नए द्विस्तरीय एकल-टुकड़ा दंत प्रत्यारोपण से कई सर्जरी की आवश्यकता कम हो सकती है।

विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के अधीन एक स्वायत्त संस्थान, इंटरनेशनल एडवांस्ड रिसर्च सेंटर फॉर पाउडर मेटलर्जी एंड न्यू मैटेरियल्स (एआरसीआई) के वैज्ञानिकों ने एक द्वि-स्तरित सिंगल-पीस डेंटल इम्प्लांट विकसित किया है जो टिकाऊपन, स्थिरता और जैव अनुकूलता में सुधार करने के साथ-साथ कई सर्जिकल प्रक्रियाओं की आवश्यकता को कम करने के लिए टाइटेनियम मिश्र धातु और ज़िरकोनिया को जोड़ता है।

शोधकर्ताओं ने Ti6Al4V टाइटेनियम मिश्र धातु और यट्रिया-स्थिर ज़िरकोनिया (YSZ) को मिलाकर एक एकीकृत दंत प्रत्यारोपण संरचना विकसित की है। इस नवाचार का उद्देश्य पारंपरिक बहु-घटक दंत प्रत्यारोपणों से जुड़ी कुछ सीमाओं को दूर करना है।

परंपरागत डेंटल इम्प्लांट में आमतौर पर तीन घटक होते हैं – जबड़े की हड्डी में लगा हुआ एक फिक्स्चर, फिक्स्चर को क्राउन से जोड़ने वाला एक एबटमेंट और स्वयं क्राउन। शोधकर्ताओं के अनुसार, एबटमेंट इंटरफ़ेस पर सूक्ष्म हलचलें ऑसियोइंटीग्रेशन को प्रभावित कर सकती हैं, यानी वह प्रक्रिया जिसके माध्यम से इम्प्लांट जबड़े की हड्डी के साथ जुड़ता है, जिससे इम्प्लांट के ढीले होने की संभावना बढ़ जाती है।

इस तरह की बहु-घटक प्रणालियों के लिए दो या तीन शल्य प्रक्रियाओं की भी आवश्यकता हो सकती है, जिससे रोगी की असुविधा और नैदानिक ​​जटिलता बढ़ जाती है।

टाइटेनियम और ज़िरकोनिया की खूबियों का संयोजन

नए इम्प्लांट को संरचना के विभिन्न क्षेत्रों में दोनों सामग्रियों की खूबियों का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। Ti6Al4V भार वहन करने वाला आधार बनाता है, जो यांत्रिक मजबूती प्रदान करता है और जबड़े की हड्डी के साथ एकीकरण में सहायता करता है, जबकि YSZ क्राउन क्षेत्र बनाता है, जो घिसाव प्रतिरोध और बेहतर सौंदर्य गुण प्रदान करता है।

इन दोनों सामग्रियों का उपयोग जैवचिकित्सा अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से किया जाता है क्योंकि इनके यांत्रिक गुण और जैव अनुकूलता अच्छी होती है, लेकिन स्वतंत्र रूप से उपयोग किए जाने पर इनकी कुछ सीमाएँ हैं। टाइटेनियम मिश्र धातुएँ मुखीय वातावरण में संक्षारण और मसूड़ों के सिकुड़ने के प्रति संवेदनशील हो सकती हैं, जबकि ज़िरकोनिया, अपने सौंदर्य और संक्षारण-प्रतिरोधी गुणों के बावजूद, जल अपघटन के कारण समय के साथ खराब हो सकता है।

शोधकर्ताओं ने इन सीमाओं को दूर करने के लिए दोनों सामग्रियों को एक ही संरचना में एकीकृत करने का प्रयास किया।

उन्नत सिंटरिंग तकनीक का उपयोग करके निर्मित

इस इम्प्लांट का निर्माण स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग (एसपीएस) नामक एक उन्नत पाउडर-मेटलर्जी तकनीक का उपयोग करके किया गया था। शोधकर्ताओं ने सिंटरिंग प्रक्रिया के दौरान तापमान को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए एक अनुकूलित टेपर्ड ग्रेफाइट डाई विकसित की।

इस पद्धति ने Ti6Al4V और YSZ के बीच काफी भिन्न सिंटरिंग तापमानों के बावजूद, उनके एक साथ घनीकरण को संभव बनाया।

