Biyomimetik poröz dental implant tasarımı, in vitro değerlendirilmesi

Abstract

Dünya nüfusu yaşlandıkça ve yaşam standartlarındaki beklenti arttıkça dental implantların kullanım sıklığı da zamanla artmıştır. Son dönemde özellikle karmaşık geometrilerin üretiminde, eklemeli üretim yöntemlerinin kullanımının yaygınlaşmasıyla beraber kompleks makro ve mikro geometrilere sahip medikal malzemelerin bu yolla üretilmesi fikri doğmuştur. Dental implantların hem yüzey alanını arttırıp osseointegrasyonu güçlendirmek hem de implantın elastik modülünü kemiğin elastik modülüne yaklaştırmak ve biyomimetik bir yüzey elde etmek amacıyla bu çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla gözenek yapıların 4 farklı bölgede yerleşim gösterdiği poröz dental implantlar tasarlanmıştır. Tasarlanan bu implantlarda gyroid tipde gözeneklilik tercih edilmiştir. Sonlu elemanlar analizi sonucu 2 adet tasarım seçilmiş ve bir eklemeli üretim yöntemi olan SLE metoduyla üretim gerçekleştirilmiştir. Bu implantlar, konvansiyonel ticari bir dental implant ile in vitro şartlarda karşılaştırılmıştır. Ayrıntılı bir tasarım ve üretim sürecinden sonra biyomekanik testler uygulanmış, SEM ve mikro-BT analizleri yapılmıştır. Aynı boyutta ticari implanta göre, tasarlanan implantların yüzey alanı ve hacmi sırasıyla %44-%60 oranında arttığı tespit edilmiştir. Biyomekanik testlerde; üretilen implantların 200-300 N'luk çiğneme kuvvetlerinden daha büyük değerlerde dayanım gösterdiği görülmüştür. Sonuç olarak, kompleks geometriye sahip poröz dental implantların eklemeli üretim yöntemiyle başarılı bir şekilde üretilmesi, in vitro test sonuçları, yapılan biyomekanik testler ile en az ticari implanta yakın sonuçlar veren gözenekli dental implant tasarımları ileriye yönelik ümit vaat etmektedir.

The use of dental implants has increased over time as the world population ages and as expectations on living standards increase. With the increasing use of additive manufacturing techniques, particularly in the production of complex geometries, the concept of producing medical materials with complex macro and micro geometries by this method has emerged. This study was carried out in order to increase the surface area of dental implants and strengthen osseointegration, and to bring the elastic modulus of the implant closer to the elastic modulus of the bone and to obtain a biomimetic surface. For this purpose, porous dental implants which the porous structures are located in 4 different regions are designed. In this research, gyroid type porosity is preferred in the implants. Two designs were selected based on the results of the finite element analysis, and production was carried out utilizing the additive manufacturing method known as the SLE method. These implants were compared in vitro with a conventional commercial dental implant. After a detailed design and production process, biomechanical tests were applied, SEM and micro-CT analyzes were made. It was determined that the surface area and volume of the designed implants increased by 44%-60%, respectively, compared to the commercial implant of the same size. In biomechanical tests; ıt has been observed that the implants produced show greater strength than the chewing forces of 200-300 N. As a result, the successful production of porous dental implants with complex geometry by additive manufacturing method, in vitro test results, and porous dental implant designs that give results at least close to commercial implants with biomechanical tests are promising for the future.