Die Entwicklungsaussichten medizinischer Titanmaterialien.

Abhängig von ihrer Wirksamkeit und Verfügbarkeit werden viele Implantatmaterialien in verschiedenen zahnmedizinischen Anwendungen eingesetzt. Ein Zahnimplantat muss über die erforderlichen Eigenschaften wie Biokompatibilität, Korrosions- und Verschleißfestigkeit, angemessene mechanische Eigenschaften, Osseointegration usw. verfügen, um seinen sicheren und optimalen Einsatz zu gewährleisten. In dieser Übersicht werden verschiedene Aspekte von Titan (Ti) und Ti-Legierungen analysiert, darunter Eigenschaften, Herstellungsprozesse, Oberflächenmodifikationen, Anwendungen als Zahnimplantate und Einschränkungen. Darüber hinaus wird ein Überblick über die jüngsten Fortschritte bei Implantatmaterialien auf Ti-Basis und die zukünftige Entwicklung innovativer Zahnimplantate gegeben.

Schlüsselwörter: Zahnimplantat, Titanlegierung, Oberflächenmodifikation, Korrosionsbeständigkeit, Osseointegration, Biokompatibilität, antibakterielle Aktivität

Titan (Ti) und Ti-Legierungen haben seit den frühen 1980er Jahren stark zugenommen. Es hat sich aufgrund seiner besonderen Eigenschaften und zahlreichen biomedizinischen Anwendungen zum akzeptierteren metallischen Biomaterial entwickelt (Özcan et al., 2012; Vizureanu et al., 2020; Takeuchi et al., 2020). Meistens werden metallische Biomaterialien aufgrund ihrer hohen Tragfähigkeit und Ermüdungsfestigkeit verwendet, um den auf sie ausgeübten Belastungen durch regelmäßige Bewegungen standzuhalten (Gegner et al., 2014). Titan wurde aufgrund seines niedrigen Elastizitätsmoduls, seines geringen spezifischen Gewichts, seiner außergewöhnlichen Korrosionsbeständigkeit, seines hervorragenden Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, seiner guten tribologischen Eigenschaften und seiner außergewöhnlichen Biokompatibilität als eines der vielversprechendsten Design-Biomaterialien vorgestellt (Hatamleh et al., 2018). ; Mutombo, 2018). Titanlegierungen haben eine höhere Biokompatibilität für biomedizinische Anwendungen als alle metallischen Bestandteile. Aufgrund des Trends zur Osteogenese werden sie jedoch im Vergleich zu Biokeramiken wie Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Hydroxylapatit und Kombinationen als bioinerte Materialien eingestuft (Niinomi et al., 2008; Hoque et al., 2013, 2014; Ragurajan et al., 2018). ; Golieskardi et al., 2019). Ziel der aktuellen Zahnheilkunde ist es, dem Patienten unabhängig von einer Verletzung, Atrophie oder Erkrankung des stomatognathen Systems seine normale Leistungsfähigkeit, Gesundheit, Ästhetik und Sprache wiederherzustellen. Daher ist die Prothetik in der Zahnheilkunde eine der guten Optionen für Personen, die normalerweise über eine schlechte Mundgesundheit verfügen, aber aufgrund einer Parodontitis, einer Verletzung oder aus anderen Gründen ihre Zähne verloren haben (Oshida et al., 2010; Golieskardi et al. , 2020). Viele Implantate unterschiedlicher Bauart werden heute aus reinem Titan und seinen Legierungen hergestellt.

