Концентрация гидрида титана и гидрогена в титановых имплантатах с поверхностью, протравленной кислотой

Шмуклер-Монклер С.1, Бишоф М.2, Недир Р.3, Ермрих М.4
1 Кафедра стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, Парижский университет VI, Ортопедический институт Ф и Галеацци, Миланский университет, Италия
2 Ардентис, Стоматологическая клиника Vevey, Швейцарская группа стоматологических клиник, Швейцария
3 Кафедра стоматологии и хирургической стоматологии, Школа стоматологии, Женевский университет, Швейцария
4 Рентгенлаборатория д-ра Мартина Ермриха, Германия

Концентрация гидрида титана и гидрогена в титановых имплантатах с поверхностью, протравленной кислотой

Введение

Кислотная протравка — это распространенный метод для создания рельефа на поверхности зубного имплантата. Во время протравки кислотами защитный слой окисла титана растворяется и естественные ионы гидрогена (H+) выходят в емкость, где происходит обработка. Ионы H+ могут образовывать слой гидрида титана (TiH) и приводить к формированию иголочек из гидрида титана, которые способствуют увеличению хрупкости имплантата. Следовательно, целью исследования было определение концентрации гидрогена в имплантатах и концентрации гидрида титана на поверхности коммерчески чистого титана и имплантатов из титановых сплавов.

Материалы и методы исследований

Исследовали 5 систем титановых имплантатов с поверхностью, обработанной кислотной протравкой.
Три из них были изготовлены из коммерчески чистого титана: сильно протравлена поверхность STRAUMANN SLActive, сильно протравленная поверхность ANKYLOS CELL Plus, умеренно протравленная поверхность BIOMET 3i Osseotite. Две системы были изготовлены из титанового сплава   TAV (90% титана, 6% алюминия и 4% ванадия): умеренно протравленная поверхность BIOMET 3i PREVAIL Osseotite и сильно протравленная поверхность MIS BIOCOM. Гидрид титана измерялся дифракцией рентгеновских лучей, а концентрация гидрогена — методом термодесорпции.

Рис. 4. Дифракция спектра рентгеновских лучей при исследовании имплантатов Straumann SLActive (синий) и ANKYLOS (красный). Стрелками показаны пики концентрации гидрида титана

Рис. 5. Дифракция спектра рентгеновских лучей при исследовании имплантатов Biomet 3i Osseotite. Пики концентрации гидрида титана меньше, чем для предыдущих двух имплантатов

Рис. 7. Дифракция спектра рентгеновских лучей при исследовании имплантатов MIS BIOCOM из сплава титана. Не наблюдались пики концентрации гидрида титана на этих имплантатах

Результаты исследования

Гидрид титана имелся на всех имплантатах из коммерчески чистого титана (рис. 4, 5). Концентрация была разной у каждой системы имплантатов и зависела от интенсивности кислотной протравки.Для умеренно протравленной поверхности Osseotite концентрация была значительно ниже, чем для поверхностей SLActive и Cell Plus  (рис. 4-6, 9). Гидрид на поверхности сплава титана не обнаружен, независимо от интенсивности протравки (рис. 9). Концентрация гидрогена также колебалась; она не была меньше для имплантатов изтитанового сплава. Были соблюдены стандарты DIN — 130 ppm и ASTM- 150 ppm.

Рис. 8. Калибровочная кривая гидрида титана от 0 до 50 %, базирующаяся на соотношении между пиками концентрации титана и гидрида титана.

Показатели рентгеновской дифракции

Концентрация гидрогена

Рис. 9. Концентрация гидрида титана и гидрогена. На поверхности имплантатов из сплава титана образование гидрида не наблюдается. Для всех имплантатов концентрация составляет менее 130 ppm

Обсуждение и выводы

Низкая растворимость гидрогена в альфа-титане приводит к оседанию гидрогена в форме гидрида титана.
Поверхность обогащается TiH2 в соответствии с интенсивностью протравки. Высокая растворимость гидрогена в фазе бета-титана альфа-бета-титанового сплава предотвращает оседание гидрогена в форме гидрида титана.  Измерение концентрации гидрогена показало, что все имплантаты, даже с недостатком гидрида титана на поверхности, были обогащены гидрогеном. Во всех имплантатах количество гидрогена отвечало норме 130-150 ppm.