Пресс-центр

Три факта о химии поверхностей

Что общего между автомобилями, космическими скафандрами и имплантатами? Три факта о химии поверхностей

Мы можем этого не замечать, однако химия поверхностей, в том числе поверхностей имплантатов, влияет на нашу повседневную жизнь.

3 факта, которые необходимо знать о химическом составе поверхности.

О чем мы вспоминает в первую очередь, когда говорим о поверхности имплантатов?

Шероховатость?

Топография?

Дизайн тела имплантата и резьбы?

Когда речь идет о поверхности имплантатов, в течение многих лет всех интересовал вопрос ее шероховатости. Ведь именно она является ключевым фактором в скорости наступления остеоинтеграции.[i]

Однако пора исследовать этот вопрос более глубоко. Забыть на время о геометрии и топографии и вспомнить о химии. Если вы интересуетесь наукой и технологиями, то наверняка знаете, что химия - это удивительная область знаний, влияющая на нашу повседневную жизнь. И это также относится к химическим свойствам имплантатов, которые доктора используют для успешного лечения пациентов и, в конечном итоге, улучшения их качества жизни.

Вот три интересных факта, которые необходимо знать о химии поверхностей как в стоматологии, так и в других областях.

1. Химический состав поверхности определяет то, в какие реакции вступает материал - и это также касается имплантатов.

Химия поверхности — это ее химический состав. Поверхность материала образует «пограничный отряд» из атомов, которые сталкиваются с атомами другого материала. От химического состава поверхности зависит, какие химические реакции будут происходить на стыке с молекулами других веществ (твердых, жидких или газообразных).[ii]

В случае с имплантатами химический состав поверхности определяет реакции, которые будут происходить между имплантатом и клетками/белками.

Будет ли поверхность поглощать, впитывать или выделять другие вещества?

Будет ли на поверхности гидрофильный или гидрофобный слой?

Произойдет ли кристаллизация или катализация? Образует ли поверхность имплантата и абатмента химические связи с белками? Это и определяется химическим составом поверхности.

Химия поверхностей - крайне интересная область. Однако самое удивительное это то, как эти знания применяются на практике, когда с помощью технологий удается контролировать химический состав поверхности и извлекать преимущества из химических реакций, а также то, каким образом это способствует достижению высоких клинических результатов.

2. Химия поверхностей играет огромную роль во многих сферах - от повседневной жизни до космических полетов и стоматологического лечения.

Давайте рассмотрим химию поверхности в контексте. Это не только узкое направление в имплантологии — химический состав поверхности имеет значение в применении различных технологий, в промышленности и производстве. Вот несколько примеров:

Teflon™ — тефлон (политетрафторэтилен) — имеет цепочку связей между атомами углерода и фтора, которые сильны настолько, что другим атомам сложно соединиться с поверхностью.[iii] Наиболее известен как антипригарная поверхность для посуды. Однако настоящую славу тефлон получил после использования в качестве защитного материала космических скафандров для миссии «Аполлон». Также существуют медицинские изделия и хирургические инструменты с тефлоновым защитным покрытием.

Каталитические конвертеры — поверхность каталитического конвертера в автомобиле покрыта катализаторами, которые при контакте с выхлопными газами вызывают окисление угарного газа и углеводородов, а также снижают концентрацию оксида азота. [iv]

Технологии на основе полупроводников — микрочипы в телефоне, компьютере и практически в любом другом цифровом устройстве содержат миллионы транзисторов, которые созданы с помощью сложных химических процессов, включая химическое парофазное осаждение, кристаллизацию и травление.

Этот список можно продолжать и дальше. Однако почему это так важно для стоматологических имплантатов и абатментов?

3. Наступление интеграции тканей после установки имплантата зависит от химического состава поверхности.

По сути, химический состав поверхности имплантата запускает реакцию в клетках и белках.

Разные функциональные группы молекул реагируют по-разному, стимулируя или угнетая интеграцию тканей. Когда требуется, чтобы поверхность медицинских изделий предотвращала адгезию белков, она может содержать гидрофобный слой. Однако в случае установки имплантатов необходима такая химическая реакция, в результате которой образуются точки прикрепления клеток кости и мягких тканей.

Одним из способов изменения химического состава поверхности имплантата является анодирование. Если вы не знакомы с анодированием, то это процесс, в ходе которого титановый имплантат погружают в раствор электролита и затем пропускают через него электрический ток. В результате происходит утолщение слоя оксида титана и изменение текстуры поверхности. Если в раствор электролита добавить определенные молекулы, они присоединятся к оксиду и изменят химический состав поверхности. Это и определяет химические реакции, которые будут происходить при контакте поверхности с тканями организма.1 Было обнаружено, что определенные химические элементы способствуют положительному биологическому ответу тканей на поверхность металла.[v] [vi] [vii]

Так, очень важным оказалось наличие на поверхности гидроксильных групп (ОН), которые, как было доказано, способствуют остеоинтеграции и формированию кости.[viii][ix][x] Чем больше гидроксильных групп, тем больше поверхность имеет точек прикрепления фибриногена, участвующего в образовании сгустков крови. Исследования показывают, что анодированные поверхности имеют больше гидроксильных групп, чем имплантаты, прошедшие пескоструйную обработку и кислотное травление.[xi]

На интеграцию тканей влияет еще одно химическое свойство — гидрофильность поверхности.[xii] [xiii] Способность клеток прикрепляться к поверхности определяется степенью адсорбции белка. Многие исследования показали, что к гидрофильным поверхностям белки прикрепляются лучше, чем к гидрофобным аналогам. 

