医療用チタン素材の開発展望。

多くのインプラント材料は、その有効性と入手可能性に応じて、さまざまな歯科用途に使用されています。歯科用インプラントは、安全かつ最適な使用を保証するために、生体適合性、耐食性および耐摩耗性、適切な機械的特性、オッセオインテグレーションなどの必要な特性を備えていなければなりません。このレビューでは、特性、製造プロセス、表面改質、歯科インプラントとしての用途、制限など、チタン (Ti) および Ti 合金のさまざまな側面を分析します。さらに、Ti ベースのインプラント材料の最近の進歩と革新的な歯科インプラントの未来の開発についての認識も示しています。

キーワード: 歯科インプラント、チタン合金、表面改質、耐食性、オッセオインテグレーション、生体適合性、抗菌活性

チタン (Ti) および Ti 合金は 1980 年代初頭から大幅に増加しました。それは、その独特の特性と多くの生物医学的用途により、より受け入れられている金属生体材料となっている（Özcan et al., 2012; Vizureanu et al., 2020; Takeuchi et al., 2020）。ほとんどの場合、金属生体材料は、通常の動作による負荷に耐えるために、その高い耐荷重能力と疲労強度を目的として利用されます (Gegner et al., 2014)。チタンは、その低弾性率、低比重、並外れた耐腐食性、傑出した強度対重量比、優れた摩擦特性、および並外れた生体適合性により、生体材料の設計において最も有望な材料の 1 つとして紹介されています (Hatamleh et al., 2018) ;ムトンボ、2018）。チタン合金は、どの金属成分よりも生体医療用途に適した高い生体適合性を持っています。ただし、骨形成の傾向により、それらはジルコニア、アルミナ、ヒドロキシアパタイト、およびそれらの組み合わせのようなバイオセラミックスと比較して生体不活性材料として分類されています (Niinomi et al., 2008; Hoque et al., 2013, 2014; Ragurajan et al., 2018) ; Golieskardi et al.、2019)。現在の歯科医療は、顎口腔系の損傷、萎縮、または疾患に関係なく、患者を通常の目的、健康、審美性、および言語に戻すことを目的としています。その結果、歯科における補綴物は、普段は口腔の健康状態が不適切であるものの、歯周病、怪我、またはその他の理由で歯を失った人にとって、良い選択肢の 1 つとなっています (Oshida et al., 2010; Golieskardi et al. 、2020）。現在、さまざまなデザインのインプラントの多くが純チタンとその合金から作られています。

これまで、より多くの金属インプラントは、熱間圧延、インベストメント鋳造、鍛造、機械加工などの伝統的な方法を使用して製造されてきました。ただし、すべてのインプラント合金を同様の方法で最終的な形状に効率的に処理することはできないため、多数の高度な製造アプローチも利用されています (Trevisan et al.、2017)。従来の歯科鋳造と比較して、チタン補綴物は CAD/CAM (コンピュータ支援設計およびコンピュータ支援製造) を利用してより適切に作製することができます (Ohkubo et al., 2008)。現在、革新的な技術である 3D プリンティング/積層造形 (AM) は、コンピューター支援設計を利用して歯科インプラントを迅速に製造するためにカスタマイズされています (Mohd および Abid、2019)。 3D プリンティング/AM は、このプロセスの効率は不明確ですが、歯科用インプラントの製造には潜在的なアプローチであるため、インプラント製造のマイクロスケール解像度を実証しました (Thaisa およ​​び Andréa、2019)。

金属イオンの放出は、毒性、発がん性、過敏症などの腐食に関連した生物学的問題を引き起こします。インプラント材料からさまざまな身体器官およびインプラント周囲組織への金属元素の放出は、生体腐食、摩擦腐食、およびそれらの組み合わせによって引き起こされ、口腔環境では自然に発生します (Barão et al., 2021)。バイオフィルムまたは高濃度のフッ化物が存在すると、この影響は増幅されます。金属粒子の存在により、T リンパ球、好中球、マクロファージが活性化され、サイトカインと金属プロテアーゼの生成が増加します。さらに、バナジウム、アルミニウム、Ti-6Al-4V 粒子は有毒で変異原性があり、アルツハイマー病、骨軟化症、神経学的問題を引き起こします (Kirmanidou et al., 2016)。チタンおよびチタン合金は、整形外科および歯科において注目に値する用途を持っています。したがって、毎日多くのインプラントが市場に導入されています。このレビューは、この材料、特に CAD/CAM がなぜ、どのように大幅に進歩したのかを判断することを目的としています。 Ti とその合金が歯科矯正治療材料としてどのような特徴を持っているのかを判断するには、Ti と生物学的環境との相互作用を研究することが不可欠です。

3D プリンティング (3DP) は、予防/修復歯科医療において重要な役割を果たしているため、歯科インプラントの新興技術であり、ジアステマ、歯冠損傷、歯の喪失などの数多くの歯の問題を克服します。 3DP は、(i) 複数の組成、(ii) 微細構造、(iii) 機械的特性、および (iv) インプラントに付着した組織および器官の生物学的方法の厳密な制御を達成できます。実際、製造およびインプラントにおける CAD/CAM を介した 3DP の重要性により、歯科におけるインプラントおよび修復アプリケーションの例外的な貢献に焦点を当てています。歯の歪みを治すために望ましい特徴を備えた Ti 材料は、より少ない労力で速度を向上させると考えられます (Gagg et al., 2013; Unnikrushnan et al., 2021)。

この研究は、歯科におけるチタンとその合金のさまざまな用途を、その歴史的発展、製造手順、表面改質技術とともに説明することを目的としています。このレビューでは、Ti 合金のさまざまな機械的および生理学的特性が要約されています。また、将来のメーカー、研究者、学者に概要を提供する、その利用に関する優れた将来の展望についても説明します。