Mikro/nano gözenekli hidrofilik dental implantların üretimi
Production of micro / nano porous hydrophilic dental implants
Yazar: MUHİDDİN CAN ŞENOL
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA TÜRK
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Dental implant uygulaması yüz yıllar öncesine dayansa da gerçek anlamda günümüzdeki halinin ilk uygulaması 19. Yüzyılın başların da gerçekleştirilmiş olup; implantlarda doku uyumu ve osseointegrasyonun arttırılması gerektiğinden, kullanılan malzeme ve mekanik özelliklerin yanı sıra, implant tasarımı ve yüzey işlemlerinde yapılacak yeniliklere de ihtiyaç duyulmuştur. Bu amaçla yeni nesil dental implant üretim teknolojileri hedeflenen ideal özellikleri kazandırılmayı sağlayacak mekanik ve yüzey işlemlerine gerek duymaktadır. Yeni nesil dental implant üretiminde, TiO2 kaplı implanta mikro ark oksidasyonu uygulanarak osseointegrasyon ve hidrofilikliğin arttırılması amaçlanmıştır.

Titanyumdan üretilen dental implantın, abutment ile montaj uyumunun yüksek olması için iç altıgen bağlantı uygulanmış olup, osseointegrasyon özelliğini mekanik olarak artırmak amacı ile dental implantın dış yüzeyinde agresiv YIV yapısı uygulanmıştır. Yüzey işlemleri uygulayarak osseointegrasyonunu arttırması için dental implantın yüzey TiO2 kumu ile kumlanmıştır. Daha sonra TiO2 kumu ile kumlanan yüzey mikro ark anodik yöntemi ile oksidasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. 

Mekanik dayanımı ölçmek için uygulanan yorulma test sonucunun 220 N maksimum yük ve burulma test sonucuna göre akma mukavemeti ortalaması 0,13 Nm, maksimum dayanım ortalaması ise 0,28 Nm olarak ölçülmüştür. TiO2 kumu ile yapılan kumlama işlemi sonrasında dental implantın yüzey pürüzlülük değeri 1,70 μm olarak ölçülmüştür. Yüksek yüzey pürüzlülük değerine sahip dental implantın fiziksel değişimden farklı olarak yüzeyde aktif bir titanyum dioksit (TiO2) tabakası elde edilmiştir. 

 Anodik oksidasyon süreci, titanyum dental implantın iletken özelliğe sahip fosforik asit çözeltisi içinde ve oda sıcaklığında, yüzeyde biriktirilecek oksit için 300 voltaj değerinde elektriksel bir hücre ile oksitlendirme işlemi gerçekleştirilmiştir. Yüzeydeki elektriksel kırılım potansiyelinin aşılması ile lokal oksit bölgelerinde oluşan boşalımlar sonucu, yüzeyde mikronaltı çapta ve derinlikte nano gözenekli yapılara ulaşılmıştır. Bu nano boyuttaki boşluklar implantın hidrofilik karakterine pozitif yönde bir katkıda bulunmuştur. Yüzey uygulamaları sonrasında su temas açısı 84°'den 61°'ye düşürülmüş ve ıslatılabilirliği daha yüksek bir yüzey oluşumu sağlanmıştır.

Titanyum hammaddesinin biyouyumlu malzeme olduğu ile ilgili birçok makale bulunmaktadır. Uygulanan yüzey işlemleri sonrasında titanyumun değişen karakterizasyonu nedeniyle biyouyumluluğunun tekrar değerlendirilmesi gerektiği, bu gereklilikten dolayı biyouyumluk testlerinin yapıldığı ve yapılan test sonuçlarına göre de yüzeyin biyouyumlu olduğu anlaşılmıştır. 

Dental implantın tasarım farklılıkları sonucunda mekanik dayanım değerleri yüksek, uygulanan yüzey işlemleri sonrasında osseointegrasyonu başarılı bir şekilde destekleyen ve hidrofilik özellik kazanmış dental implant üretilmiştir.

Abstract:
Although dental implant application dates back hundreds of years, the first application  in real terms of the present day was carried out in the early 19th century.  Because of the need to increase tissue compliance and osseointegration in implants, there is a need for innovations in implant design and surface treatment, as well as material and mechanical properties.For this purpose, the new generation of dental implant manufacturing technologies require mechanical and surface treatments to achieve the desired ideal properties. In the production of the new generation dental implants, it is aimed to increase osseointegration and hydrophilicity by applying TiO2 
coated implant micro arc oxidation.

A titanium-made dental implant has been internally hexagonal interlocked to achieve high abutment  fitting and an aggressive YIV structure was applied on the outer surface of the dental implant to increase the osseointegration feature mechanically.

The surface of the dental implant is sandblasted with TiO2 sand to enhance osseointegration by applying surface treatments. Subsequently, the surface ground with TiO2 sand was micro-arc anodically oxidation was carried out.

The fatigue test result applied to measure the mechanical strength was measured as 220 N maximum yield and yield strength average of 0,13 Nm and maximum strength average 0.28 Nm according to torsional test result. After sandblasting with TiO2 sand, the surface roughness value of the dental implant was measured as 1.70 μm. A surface-active titanium dioxide (TiO2) layer was obtained, unlike the physical change of a dental implant with a high surface roughness value. 

The anodic oxidation process was carried out in a phosphoric acid solution with conductive properties of a titanium dental implant and at an ambient temperature, oxidation of the surface with an electrical cell at a voltage of 300 volts for the oxide to be deposited. Due to the exceeding of the electric breakdown potential on the surface and the discharges formed in the local oxide regions, micronaltened diameter and depth of nano porous structure were reached on the implant surface. This nano-sized voids contributed positively to the hydrophilic character of the implant. After application of the surface, the water contact angle was reduced to 84 ° to 61 ° and a higher surface wettability was achieved.

There are many articles about titanium biomaterials being biocompatible. It has been understood that biocompatibility needs to be reassessed due to the changing character of titanium after the applied surface treatment. it was also understood that the biocompatibility tests were performed due to this requirement and the surface was biocompatible according to the test results.

As a result of the design differences of the dental implant, dental implants which successfully supported osseointegration,  mechanical durability values are high and gained hydrophilic properties were produced after the applied surface treatments.