Взгляд в будущее

Когда речь шла о поверхности имплантатов, в течение десятилетий самым обсуждаемым вопросом была ее текстура. Однако с развитием науки о химии поверхностей в целом и расширением областей ее практического применения технологии изменения поверхности на молекулярном уровне стали доступны и для дентальных имплантатов. И если мы говорим об ускорении и улучшении качества интеграции кости и мягких тканей, то также необходимо уделять внимание и химическому составу поверхности.


[i] Bauer S, Schmuki A, von der Mark K, Park J,; Engineering biocompatible implant surfaces Part I: Materials and surfaces, Progress in Materials Science 58 (2013) 261–326

[ii] Gabor A.S, Y. L. (2011, January 18). Impact of surface chemistry. PNAS, 108(3), pp. 917-924

[iii] Tzoraki O, Lasithiotakis M Environmental Risks Associated with Waste Electrical and Electronic Equipment Recycling Plants Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences, 2018 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.10980-7

[iv] Taylor K.C. (1984) Automobile Catalytic Converters. In: Anderson J.R., Boudart M. (eds) Catalysis. Catalysis (Science and Technology), vol 5. Springer, Berlin, Heidelberg doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-93247-2_2

[v] Zhang BG, Myers DE, Wallace GG, Brandt M, Choong PF. Bioactive coatings for orthopaedic implants-recent trends in development of implant coatings. Int J Mol Sci 2014; 15: 11878-11921

[vi] Park J-W, Kim Y-J, Jang J-H, Kwon T-G, Bae Y-C, Suh J-Y. Effects of phosphoric acid treatment of titanium surfaces on surface properties, osteoblast response and removal of torque forces. Acta Biomaterialia 2010; 6: 1661-1670

[vii] Park J-W, Kim Y-J, Jang J-H. Enhanced osteoblast response to hydrophilic strontium and/or phosphate ions-incorporated titanium oxide surfaces. Clinical Oral Implants Research 2010; 21: 398-408

[viii] Fujibayashi S, Neo M, Kim HM, Kokubo T, Nakamura T. Osteoinduction of porous bioactive titanium metal. Biomaterials 2004; 25: 443-450

[ix] Lai HC, Zhuang LF, Zhang ZY, Wieland M, Liu X. Bone apposition around two different sandblasted, large-grit and acid-etched implant surfaces at sites with coronal circumferential defects: an experimental study in dogs. Clin Oral Implants Res 2009; 20: 247-253

[x] Zhao G, Schwartz Z, Wieland M, Rupp F, Geis-Gerstorfer J, Cochran DL, Boyan BD. High surface energy enhances cell response to titanium substrate microstructure. J Biomed Mater Res A 2005; 74: 49-58

[xi] Kang BS, Sul YT, Oh SJ, Lee HJ, Albrektsson T. XPS, AES and SEM analysis of recent dental implants. Acta Biomater 2009; 5: 2222-2229

[xii] Smeets R, Stadlinger B, Schwarz F, Beck-Broichsitter B, Jung O, Precht C, Kloss F,; Gröbe A, Heiland M, Ebker T, Impact of Dental Implant Surface Modifications on Osseointegration, BioMed Research International, vol. 2016, Article ID 6285620, 16 pages, 2016. https://doi.org/10.1155/2016/6285620

[xiii] Rupp F, Liang L, Geis-Gerstorfer J, Scheideler L, Hüttig F Surface characteristics of dental implants: A review. Dent Mater. 2018 Jan;34(1):40-57 

 

Три факта о химии поверхностей

Nobel Biocare — лидер мирового рынка инновационных разработок для имплантологии и эстетической стоматологии. Компания предоставляет решения полного цикла и наиболее широкий спектр продукции, отвечающий концепции "от зуба до корня", как при отсутствии одного зуба, так и при полной адентии. Nobel Biocare предлагает дентальные имплантаты (в том числе такие ключевые бренды, как TiUltra™, Xeal™, NobelParallel™, NobelActive™, Branemark System® и NobelReplace®), индивидуальные ортопедические компоненты и оборудование (NobelProcera®), диагностику и планирование лечения, решения для хирургии по шаблонам (NobelClinician® and NobelGuide®) и биосовместимые материалы (Creos™). Компания проводит многоуровневые обучающие программы и создает инструменты, которые помогают докторам развивать свою стоматологическую практику и повышать качество жизни миллионов людей по всему миру. Головной офис компании находится в г. Цюрих, Швейцария. Производственные мощности Nobel Biocare сосредоточены на 7 предприятиях, расположенных в Европе, США и Японии. Продукция компании официально представлена в 94 странах. Генеральным директором компании российского представительства Nobel Biocare Russia является Ергешев Руслан Розматович.