NANOTECHNOLOGIE W STOMATOLOGII



Przez pokrywanie implantów stomatologicznych
cienkimi warstwa szkło-ceramika i następnie
kontrolowaną krystalizację, można otrzymać
mikro- nanotopografię na powierzchni skafoldu
po trawieniu.

Implantacja tytanu. Po ekspozycji w wodzie lub powietrzu tytan spontanicznie
tworzy stałą i silną warstwę tlenkową. Po adsorpcji cząsteczek wody na
powierzchni, implanty pokrywają się cienką włóknistą tkanką łączną, która
następnie ulega degradacji i jest zastępowana całkowicie przez kość. Grubość
tkanki łącznej decyduje o sukcesie osteointegracji. Kiedy komórki osiągają
powierzchnię implantu, ich oddziaływanie następuje przez powłoki protein
białek).

Możliwe rozwiązania dla powłok
gradientowych. Warstwa w kontakcie z
substratem może być utworzona w celu
zapewnienia dobrej adhezji i długoczasowej
stabilności. Warstwa górna może zmieniać
się co do grubości i porowatości, może być to
mieszanina związków organicznych i
nieorganicznych, może być także zamknięta
w bioresorbowalnym materiale albo jako
szkło (PLD) lub polimer (sol-gel przez
powlekanie kroplami dip-coating).

Pulsed laser deposition PLD może być stosowana do otrzymywania cienkich powłok.
(a) Schemat procesu PLD. Laser odparowuje szkło, które osadza się na substracie i
tworzy błonę. Niezbędna jest obróbka cieplna dla wyższej adhezji. Powłoki są
bioaktywne i stechiometryczne (b) Powierzchnia cienkiej powłoki szklanej na Ti-6Al-
4V - PLD. Cienkie powłoki są bardziej odporne na pękanie delaminację. (c) Analiza
ilościowa.

Obraz z ESEM pokazujący przekrój szkła gradientowego po 6 miesiącach badań in
vitro: powłoka ocalała, doskonała adhezja do podłoża. Skorodowana warstwa
występuje na powierzchni powłoki, ale warstwa krzemianowa zapewnia adhezję.

Odlewanie z mrożeniem (Freeze casting),
technika wykorzystująca mikrostrukturę lodu
jako wzorzec może być wykorzystana do
wytwarzania materiałów lamelarnych
porowatych.

Solid freeform fabrication techniques that are precise and reproducible, such as
direct ink-jet printing, robotic-assisted deposition or robocasting (in the figure), and
hot-melt printing—which usually involve “building” structures layer-by-layer following
a computer design, or image sources such as MRI—can be used to fabricate custom-
designed scaffolds with complex architectures

Znaczącym obszarem stosowania nanotechnologii jest wytwarzanie implantów
stomatologicznych. Metalowe implanty stomatologiczne stosowane są od długiego
czasu, ale ich wadami są słaba osteointegracja i właściwości mechaniczne różne od
tych dla kości. Nanotechnologie znalazły szerokie zastosowanie głównie w
przygotowaniu powierzchni implantów o geometrii w skali nanometrycznej oraz
wytwarzaniu powłok o lepszej adhezji, jak również stosowaniu nanocząstek jako
wypełniaczy w materiałach stomatologicznych. Głównym kierunkiem badań i rozwoju
jest wytwarzanie powierzchni zróżnicowanej w wymiarze nanometrycznym w celu
zapewnienia warunków dla lepszej osteointegracji implantów, dzięki korzystnym
zmianom reakcji komórkowych i tkankowych. Badana była także możliwość
modyfikacji powierzchni międzyfazowej z użyciem włókien molekularnych o długości
60 nm jako czynnika zapewniającego lepsze syntetyczne połączenie kości i mały
współczynnik tarcia.

