粗面化されたチタンインプラントと無機化組織との接着を促進するメカニズムの解明

An understanding of the mechanism that promotes adhesion between roughened titanium implants and mineralized tissue.

抄録

薄膜界面の引張強さを測定するために以前に開発されたレーザースポレーション技術を、チタン円盤の微小表面粗さが無機化骨組織の接着強さに及ぼす影響の研究に採用することに成功した。その結果、酸エッチングされたチタン表面で培養された無機化骨組織は、機械加工されたチタン表面よりも約25％高い界面強度を有することが示された。具体的には、鉱化組織を機械加工したチタン表面と酸エッチングしたチタン表面でそれぞれ処理した場合、179+/-4.4MPaと224+/-2.6MPaの界面引張強度が測定された。レーザースポレーション実験では、鉱化組織は界面に対して垂直方向に引っ張られるため、この増加は、酸エッチングされた表面に関連する高い表面エネルギーのために、より強い界面結合に起因すると考えられる。この強化された局所的化学結合は、粗さに関連した機械的インターロック効果をさらに強化する。原子スケール（結合の強化）と連続スケール（粗さに関連したインターロッキング）という非常に異なる長さスケールにおけるこれら2つの効果は相乗的に作用し、粗面化された歯科インプラントの臨床的成功が広く観察されていることを説明する。

A previously developed laser spallation technique to determine the tensile strength of thin film interfaces was successfully adopted to study the effect of microsurface roughness of titanium disks on the adhesion strength of mineralized bone tissue. The study demonstrated that mineralized tissue has about 25% higher interfacial strength when it is cultured on the acid-etched titanium surface than on its machined counterpart. Specifically, interfacial tensile strength of 179+/-4.4 MPa and 224+/-2.6 MPa were measured when the mineralized tissue was processed on the machined titanium and acid-etched titanium surfaces, respectively. Since in the laser spallation experiment, the mineralized tissue is pulled normal to the interface, this increase is attributed to the stronger interfacial bonding on account of higher surface energy associated with the acid-etched surface. This enhanced local chemical bonding further enhances the roughness-related mechanical interlocking effect. These two effects at very different length scales--atomic (enhanced bonding) versus continuum (roughness-related interlocking)-act synergistically and explain the widely observed clinical success of roughened dental implants.