Interfacial shear strength of titanium implants in bone is significantly improved by surface topographies with high pit density and microroughness

Abstract

Surface structure of implants influences bone response and interfacial shear strength between implants and bone. The aim of this study was to find topographical parameters that correlate with the interfacial shear strength. Two groups of sand-blasted titanium screws were implanted in 17 sheep tibia, each for 2-52 weeks: (A) acid pickled with HF/HNO(3); (B) acid etched with HCl/H(2)SO(4). Screw removal torque was measured and surface topography of both implant groups was studied by scanning electron microscopy, optical profilometry, and scanning probe microscopy. The roughness as well as the surface area of type A surface was higher in the scan region of 100 microm, but the microroughness and surface area of type B surface was higher in the scan region of 10 microm. A significantly higher removal torque (interfacial shear strength) of the surface treatment type B (412 +/- 60 Ncm) compared to surface treatment type A (157 +/- 33 Ncm) was found after 52 weeks of implantation in sheep due to differences in microroughness of both types of screws. It was also shown that the specification of the parameters Delta(a), R(a) and R(q) was not sufficient to characterize the properties of the implant surfaces. The analysis of R(q) parameter over wavelengths was required to characterize the size, shape and distribution of the implant surface structures.

Bone Cells Grown on Micropatterned Surfaces are More Sensitive to Fluid Shear Stress

“…10 It has been well-documented that these surfaces can influence cellular behavior directly. 21,27 However, it is also possible that the patterns modulate cellular mechanosensitivity and contribute to enhanced implant integration with load application.…”

O bombardeamento da superfície de titânio com íons de argônio influencia a resposta biológica de pré-osteoblastos

“…Entretanto, o titânio não é um biomaterial ideal e vários grupos têm usado diferentes tratamentos para modificar a topografia e a composição química da superfície do titânio com objetivo de produzir biomateriais mais osseointegráveis (DEYNEKA et al, 2007). Com este intuito, a rugosidade da superfície tem sido uma das propriedades melhor estudadas, pois ela possui um papel fundamental na regulação da adesão, forma e conseqüentemente na proliferação celular (ZHU et al, 2004 (HATANO et al, 1999).…”

“…Os principais deles utilizados em implantes são, na maioria, materiais metálicos como aço inoxidável, ligas de cromo-cobalto (Cr-Co), titânio (considerado um material ainda com pouco tempo de experiências em aplicações protéticas) e o óxido de titânio, um biomaterial recente (IMWINKELRIED, 2007;WENGEN, 2007 As aplicações do titânio e suas ligas na área biomédica incluem desde bombas e dispositivos de corações artificiais a aplicações mais estruturais como parafusos e pinos em implantes odontológicos e próteses ósseas para braços, pernas e articulações (GORRIERI et al, 2006;LANDES et al, 2006;MEROLLI et al, 2006;BAGNO et al, 2007;BRAMA et al, 2007;GJURIC;RUKAVINA, 2007 (HULTH, 1980;KASEMO, 1983;MALO et al, 2006;RIDLEY et al, 2006;DE OLIVEIRA et al, 2007;DEYNEKA et al, 2007;MUHONEN et al, 2007).…”

“…Desta forma, os produtos de corrosão nos tecidos não estão em forma de íon e sim como óxidos estáveis (MUHONEN et al, 2007 (KASEMO, 1983). O processo químico, chamado de corrosão, que representa um problema para alguns materiais de implantes, parece ser mais lento com o titânio, provavelmente devido à alta estabilidade de seus óxidos (HULTH, 1980;KASEMO, 1983;DE OLIVEIRA et al, 2007;DEYNEKA et al, 2007 O hematoma presente nas cavidades da rosca do parafuso e a camada de osso danificado se originam do trauma mecânico e térmico durante a operação. Estágio 2:…”

“…A camada de óxidos pode ter sua composição, espessura e microestrutura alteradas por processos de usinagem, limpeza e esterilização (MUHONEN et al, 2006 Nas duas últimas décadas tem-se observado um grande avanço em técnicas para modificação da superfície (KOTHA et al, 2006;ACAR et al, 2007;DEYNEKA et al, 2007). Essas técnicas fazem uso de plasmas, lasers, feixes de íons e feixes de elétrons como fontes energéticas para alteração estrutural e/ou composicional da superfície, ou ainda para a deposição de filmes.…”