Stwierdzono istotność nanopolimorficznych cech powierzchni tytanu piaskowanego
lub obrabianego alkalicznie i poddawanego następnie obróbce cieplnej dla
polepszenia integracji implantu stomatologicznego do kości. Wykazano, że
powierzchnia mikrochropowata powoduje szybsze powstanie biomechanicznego
zamocowania implantu we wczesnym okresie zdrowienia, a nanochropowatość –
dalsze utwierdzenie w późniejszym okresie zdrowienia, zwiększając ponad
dwukrotnie procent powierzchni kontaktu implantu z kością oraz zmniejszając
jedynie do wartości 5



7 % obszar zajmowany przez tkankę miękką, podczas gdy

przy powierzchni nieobrabianej mechanicznie wartość ta może sięgać nawet 60



75%. Mikro-nano-hierarchiczna topografia tlenku tytanu odwzorowuje
biomineralizowane osnowy.
Dobre biomechaniczne zakotwiczenie implantu jest determinowane przez
bezpośredni kontakt implantu z kością bez utworzenia otorbienia tkanką
włóknistą. W przypadku implantów stomatologicznych ważną rolę odgrywają cechy
fizykochemiczne w nanoobszarze, kontrolujące adsorpcję protein oraz adhezję i
różnicowanie komórek. Nanotechnologie stosowane są więc także dla tych
implantów do ich modyfikacji powierzchniowej oraz wytwarzania nanowarstw
fosforanu wapnia o zdolności resorpcji i stymulowania wzrostu oraz zdrowienia
kości (ang. bone apposition and healing).

REKLAMA – POLSKIE FIRMY

Rok 1960, kiedy wszczepiono pierwsze implanty wykonane z czystego tytanu,
zrewolucjonizował stomatologię oraz podejście do rekonstrukcji brakujących
zębów. Dzień dzisiejszy przynosi nam nowy rozdział w technologii produkcji
implantów tzw. NANOTECHNOLOGIE. Jest to technologia polegająca na
nałożeniu na powierzchnię implantu kryształów fosforanu wapnia - NanoTite.
Cząsteczki te nazywamy nanoczasteczkami, bo rozmiar ich równa się jednej
miliardowej części metra. Dzięki nanocząsteczkom nałożonym na implant
organizm rozpoznaje wszczep jak własną kość, co powoduje szybsze zrastanie
się implantu z kością. Zespolenie implantu z kością odbywa się już na poziomie
pojedynczych atomów i cząsteczek. Opatentowana przez firmę BIOMET 3i
powierzchnia takiego implantu powoduje, że czas gojenia zostaje skrócony
nawet do dwóch miesięcy, a wszczepiony implant perfekcyjnie zastępuje
korzeń brakującego zęba. Potencjalne korzyści ze stosowania implantów
NanoTite porównujemy do dodatkowego zabezpieczenia, jakim są poduszki
powietrzne w samochodach.

ierwszy zabieg implantologiczny przeprowadzony został w 1965 roku w
Goeteborgu przez prof. Per-Ingwara Branemarka powszechnie uznawanego
za ojca implantologii stomatologicznej. Obecnie, za pomocą implantów
możemy skutecznie uzupełnić każdy rodzaj braków zębowych - od bezzębia
do pojedynczych ubytków. W naszym Centrum Implantologiczno-
Stomatologicznym stosujemy implanty zębów produkowane przez
światowych liderów w tej dziedzinie. Jednym z nich jest Biomet 3I (USA),
który jako pierwszy zastosował nanotechnologię w produkcji implantów i
biomateriałów. Jako uznany partner posiadamy ich certyfikaty oraz
rekomendacje. Nowoczesnej implantologii uczymy się od najlepszych (Prof.
Branemark, D.Buser, R.Lazzara, T.Testori, M.Hurzeler, H.Baumgarten,
T.Berglundh, P.Palacci, J.E.Davies, P.Malo, M.Simion i wielu innych) dzięki
czemu naszym Pacjentom zapewniamy leczenie na najwyższym poziomie.



