ニトリロ三酢酸がバイオメディカル用途のチタンのプラズマ電解酸化を改善する

Nitrilotriacetic Acid Improves Plasma Electrolytic Oxidation of Titanium for Biomedical Applications.

抄録

歯科用インプラントは、歯の欠損を補うための日常的で安価な、そして信頼性の高い技術となっています。この点で、チタンとその合金は化学的に不活性で生体適合性があるため、歯科インプラントの製造に適した金属である。しかし、特殊な患者群に対しては、インプラントが骨や歯周組織と一体化する能力を高め、その後インプラント周囲炎やインプラントの故障につながる細菌感染を防ぐための改善が必要である。したがって、チタンインプラントは、術後の治癒と長期的な安定性を向上させるために、高度なアプローチを必要とします。このような処理は、サンドブラストからリン酸カルシウムコーティング、フッ素塗布、紫外線照射、表面の生物活性を高めるための陽極酸化に至るまで多岐にわたる。プラズマ電解酸化（PEO）は、金属表面を改質し、望ましい機械的・化学的特性を実現する方法として人気を博しています。PEO処理の結果は、電気化学的パラメータと浴中電解液の組成に依存する。本研究では、錯化剤がPEO表面にどのような影響を与えるかを調べ、ニトリロ三酢酸（NTA）が効率的なPEOプロトコルの開発に使用できることを発見した。カルシウムとリンの供給源と組み合わせてNTAで生成したPEO表面は、チタン基材の耐食性を向上させることが示された。また、細胞増殖をサポートし、細菌のコロニー形成を減少させるため、インプラントの失敗や手術の繰り返しを減らすことにつながる。さらに、NTAは生態学的に好ましいキレート剤である。これらの特徴は、バイオメディカル産業が公的医療システムの持続可能性に貢献できるようになるために必要なものである。そこで、NTAをPEO浴の電解質成分として使用し、次世代歯科インプラントに求められる特性を持つ生体活性表面層を得ることを提案する。

Dental implants have become a routine, affordable, and highly reliable technology to replace tooth loss. In this regard, titanium and its alloys are the metals of choice for the manufacture of dental implants because they are chemically inert and biocompatible. However, for special cohorts of patients, there is still a need for improvements, specifically to increase the ability of implants to integrate into the bone and gum tissues and to prevent bacterial infections that can subsequently lead to peri-implantitis and implant failures. Therefore, titanium implants require sophisticated approaches to improve their postoperative healing and long-term stability. Such treatments range from sandblasting to calcium phosphate coating, fluoride application, ultraviolet irradiation, and anodization to increase the bioactivity of the surface. Plasma electrolytic oxidation (PEO) has gained popularity as a method for modifying metal surfaces and delivering the desired mechanical and chemical properties. The outcome of PEO treatment depends on the electrochemical parameters and composition of the bath electrolyte. In this study, we investigated how complexing agents affect the PEO surfaces and found that nitrilotriacetic acid (NTA) can be used to develop efficient PEO protocols. The PEO surfaces generated with NTA in combination with sources of calcium and phosphorus were shown to increase the corrosion resistance of the titanium substrate. They also support cell proliferation and reduce bacterial colonization and, hence, lead to a reduction in failed implants and repeated surgeries. Moreover, NTA is an ecologically favorable chelating agent. These features are necessary for the biomedical industry to be able to contribute to the sustainability of the public healthcare system. Therefore, NTA is proposed to be used as a component of the PEO bath electrolyte to obtain bioactive surface layers with properties desired for next-generation dental implants.