परिणामस्वरूप प्राप्त सामग्री ने 99.5 प्रतिशत का घनत्व हासिल किया, जिससे एक ही प्रसंस्करण चरण में एक सघन और दोषरहित द्वि-स्तरित संरचना का निर्माण हुआ।

सिंटरिंग के बाद, शोधकर्ताओं ने थ्रेडेड इम्प्लांट का आकार बनाने के लिए पांच-अक्षीय कंप्यूटर न्यूमेरिकल कंट्रोल (सीएनसी) मशीन का उपयोग करके मशीनिंग परीक्षण किए। घुमावदार सतहों पर मशीनिंग टूल को चलाने में कुछ चुनौतियाँ देखी गईं, और प्रक्रिया के अनुकूलन का कार्य वर्तमान में जारी है।

शोधकर्ताओं के अनुसार, निर्माण प्रक्रिया अत्यधिक प्रतिलिपि योग्य है और इसमें औद्योगिक उत्पादन तक विस्तार करने की क्षमता है।

मजबूत इंटरफ़ेस और यांत्रिक प्रदर्शन

सामग्री के परीक्षण से टाइटेनियम मिश्र धातु और ज़िरकोनिया के बीच एक स्पष्ट और अच्छी तरह से बंधित इंटरफ़ेस दिखाई दिया, जिसमें कोई दरार, परत का अलग होना, छिद्र या द्वितीयक चरण नहीं थे।

विश्लेषण से यह भी पता चला कि YSZ के कण लगभग 0.3 माइक्रोमीटर के महीन थे, जबकि इंटरफ़ेस के पास Ti6Al4V के कण थोक सामग्री की तुलना में 0.3 और 1 माइक्रोमीटर के बीच परिष्कृत थे।

इंटरफ़ेस के पार कोई महत्वपूर्ण मौलिक प्रसार नहीं देखा गया, जो सिरेमिक और धातु घटकों के बीच एक स्थिर संक्रमण क्षेत्र को दर्शाता है।

यांत्रिक परीक्षण से पता चला कि इसकी कठोरता का मान 1,350 HV तक, संपीडन शक्ति लगभग 1,550 MPa और लचीलापन शक्ति लगभग 310 MPa है। शोधकर्ताओं ने कहा कि ये गुण व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रत्यारोपण सामग्रियों के गुणों के बराबर या उनसे बेहतर हैं।

जैविक परीक्षण उच्च अनुकूलता दर्शाते हैं।

इन विट्रो जैविक अध्ययनों से यह भी संकेत मिला कि यह सामग्री गैर-साइटोटॉक्सिक और अत्यधिक जैव अनुकूल थी।

कोशिकीय चयापचय गतिविधि को मापने के लिए प्रयुक्त रंगमापी परीक्षण, एमटीटी परख, एल929 माउस फाइब्रोब्लास्ट कोशिकाओं का उपयोग करके किया गया। परीक्षणों से पता चला कि सभी परीक्षित सांद्रताओं में चयापचय गतिविधि 90 प्रतिशत से अधिक थी, जो जैव-सामग्रियों के लिए सामान्यतः आवश्यक न्यूनतम सीमा से अधिक है।

हीमोलिसिस परीक्षणों में लाल रक्त कोशिकाओं को नगण्य क्षति भी देखी गई, जो दंत चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए सामग्री की उपयुक्तता का और समर्थन करती है।

शल्य चिकित्सा की जटिलता को कम करने की क्षमता

एकल-स्तरीय डिजाइन में यांत्रिक शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध, सौंदर्य प्रदर्शन और जैविक सुरक्षा को मिलाकर, द्वि-स्तरीय प्रत्यारोपण कई शल्य चिकित्सा हस्तक्षेपों की आवश्यकता को कम करने में मदद कर सकता है, साथ ही प्रत्यारोपण की स्थिरता में सुधार भी कर सकता है।

शोधकर्ताओं ने कहा कि यह तकनीक किफायती, उच्च-प्रदर्शन वाले डेंटल इम्प्लांट्स के विकास में योगदान दे सकती है और भारत में स्वदेशी बायोमेडिकल उपकरण निर्माण को मजबूत कर सकती है।

यह अध्ययन मैटेरियल्स लेटर्स में प्रकाशित हुआ है और साइंसडायरेक्ट के माध्यम से उपलब्ध है।