Płyny płuczące i podkłady na bazie nanosrebra
NANOCARE i NANOCARE +



W roku 2003 wprowadzono nanokompozyt o nazwie Filtek Supreme

Universal Restorative, który ma stanowić uniwersalny materiał do

odbudowy zarówno zębów przednich, jak i bocznych. Ma on wykazywać

zespolenie zalet przypisywanych dotąd kompozytom hybrydowym i

kompozytom mikrofilowym. Materiał ten zawiera 2 rodzaje nanocząstek

wypełniacza: NM (nanomeric particles) i NC (nanocluster particles), przy

czym średnica pierwszych wynosi od 2 do 75nm, zaś drugich,

tworzących luźne grona, jest większa i średnio wynosi 0,6 μm. Takiej

cząstki wypełniacza nie można uzyskać w systemie tradycyjnego

mielenia kwarcu, stopionego szkła czy ceramiki, gdyż w procedurach

tych nie udaje się zmniejszyć cząstek poniżej 100 nanometrów. Dla

uzyskania nanocząstek wypełniacza trzeba było zastosować proces

syntezy chemicznej dla uzyskania bloków budulcowych w skali

molekularnej. Cząstki NM są monodyspersyjnymi molekułami

krzemionki i nie mają tendencji do agregacji grawitacyjnej ani też do

tworzenia większych konglomeratów. Dla zsyntezowania suchego

proszku nanocząstek krzemowych wykorzystano uwodnioną koloidalną

sól krzemową. Cząstki te traktowano 3-methacryloxypropyl-

trimethoxysilanem oraz stosowano inne procesy chemiczne, aby

zapobiec jakiejkolwiek ich aglomeracji i agregacji, a przy tym pozwolić

na chemiczne łączenie wypełniaczy NM z matrycą kompozytu podczas

polimeryzacji.



Wypełniacz NC, gronowy, tworzyły dwa typy cząstek. Pierwszy typ zawierał molekuły

krzemu i cyrkonu i był syntetyzowany z koloidalnego roztworu krzemianu i soli

cyrkonu. Rozmiar pierwotnych cząstek wypełniacza NC wahał się od 2 do 20

nanometrów, podczas gdy sferoidalne aglomeracje tych cząstek miały szeroki rozrzut

wielkości, o średniej wartości około 0,6 μm. Drugi typ wypełniacza NC syntetyzowany

był z pierwotnych cząstek krzemowych o wymiarze 75 nm, i wykazywał duży rozrzut

wielkości wtórnych gron, ze średnią wielkością dochodzącą do 0,6 μm. Powierzchnie

obu typów cząstek klastrowych traktowano środkiem skupiającym MPTS, aby

zapewnić kompatybilność i chemiczne łączenie z tworzywem organicznym. W

odróżnieniu od wszystkich innych komponentów w tym systemie nanocząstki NM są

niezależnymi całościami rozproszonymi równomiernie w matrycy kompozytu, zaś

cząstki NC są luźno powiązane w postaci gron o średnicy poniżej 1 mikrometra, przy

czym mają one działać jak konwencjonalne makrowypełniacze, a ponadto mają one

spełniać dodatkowe zadanie, tj. stopniowo rozpraszać się podczas procesu zużycia

powierzchni kompozytów i w ten sposób zapobiegać odłączaniu się większych

fragmentów wypełniacza i powstawaniu dużych defektów na powierzchni kompozytu.

Nanokompozyt Filtek Supreme jest dostępny od stosunkowo niedawna, stąd brak

jest jeszcze niezależnych badań naukowych potwierdzających wyjątkowe właściwości

fizykomechaniczne tego kompozytu.



Nanotechnologię zastosowano ostatnio także przy tworzeniu nowych odmian mas wyciskowych.

Zastosowanie tej technologii do produkcji polimerów silikonowych w sposób rewolucyjny zmieniło ich

właściwości. Wzrosła ich wytrzymałość na zerwanie, odporność na odkształcenie oraz płynność. Ta

ostatnia cecha umożliwia pobieranie wycisków o bardzo dużej precyzji. Do mas wyciskowych

wykorzystujących technikę nano należą m.in. silikony addycyjne Elite H-D+, firmy Zhermapol, gdzie w

paście podstawowej zastosowano nanowypełniacze o średniej wielkości ziarna około 200 nm, zaś w

paście katalizującej platynę (30). Badania wykonane reometrem wykazały, że materiał ten umożliwia

otrzymanie zmieniającego się stopnia płynności, który w fazie początkowej wynosi około 10000 Pa.

