СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ГИДРОФИЛЬНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕНТАЛЬНЫХ ИМПЛАНТАТОВ
METHOD OF INCREASING HYDROPHILICITY OF SURFACE OF DENTAL IMPLANTS

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии и может быть использовано в дентальной имплантологии
В настоящее время в дентальной имплантологии актуальной проблемой является ранняя реабилитация пациентов с частичной и полной потерей зубов. Успешная репаративная регенерация является главным фактором, влияющим на механическую целостность соединения имплантата и кости и сокращения сроков лечения. В 1965 году  впервые ввел термин «остеоинтеграция» для описания успешного результата интеграции кости в имплантат. Клинически процесс остеоинтеграции отражает механическое закрепление дентального имплантата в кости челюсти, которое сохраняется при всех нормальных условиях оральной функции.
Дентальные имплантаты в основном имеют цилиндрическую или коническую (корневую) конструкцию с резьбой. Конструктивные параметры в первую очередь влияют на распределение нагрузки в костной ткани, что приводит к правильной фиксации и функционированию имплантата. Геометрия имплантата может значительно повысить стабильность и биомеханическую фиксацию имплантата после процесса заживления. Преобразование поверхности дентальных имплантатов для увеличения площади сцепления имплантата с костью, то есть увеличение степени шероховатости также имеет большое значение в процессе остеинтеграции. Но шероховатость далеко не единственный параметр поверхности дентальных имплантатов, влияющий на ее успешность.
Проведено большое количество исследований об адгезии белковых субстанций к поверхности дентальных имплантатов с биопокрытием в виде кальций фосфатных материалов. И хотя остеокондуктивные свойства биоактивных покрытий, безусловно, имеют преимущества. Однако указанные покрытия не лишены такого недостатка, как отслаивание покрытия от титановой подложки, что связано с наличием недостаточно прочной связи между различными фазами фосфатов кальция на поверхности имплантата. Поэтому, несмотря на существующее множество методов для изменения эффективности имплантата путем улучшения реакции костей физически, химически или терапевтически проблема улучшения остеоинтеграции остается актуальной.
Одним из перспективных направлений является разработка методики обработки имплантатов холодной плазмой, которая за счет повышения гидрофильности будет стимулировать прорастание остеобластов в поверхность и макрорезьбу имплантата, что позволит улучшить сцепление между имплантатом и тканями, снижая риск попадания бактерий на поверхность имплантата.
Известны способы обработки имплантатов холодной плазмой.
1. [Low pressure plasma surface treatment device for dental implant, [KR 102036169 (B1) - 2019-10-24]. Способ заключается в обработке имплантата холодной плазмой с участием аргона и кислорода. Устройство состоит из нескольких камер и блоков. Согласно способу требуется регулировать скорость потока газов. В устройстве блок управления управляет импульсами, которые должны поддерживаться на частоте 50 кГц±10%, выходная мощность составляет не менее 50 Вт, внутренняя температура камеры 20 ниже 60°С.
Недостатком этого способа является использование нескольких газов: аргона и кислорода, необходимость наличия отдельных камер для хранения и смешивания газов, элементов устройства для регулировки скорости потока газов.
2. Method of processing dental implant surface using ultraviolet light with plasma and surface processing device for dental implant performing the same [KR 20160065698 (A) - 2016-06-09].
Настоящее изобретение относится к способу обработки поверхности имплантата с использованием оптической плазмы. Способ включает в себя: помещение титансодержащего имплантата в устройство для обработки оптической плазмы; затем вводят газообразный кислород в устройство для оптической обработки плазмы; и затем облучают ультрафиолетовым светом. Далее обрабатывают поверхность имплантата кислородной плазмой, модифицированной газообразным кислородом.
Недостатком данного способа является обработка имплантата в несколько этапов, необходимость облучать имплантат ультрафиолетовым светом, модифицировать плазму газообразным кислородом.
3. Container, apparatus and method for handling an implant. [WO 2015087326 (A1) - 2015-06-18]. В указанном способе камера для плазменной обработки герметична и может быть выполнена из разных материалов. Камера содержит жидкость в виде солевого состава или в виде состава, включающего добавки для обработки поверхности ран, заживляющие добавки.
Недостатком данного аналога можно считать необходимость использовать при плазменной обработке имплантата жидкость определенного состава, с растворенными в ней добавками.
Задача предлагаемого изобретения - создание эффективного и простого способа увеличения гидрофильности дентальных имплантатов при помощи обработки имплантатов холодной плазмой при минимальном, но достаточном времени обработки.
Преимуществом предлагаемого способа в сравнении с аналогами является то, что плазменная камера представляет собой простую, однокамерную конструкцию, наполнена атмосферным воздухом, насыщенным парами воды. При этом достигается увеличение гидрофильности обрабатываемой поверхности имплантатов за оптимально короткое время.
