Влияние пескоструйной обработки и плазменно-электролитического оксидирования на качество поверхности дентальных имплантатов

Титановые сплавы имеют высокую биосовместимость и поэтому находят широкое применение в производстве имплантируемых медицинских изделий. Имплантаты в свою очередь должны иметь определенные характеристики поверхности для положительного процесса остеоинтеграции. Для повышения биосовместимости, а также жизнеспособности клеток предложены многочис­ленные модификации поверхности имплантатов, влияющие на топографию, характеристики шероховатости и физико-химический состав поверхностного слоя.

Наиболее распространенный метод обработки поверхности дентальных имплантатов — пескоструйная обработка оксидом алюминия Al₂O₃ (корундом). Однако алюминий не является биосовместимым элементом и может способствовать развитию различных заболеваний. В настоящее время активно развивается метод плазменно-электролитического оксидирования, обеспечивающий формирование на поверхности титановых имплантатов биосовместимого оксидного покрытия на основе TiO₂.

Цель исследования — определение остаточного содержания алюминия в поверхностном слое дентальных имплантатов после пескоструйной обработки и последующего плазменно-электролитического оксидирования для обоснования эффективной последовательности технологических операций в серийном производстве дентальных имплантатов.

Материалы и методы. Проведено исследование по установлению остаточного содержания алюминия в поверхностном слое дентального имплантата NCTi, подвергнутого двум типам обработки поверхности: пескоструйной и плазменно-электролитической (после пескоструйной).

Результаты. Пескоструйная обработка частицами оксида алюминия Al₂O₃ приводит к фиксации таких частиц с весовой долей Al, равной 2,67±0,79%, в поверхностном слое имплантата. Обработка детального имплантата с помощью плазменно-электролитического оксидирования способствует снижению весовой доли Al в поверхностном слое до 0,33±0,08% и значительно улучшает коррозионную стойкость имплантатов с уменьшением токов коррозии на порядок величины.

1. Velasco-Ortega E., Alfonso-Rodríguez C.A., Monsalve-Guil L., España-López A., Jiménez-Guerra A., Garzón I., Alaminos M., Gil F.J. Relevant aspects in the surface properties in titanium dental implants for the cellular viability. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2016; 64: 1–10, https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.03.049.
2. Мамонов А.М., Чернышова Ю.В., Сафарян А.И., Кар­пов В.Н., Сарычев С.М. Исследование влияния инновационных технологий обработки на структуру и физико-химические свойства циркониевого и титанового сплавов для имплантируемых медицинских изделий. Титан 2015; 4: 4–11.
3. Shin Y., Akao M. Tissue reactions to various percutaneous materials with different surface properties and structures. Artif Organs 1997; 21(9): 995–1001, https://doi.org/10.1111/j.1525-1594.1997.tb00514.x.
4. Kim H., Choi S.H., Ryu J.J., Koh S.Y., Park J.H., Lee I.S. The biocompatibility of SLA-treated titanium implants. Biomed Mater 2008; 3(2): 025011, https://doi.org/10.1088/1748-6041/3/2/025011.
5. Labis V., Bazikyan E., Zhigalina O., Sizova S., Oleinikov V., Khmelenin D., Dyachkova I., Zolotov D., Buzmakov A., Asadchikov V., Khaidukov S., Kozlov I. Assessment of dental implant surface stability at the nanoscale level. Dent Mater 2022; 38(6): 924–934, https://doi.org/10.1016/j.dental.2022.03.003.
6. Aparicio C., Rodriguez D., Gil F.J. Variation of roughness and adhesion strength of deposited apatite layers on titanium dental implants. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2011; 31(2): 320–324, https://doi.org/10.1016/j.msec.2010.09.018.
7. Скворцова С.В., Орлов А.А., Спектор В.С., Заи­ров А.В., Лиджиев А.А. Влияние упрочняющей термической обработки на твердость титанового сплава ВТ6. Титан 2022; 3–4: 11–18.
8. Cochran D.L., Schenk R.K., Lussi A. Higginbottom F.L., Buser D. Bone response to unloaded and loaded titanium implants with sandblasted and acid-etched surface: a histometric study in the canine mandible. J Biomed Mater Res 1998; 40(1): 1–11, https://doi.org/10.1002/(sici)1097-4636 (199804)40:11::aid-jbm13.0.co;2-q.
9. Bosshardt D.D., Chappuis V., Buser D. Osseointegration of titanium, titanium alloy and zirconia dental implants: current knowledge and open questions. Periodontol 2000 2017; 73(1): 22–40, https://doi.org/10.1111/prd.12179.
10. Darwell B.W., Samman N., Luk W.K., Clark R.K., Tideman H. Contamination of titanium castings by aluminium oxide blasting. J Dent 1995; 23(5): 319–322, https://doi.org/10.1016/0300-5712(94)00003-x.
11. Aliofkhazraei M., Macdonald D.D., Matykina E., Parfenov E.V., Egorkin V.S., Curran J.A., Troughton S.C., Sinebryukhov S.L., Gnedenkov S.V., Lampke T., Simchen F., Nabavi H.F. Review of plasma electrolytic oxidation of titanium substrates: mechanism, properties, applications and limitations. Appl Surf Sci Adv 2022; 5: 100121, https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2021.100121.
12. Aubakirova V., Farrakhov R., Sharipov A., Polyakova V., Parfenova L., Parfenov E. Investigation of biocompatible PEO coating growth on cp-Ti with in situ spectroscopic methods. Materials (Basel) 2022; 15(1): 9, https://doi.org/10.3390/ma15010009.
13. Muraev A.A., Murzabekov A.I., Ivanov S.Yu., Tarasov Yu.V., Orlov E.A., Dolgalev A.A. Plasma electrolytic oxidation for dental implant surface treatment. Sovremennye tehnologii v medicine 2023; 15(3): 18, https://doi.org/10.17691/stm2023.15.3.02.
14. Парфенов Е.В., Фаррахов Р.Г., Мукаева В.Р., Гор­бат­ков М.В., Мелемчук И.А., Стоцкий А.Г., Чернейкина Я.В. Автоматизированная технологическая установка для ис­следования электролитно-плазменных процессов. Вестник УГАТУ 2016; 20(4): 23–31.
15. Лабис В.В., Базикян Э.А., Козлов И.Г., Сизова С.В., Хайдуков С.В. Наноразмерные частицы — участники ос­тео­интеграции. Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН 2016; 1: 5.

Zaynullina L.I., Farrakhov R.G., Ramazanov I.A., Khamatdinov R.Z., Dyuryagin V.S., Parfenov E.V. Impact of Sandblasting and Plasma Electrolytic Oxidation on Surface Quality of Dental Implants. Sovremennye tehnologii v medicine 2023; 15(6): 40, https://doi.org/10.17691/stm2023.15.6.05