sek, a następnie spada do około 50 Pa. sek, co jest bardzo istotne dla dobrego wpływania masy w

okolicę kieszonki dziąsłowej. Z kolei badania wykonane cyklowiskografem wykazały, że materiały Elite

mają lepszą charakterystykę utwardzania w porównaniu do konwencjonalnych silikonów A i

polieterów, co znacznie zmniejsza ryzyko występowania zniekształceń wycisku z powodu

mikroprzesunięć. Materiały z tej grupy mogą być wykorzystywane w różnych technikach wyciskowych

stosowanych przy wykonywaniu protez stałych i ruchomych. Wysoka hydrofilowość tych mas, a także

pamięć materiałowa (>99,5%) i bardzo mała zmienność liniowa wymiarów (<0,2% po 24 godz.)

umożliwiają wierne odwzorowanie pola protetycznego, zwłaszcza w przypadku wykonywania wycisków

zębów opracowanych pod protezy stałe, gdzie granica szlifowania znajduje się niekiedy w okolicy

poddziąsłowej. Wpływanie masy wyciskowej w tę okolicę ma duże znaczenie dla precyzyjnego

odwzorowania szczegółów powierzchni zęba i w efekcie ma duży wpływ na uzyskanie dobrej integracji

obrzeża protez stałych ze ścianami zęba filarowego.

Zastosowanie metod nanotechnologicznych w stopach metali dentystycznych pozwoliło na

opracowanie nowych typów stopów, a także zaowocowało nowymi możliwościami pokrywania stopów

konwencjonalnych różnymi powłokami, co w konsekwencji pozwoliło na ograniczenie ich korozji w

odowisku jamy ustnej, a także umożliwiło wyeliminowanie ewentualnych odczynów alergicznych na

niektóre metale zawarte w stopach. Zastosowano m.in. reaktor plazmowo-chemiczny RF CVD (Radio

Frequency Chemical Vapour Deposition) umożliwiający uzyskanie nanokrystalicznego diamentu NCD

(Nanocrystaline Diamond) z plazmy uzyskanej w polu elektrycznym o wysokiej częstotliwości, przy

czym źródłem węgla w tej metodzie był metan o wysokiej czystości. Warstwę tę nanoszono na podłoża

wykonane ze stali AISI 316L, tytanu oraz Vitalium. W skład warstwy NCD wchodzą trzy odmiany

alotropowe węgla: diament, grafit i karbiny. Warstwa ta wykazuje się gęstym ubiciem atomów węgla,

co w rezultacie znacznie zwiększa jej ciężar właściwy do 3,5 g/cm

3

, twardość (80-100 GP), a także

wartość modułu Younga (do około 400 GPa). Grubość warstwy nanokrystalicznego diamentu wynosi

około 300-500 nm, zaś pod nią tworzy się przejściowa dyfuzyjna warstwa węglików, co w sumie daje

powłokę o grubości około 8 μm. Warstwy NCD mają bardzo korzystne z medycznego punktu widzenia

właściwości, wśród których należy wymienić wysoką adhezję do podłoża, odporność na ścieranie,

odporność korozyjną, dobrą biotolerancję na płyny ustrojowe, możliwość uzyskania warstwy o różnych

kolorach. Ponadto warstwa NCD wykonana na stopie Cr-Co-Mo charakteryzuje się także

współczynnikiem tarcia mniejszym o 10 do 25% w stosunku do szkliwa, zębiny i kompozytu, co ma

duże znaczenie w przypadku wykonywania elementów retencyjnych protez ruchomych.



Nanotechnologia w stopach metali dentystycznych zaowocowała

powstaniem stopów tytanowo--niklowych z pamięcią kształtu Stopy te

charakteryzują się unikalnymi właściwościami fizykochemicznymi i

mechanicznymi. W latach siedemdziesiątych były one początkowo

stosowane w technice militarnej, marynarce wojennej i

kosmonautyce, zaś od niedawna są one stosowane również w

medycynie. Stopy z pamięcią kształtu zostały już wykorzystane do

produkcji implantów medycznych w korekcji skrzywień kręgosłupa,

zaś jako samorozprzestrzeniające się stenty – do przywracania

drożności naczyń krwionośnych, przewodów żółciowych, przełyku lub

dróg moczowych. W stomatologii znalazły one zastosowanie w postaci

supersprężystych lub aktywowanych cieplnie łuków ortodontycznych

w stałych aparatach korekcyjnych. Ponadto wypróbowano je także w

repozycji złamań żuchwy, a także do programowanej dystrakcji

odłamów żuchwy przy chirurgicznej korekcie wad.