Поставленная задача решается тем, что предварительно отфрезерованный, подвергнутый пескоструйной обработке и протравленный соляной кислотой имплантат помещают в газоразрядную камеру, подключенную к импульсному генератору высокого напряжения. В камеру добавляется вода в количестве 20 мкл. С помощью форвакуумного насоса из камеры откачивается воздух до достижения давления 100 Па. Герметизирующая пластина из нержавеющей стали заземляется, а на латунную пластину подается напряжение 40 кВ в импульсном режиме: частота 100 Гц, продолжительность импульса 100 нс. После обработки плазмой продолжительностью от 0 до 240 сек. имплантат извлекается, на его поверхность помещается капля воды объемом 2 мкл и производится фотосъемка так, чтобы оптическая ось совпадала с плоскостью поверхности с каплей. По полученному снимку измерялся краевой угол смачивания.
Сделано сравнение имплантата, покрытого холодной плазмой, с исходным образцом по стандарту исследования поверхностей имплантатов ISIS. Показана зависимость краевого натекающего угла смачивания от времени обработки образца в холодной плазме. По результатам испытаний определено оптимальное время обработки имплантата холодной плазмой.
Осуществление изобретения.
Использовались титановые имплантаты Dentium Super-Line корневидной формы с двойной резьбой.
Для получения холодной плазмы собран импульсный генератор высокого напряжения по схеме Блюмляйна (Фиг. 1) с подключенной к нему газоразрядной камерой (Фиг. 2). На газоразрядную камеру (К) импульсно подается напряжение 40 кВ с частотой 100 Гц, в результате чего происходит поджег плазмы, емкость конденсаторов C1=С2=47 пФ, напряжение V=20 кВ.
Газоразрядная камера представляет собой стеклянную емкость цилиндрической формы диаметром 170 мм, высотой 40 мм и толщиной стенок 3 мм, герметично закрытую через каучуковое уплотнительное кольцо высотой 3 мм, пластиной из нержавеющей стали. На дно емкости снаружи приклеен эпоксидным клеем легированный оловом латунный лист, на который импульсно подается 40 кВ с частотой 100 Гц. Второй электрод камеры - пластина из нержавеющей стали. В пластине находится сквозное отверстие и прикреплен шланг для откачки воздуха из камеры с помощью форвакуумного насоса до давления ~100 Па. Импульс генерировался с помощью ЭВМ и подавался на блок поджига тиратрона, питаемого от высоковольтного источника Spellman РСМ20Р120/10000. После чего импульс 20 кВ подавался на систему конденсаторов для увеличения до 40 кВ.
До начала плазменной обработки проводилась фрезеровка имплантатов на аппарате Dentsply Sirona inLab МС XL, пескоструйная обработка оксидом алюминия (размер зерна 50 мкм) и протравливание 14% соляной кислотой (время экспозиции 15 мин.). Затем образцы помещались в камеру, после чего в камеру добавляли 20 мкл воды, из камеры откачивался воздух с помощью форвакуумного насоса с манометром до давления ~100 Па и поджигалась плазма (Фиг. 3). Частота импульсов поджига газового разряда 100 Гц. Время плазменной обработки было 240, 120, 60, 30, 15, 10, 5 и 0 (контроль) сек. (Фиг. 4).
Затем обработанный образец доставали из камеры и сравнивали с образцом без обработки, нанося капли воды. Капли на образце, обработанном плазмой, растеклись по поверхности и вниз по резьбе (Фиг. 5).
Для определения гидрофильности поверхности образцов, как основного показателя увеличения остеоинтеграции, использовался натекающий краевой угол смачивания. Равновесный краевой угол смачивания не вычислялся, так как оттекающий краевой угол смачивания измерить не удалось, поскольку на исследуемой шероховатой поверхности он был неизмеримо мал.
Краевой угол смачивания измерялся методом лежащей капли. Капля объемом 2 мкл наносилась на плоскую поверхность измеряемого образца. Так как такая капля достаточно мала и можно пренебречь ее весом по сравнению с силами поверхностного натяжения, то поверхность этой капли можно считать сферической, то есть капля на поверхности - это шаровой сегмент (Фиг. 6).
Определено, что:
Угол α между плоскостью и поверхностью капли в месте сечения и есть краевой угол смачивания. Поэтому он равен:
Объем шарового сегмента равен:
где h - высота шарового сегмента
R - радиус сферы
2r - диаметр капли (при 0<А<90)
Переписываем уравнение в виде:
Решаем уравнение для h по методу Омара Хайямы, получаем:
Подставляем в уравнение (2) получаем:
Поэтому для измерения угла смачивания необходимо нанести каплю объемом V на поверхность и измерить диаметр капли и ее высоту. Проведено семь серий измерений краевого угла смачивания в зависимости от времени обработки холодной плазмой. С помощью генератора холодной плазмы обработаны 42 образца дентальных имплантатов. Средние значения экспериментальных данных исследований представлены на Фиг. 7 и в Таблице 1.
По методике ISIS и краевому прилеганию капли воды проведено сравнение образца, обработанного холодной плазмой, с необработанными (стандартными) имплантатами других производителей (Таблица 2).
Технический результат предлагаемого способа заключается в том, что обработка холодной плазмой дентальных имплантатов по предлагаемому методу позволяет максимально увеличить гидрофильность поверхности имплантата, что ускоряет его приживление, уменьшает реабилитационный период и сокращает процент осложнений после дентальной имплантации.