Microstructural characterization of surface treated titanium implants
Ricardo Luiz CIuCCIO1Caracterização microestrutural de superfícies tratadas
de implantes de titânio
1. Mestrando em engenharia Mecânica. Coordenador de Engenharia, SIN – Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil. Endereço para correspondência:
Ricardo Luiz Ciuccio
Rua Soldado Antônio Martins de Oliveira, 82 Ponte Grande – Guarulhos
07031-010 – São Paulo – São Paulo – Brasil E-mail: rciuccio@hotmail.com
Recebido: 28/06/2011
Aceito: 30/08/2011
AbstrAct
This work presents the study of microstructural characterization of treated surfaces of titanium dental implants. In recent years, studies on the osseointegration have shown the great influence of the implant surface in this process. Thus various solutions have been proposed as acid baths and laser texturing. The main objective is to evaluate by scanning electron microscopy (SEM) the surface characteristics of four different treatments: etching, texturing the two laser fluences and for covering hidroxipatita. The results show the importance of the characterization of surfaces treated by different types of treatments and the main microstructural characteristics.
Key words: Dental implants. Microscopy, electron, scanning.
Lasers.
RESUMO
Neste trabalho é apresentado o estudo da caracterização microestrutural de superfícies tratadas de implantes dentários de titânio. Nos últimos anos, estudos sobre a osteointegração têm demonstrado a grande influência da superfície do implante neste processo. Assim várias soluções têm sido propostas como banhos ácidos e texturização a laser. O objetivo principal deste trabalho é avaliar por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) as características da superfície de 4 diferentes tratamentos: ataque ácido, texturização a laser com 2 fluências e recobrimento por hidroxipatita. Os resultados obtidos mostram a importância da caracterização das superfícies tratadas por diferentes tipos de tratamentos e as principais características microestruturais.
A qualidade da superfície dos implantes de titânio é vital para o sucesso da operação em longo prazo. A osseointegração representa um processo dinâmico que ocorre na interface entre o osso e o im-plante, esta deve ocorrer sem interrupções ou falhas para que toda a força mastigatória se distrubua uniformemente no implante.
Apesar da grande quantidade de estudos sobre a biologia da osse-ointegração, ainda os detalhes das reações celulares a nível molecu-lar não foram totalmente exploradas.
No início as respostas celulares ocorrem na interface osso implan-te. Esse processo depende muito da micromorfologia do implanimplan-te. A superfície ideal é determinada por um alto grau de osseointegração e por uma alta estabilidade mecânica da interface osso implante. A maior estabilidade é alcançada com uma completa osseointegração de uma larga área da superfície do implante. A camada de óxido de titânio é responsável pela adaptação íntima – denominda osseoin-tegração ou anquilose funcional – entre o osso mineralizado e a su-perficie do implante2,10.
Existem diversos tipos de tratamento para tornar rugosa a superfí-cie torneada dos implantes14-15. Isto pode ser feito por dois caminhos,
o primeiro é o da microestruturação da superfície do implante, que por meio de ataques químicos e mais recentemente com laser pode ter sua área de superfície aumentada. O segundo caminho seria o recobrimento do implante com um filme osseocondutor como, por exemplo, hidroxipatita.
O aumento da rugosidade, as caracteristicas físico-químicas e as propriedades do material influenciam a retenção mecânica inicial dos implantes e aumenta a área de contato com o leito ósseo recep-tor favorecendo a osseointegração8.
Neste trabalho foram comparadas superfícies de um implante liso, um que sofreu ataque acído, um recoberto com hidroxipatita e dois que foram submetidos a diferentes processamento por laser.
MATERIAL E MÉTODOS
A metodologia empregada nesta pesquisa cientifica de caráter exploratório, foi desenvolvida, a partir de pesquisas bibliográficas e testes experimentais.
Cinco diferentes tipos de superfícies foram avaliados nesta pe-squisa com auxílio de um microscópio eletrônico de varredura (MEV), da marca Jeol modelo JSM 6510.
Todos os implantes utilizados nessa pesquisa foram fabricados em titânio comercialmente puro grau 4, cujas composições químicas
N C H Fe O Ti
0.03 0.10 0.0125 0.30 0.25 Balanço
Tabela 2 - Propriedades mecânicas do titânio comercialmente puro grau IV1.
Limites de resistência
(Mpa) Limites de resistência(Mpa) Alongamento (%)
345 275 20
Para a texturização de implantes dentários foi empregado um laser chaveado de estado sólido de Nd: YAG (YAG abreviação de cri-stal de granada óxido de Ytrium e Alumínio na fórmula Y2Al5O12 dopada (impurificada) com Nd (Neodimium)) de potência nominal de 100 Watts bombeado com lâmpada de Kryptônio. Empregou-se uma corrente de alimentação da lâmpada de 17.1 Amperes. O feixe laser, acionado por scanners, move-se num plano de focalização XY incidindo no implante com uma profundidade de foco de alguns milímetros e com uma velocidade de varredura de 585 metros por segundo, conforme Figura 1.
