellisiä ongelmia, mukaan lukien diasteema, kruunuvaurio ja hampaiden menetys, koska sillä on tärkeä rooli ennaltaehkäisevässä/restoratiivisessa hammashoidossa. 3DP voi saavuttaa (i) useiden koostumusten, (ii) mikrorakenteen, (iii) mekaanisten ominaisuuksien ja (iv) biologisten menetelmien tiiviin hallinnan implanteilla kiinnitettyjen kudosten ja elinten suhteen. Itse asiassa se keskittyy hammaslääketieteen poikkeukselliseen vaikutukseen implantti- ja restaurointisovelluksissa, koska 3DP:llä CAD/CAM:n kautta on valmistuksessa ja implantaatiossa. On todennäköistä, että Ti-materiaali, jolla on toivottuja ominaisuuksia hampaiden vääristymien parantamiseksi, lisää nopeutta pienemmällä vaivalla (Gagg et al., 2013; Unnikrushnan et al., 2021).

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on kuvata titaanin ja sen seosten erilaisia ​​käyttötapoja hammaslääketieteessä sekä sen historiallista kehitystä, valmistusmenetelmiä ja pinnanmuokkaustekniikoita. Tässä katsauksessa lyhennetään Ti-seosten erilaisia ​​mekaanisia ja fysiologisia ominaisuuksia. Siinä keskustellaan myös hyvistä ja tulevaisuuden näkymistä sen hyödyntämisestä, mikä antaa yleiskatsauksen tuleville valmistajille, tutkijoille ja akateemikolle.