Bisher wurden Metallimplantate eher mit traditionellen Methoden wie Warmwalzen, Feinguss, Schmieden und maschineller Bearbeitung hergestellt. Allerdings werden auch zahlreiche fortschrittliche Fertigungsansätze genutzt, da nicht alle Implantatlegierungen mit einem ähnlichen Verfahren effizient in die endgültige Form gebracht werden können (Trevisan et al., 2017). Im Vergleich zum herkömmlichen Zahnguss können Titanprothesen mithilfe von CAD/CAM (computergestütztes Design und computergestützte Fertigung) besser angefertigt werden (Ohkubo et al., 2008). Heutzutage wird eine innovative Technik, der 3D-Druck/Additive Fertigung (AM), angepasst, um Zahnimplantate mithilfe computergestützter Konstruktion schnell herzustellen (Mohd und Abid, 2019). 3D-Druck/AM hat eine mikroskalige Auflösung für die Herstellung von Implantaten gezeigt, da die Effizienz dieses Prozesses unklar ist, es sich jedoch um einen potenziellen Ansatz für die Herstellung von Zahnimplantaten handelt (Thaisa und Andréa, 2019).

Die Freisetzung von Metallionen verursacht korrosionsbedingte biologische Probleme wie Toxizität, Karzinogenität und Überempfindlichkeit. Die Abgabe von Metallelementen aus dem Implantatmaterial an verschiedene Körperorgane und periimplantäre Gewebe wurde durch Biokorrosion, Tribokorrosion und deren Kombination verursacht, was im oralen Bereich ein natürliches Phänomen ist (Barão et al., 2021). Während Biofilme oder hohe Fluoridkonzentrationen vorliegen, wird dieser Effekt verstärkt. Das Vorhandensein von Metallpartikeln aktiviert T-Lymphozyten, Neutrophile und Makrophagen und erhöht so die Produktion von Zytokinen und Metallproteasen. Darüber hinaus sind Vanadium-, Aluminium- und Ti-6Al-4V-Partikel toxisch und mutagen und verursachen Alzheimer, Osteomalazie und neurologische Probleme (Kirmanidou et al., 2016). Ti und Ti-Legierungen finden bemerkenswerte Anwendungen in der Orthopädie und Zahnmedizin. Daher werden täglich viele Implantate auf den Markt gebracht. Mit dieser Überprüfung soll ermittelt werden, warum und wie sich dieses Material, insbesondere CAD/CAM, erheblich weiterentwickelt hat. Es ist wichtig, die Wechselwirkung von Ti mit der biologischen Umgebung zu untersuchen, um zu entscheiden, welche Eigenschaften dieses Material und seine Legierungen als Material für die kieferorthopädische Behandlung attraktiv machen.

Der 3D-Druck (3DP) ist eine aufstrebende Technologie für Zahnimplantate, die zahlreiche Zahnprobleme wie Diastema, Kronenschäden und Zahnverlust überwindet, da sie eine wichtige Rolle in der präventiven/restaurativen Zahnheilkunde spielt. 3DP kann eine genaue Kontrolle über (i) mehrere Zusammensetzungen, (ii) Mikrostrukturen, (iii) mechanische Eigenschaften und (iv) biologische Methoden der mit den Implantaten verbundenen Gewebe und Organe erreichen. Aufgrund der Bedeutung von 3DP über CAD/CAM für die Herstellung und Implantation liegt der Schwerpunkt in der Zahnheilkunde auf Implantat- und Restaurationsanwendungen. Es ist plausibel, dass Ti-Material mit den gewünschten Eigenschaften zur Heilung von Zahnverzerrungen die Geschwindigkeit bei geringerem Aufwand erhöht (Gagg et al., 2013; Unnikrushnan et al., 2021).

Ziel dieser Studie ist es, die verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten von Titan und seinen Legierungen in der Zahnheilkunde sowie seine historische Entwicklung, Herstellungsverfahren und Oberflächenmodifikationstechniken zu beschreiben. In dieser Übersicht werden verschiedene mechanische und physiologische Eigenschaften von Ti-Legierungen gekürzt. Außerdem werden gute und zukünftige Perspektiven für seine Nutzung erörtert, die künftigen Herstellern, Forschern und Akademikern einen Überblick bieten werden.