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Figura 1 - Modelo de Laser Nd: YAG.
RESULTADOS
(a) (b)
Figura 2 - Micrografias das superfícies de implantes (a) liso e (b) com
ataque ácido ambas com ampliação de 500X.
Pela análise das micrografias da Figura 2, nota-se que o ataque ácido altera bastante a superfície do implante aumentando bastante a sua rugosidade e consequentemente sua área de superfície. Esta é vista em detalhes na Figura 3.
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Figura 3 - Implante submetido a ataque ácido com aumento de
1000X.
Os implantes com duplo ataque ácido apresentam uma mi-croestrutura complexa de cavidades de aproximadamente de 20 a 40 µm de largura superpostos por micro poros produzidos pelo ataque ácido, ao redor de 0.5 a 3 µm de diâmetro. O primeiro ataque ácido tem a função de alterar a micromorfologia (topografia e rugosidade). O segundo ataque tem a função de permitir a abtenção de uma su-perfície mais estável e uniforme.
Na Figura 4 são comparadas duas micrografias de implantes que
sofreram texturização via laser. É facilmente notada que com
um laser de maior potência os furos são mais profundos e definidos do que os do laser de menor potência.
(a) (b)
Figura 4 - Superfície dos Implantes texturizadas a laser (a) Feixe de
maior potência e (b) Feixe de menor potência, ambas com aumento de 250X.
Na Figura 5 com um aumento maior nota-se a presença de trincas resultantes do acúmulo de tensões devido solidificação rápida do metal derretido.
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Figura 5 - Superfície de implante tratado com laser de maior potência,
onde são vistas trincas (setas brancas), aumento de 2000X. de 250X.
As Figuras 6 e 7 mostram as características dos implantes revesti-dos com hidroxipatita.
(a) (b)
Figura 6 - Superfície dos Implantes com hidroxipatita (a) aumento de
100x e (b) com aumento de 500X.
Figura 7 - Superfície de implante tratado com hidroxipatita - aumento
de 2000X.
DISCUSSÃO
A Figura 2a mostra uma superfície lisa (usinada) onde se observa que tem riscos transversais, possivelmente oriundos de cavaco que não são eliminados e ficam riscando a superfície.
A presença de micro ranhuras superficiais resultantes do processo de corte ou usinagem da peça metálica, não exibe características de completa lisura superficial12. As ranhuras superficiais são
conside-radas de extrema importância para o processo de adesão celular e produção de matriz protéica. Os implantes lisos têm um valor médio de rugosidade de superfície (Ra) entre 0,53 e 0,96 µm11.
A superfície tratada com ácido mostra uma topografia diferen-ciada indicando fossas, sulcos e depressões irregulares, conforme Figura 2b. O ataque ácido reduz as concentrações de C, Ti e N, porém aumenta a quantidade de O7. Revelando uma superfície mais oxidada
que a lisa (usinada). A força de osseointegração através da análise do torque reverso de implantes com superfícies tratada com ataque ácido e usinados9. Os resultados apresentam uma força de resistência
ao torque reverso 4x maior que os usinados 2 meses após a instalação do implante.
O processamento a laser é um novo método que produz, com um alto grau de pureza, rugosidade suficiente para uma boa osseointe-gração3.
O tratamento de superfície a laser apresenta a vantagem de ser um procedimento rápido, exato e livre de impurezas, porém ainda sim existe a necessidade do seu processamento com outra modali-dade de tratamento de superfície, para apresentar características
CONCLUSÃO
No fim do trabalho chegaram-se as seguintes conclusões: • todos os tratamentos alteram a superfície, e a tornam mais
rugosa;
• o tratamento a laser de maior potência leva a uma fragili-zação da superfície por meio das trincas formadas durante a resolidificação da fase liquida;
• comparando-se os 3 grupos têm-se que o implante com tra-tamento a laser de alta potência foi o que pelas micrografias apresentou maiores rugosidades, mas isto só pode ser com-provado por meio de um ensaio com um perfilometro; • o tratamento a laser possui a vantagem de gerar uma
estru-tura periódica e homogênea, que não é obtida pelos outros tratamentos, esta estrutura talvez tenha um melhor desem-penho na aceleração do processo de osseointegração; • estudos clínicos são necessários para determinar qual deles é
o melhor desse ponto de vista.
REFERÊNCIAS
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