Modelagem inteligente e otimização do condicionamento ácido de superfície de titânio para aplicação de implantes dentários

Jun 04, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 7184 (2022) Citar este artigo

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O condicionamento ácido é um dos processos mais populares para o tratamento de superfície de implantes dentários. Neste artigo, o ataque ácido de titânio comercialmente puro (cpTi) em uma solução de H2SO4 a 48% é investigado. O tempo do processo de ataque químico (0–8 h) e a temperatura da solução (25–90 °C) são considerados as condições operacionais mais eficazes para afetar os parâmetros de rugosidade da superfície, como o desvio da média aritmética do perfil avaliado na superfície (Ra) e média da altura máxima pico a vale da superfície ao longo do perfil de comprimento considerado (Rz), bem como perda de peso (WL) dos implantes dentários no processo de condicionamento ácido. Pela primeira vez, três redes neurais artificiais perceptron multicamadas (MLP-ANN) com duas camadas ocultas foram otimizadas para prever Ra, Rz e WL. MLP é uma classe feedforward de RNA e modelo de RNA que envolve cálculos e matemática que simulam os processos do cérebro humano. Os modelos de RNA podem prever adequadamente as variações de Ra, Rz e WL durante o ataque químico em função da temperatura e do tempo do processo. Além disso, o WL pode ser aumentado para atingir um Ra elevado. Em WL = 0, obtém-se Ra de 0,5 μm, enquanto Ra aumenta para 2 μm em WL = 0,78 μg/cm2. Além disso, o modelo RNA foi alimentado em um algoritmo genético de classificação não linear (NSGA-II) para estabelecer o processo de otimização e foi comprovada a capacidade deste método de prever as condições de gravação otimizadas.

Foi demonstrado que a criação de superfícies rugosas em implantes médicos melhora a sua biointegração resultante do aumento da produção de tecido ósseo nas superfícies modificadas1,2,3,4. Muitos estudos demonstraram que tecidos fibrosos indesejáveis ​​tendem a se formar em superfícies lisas, enquanto superfícies mais ásperas promovem a formação de tecido ósseo sólido5,6 conduziram um estudo de longo prazo sobre integração óssea com implantes7,8. O osso é gerado em um processo de múltiplas etapas em que as células osteoclastos removem seletivamente o tecido para formar depressões (lacunas), e as células osteoblásticas, por sua vez, coletam e formam os tecidos da matriz óssea9. Como os osteoclastos não podem interagir com materiais de implante, como o titânio (Ti), a ligação dos osteoblastos pode ser inibida se a superfície do implante não possuir estruturas em escala micro, meso e ornano semelhantes àquelas criadas pelos osteoclastos .

Normalmente, a rugosidade da superfície é verificada com alguns parâmetros como Ra, Rz e Sa. Ra é um parâmetro 1-D e é definido como o desvio da média aritmética do perfil avaliado11. Para medição de Ra, uma ponta muito fina do detector se move em uma direção linear horizontal sobre a superfície da amostra (em modo de contato ou sem contato), cujos movimentos verticais serão relatados . Rz é a altura máxima de pico a vale do mesmo perfil, que é estudada para medição de Ra12. Sa é um parâmetro de rugosidade areal que é detectado a partir de uma superfície 2-D (ao contrário de Ra que é detectado a partir de um caminho linear) . Com base nas definições, Ra e Sa são muito próximos entre si e a escolha de um deles é baseada em equipamentos de medição (alguns reportam Ra e outros reportam Sa)11,12.

A gravação é um dos processos mais populares usados ​​para aumentar a rugosidade da superfície e melhorar outras propriedades da superfície. É responsável por melhorar o contato do implante dentário com o osso e pode especificar a força de contato do implante com a superfície11,12,13,14,15 e a resposta óssea16,17,18,19,20. Atualmente, uma ampla gama de implantes dentários comerciais está disponível no mercado. Esses implantes possuem propriedades diferentes, como núcleo do implante, especificações geométricas e características de superfície. Algumas marcas comerciais, como Ospol (Hollviken, Suécia), com Sa = 0,26 μm, possuem superfície lisa (Sa < 1 μm é considerado liso)21. Por outro lado, outros implantes comerciais, como SLA (Standard Plus; ITI Straumann, Basel, Suíça; Sa = 1,7 μm), Ankylos (DentsplyFriadent, Menheim, Alemanha; Sa = 1,55 μm), Frialit (DentsplyFriadent, Menheim, Alemanha ; Sa = 1,79 μm) e Promote (Screwline, calmog, Basel, Suíça; Sa = 1,30 μm), são moderadamente ásperos (com Sa na faixa de 1–2 μm)22,23. Além disso, algumas outras superfícies, como Kohno HRPS e Kohno DES HRPS (Suécia & Martina, Due Carrare, Itália; Sa = 3,11 e 3,16 respectivamente), apresentam o maior grau de rugosidade (superfícies com Sa > 2 são consideradas maximamente rugosas) 22,23.