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शोधकर्ताओं ने दंत चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए टाइटेनियम मिश्र धातु और ज़िरकोनिया घटकों को एकीकृत करने वाली दो परतों की एक संरचना विकसित की है जो शल्य चिकित्सा की जटिलता को कम करते हुए स्थायित्व, इंटरफेसियल स्थिरता और जैव अनुकूलता बढ़ाती है।

परंपरागत डेंटल इम्प्लांट में तीन घटक होते हैं: जबड़े की हड्डी में लगाया जाने वाला एक फिक्स्चर, फिक्स्चर और क्राउन को जोड़ने वाला एक एबटमेंट और स्वयं क्राउन। ये बहु-घटक संरचनाएं एबटमेंट इंटरफ़ेस पर सूक्ष्म हलचल के प्रति संवेदनशील होती हैं, जिससे अस्थि एकीकरण प्रभावित हो सकता है और इम्प्लांट ढीला हो सकता है।

इसके अतिरिक्त, ऐसे सिस्टम में आमतौर पर दो से तीन सर्जिकल प्रक्रियाएं आवश्यक होती हैं, जिससे रोगी की असुविधा और नैदानिक ​​जटिलता बढ़ जाती है। हालांकि टाइटेनियम मिश्र धातु और ज़िरकोनिया अपनी जैव अनुकूलता और यांत्रिक मजबूती के कारण व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, लेकिन प्रत्येक सामग्री की अपनी कुछ सीमाएं हैं। टीआई6एआई4वी मुंह के नम वातावरण में संक्षारण और मसूड़ों के सिकुड़ने के प्रति संवेदनशील हो सकता है। ज़िरकोनिया, हालांकि दिखने में आकर्षक और संक्षारण प्रतिरोधी है, पर जल अपघटन के कारण समय के साथ अवक्रमित हो सकता है, जिससे इसकी दीर्घकालिक स्थिरता प्रभावित होती है।

इन चुनौतियों से पार पाने के लिए, विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के एक स्वायत्त संस्थान, इंटरनेशनल एडवांस्ड रिसर्च सेंटर फॉर पाउडर मेटलर्जी एंड न्यू मैटेरियल्स (एआरसीआई) के वैज्ञानिकों ने एक कार्यात्मक रूप से एकीकृत 2 परतों वाली संरचना तैयार की है। यह टाइटेनियम मिश्र धातु (टीआई6एआई4वी) और यट्रिया-स्थिर ज़िरकोनिया (वाईएसजैड) को एकीकृत संरचना में समेकित करती है ताकि पारंपरिक प्रत्यारोपणों की सतत सीमाओं का समाधान किया जा सके।

चित्र 1: (ए) टेपर्ड ग्रेफाइट डाई का योजनाबद्ध डायग्राम; (बी) दो परतों वाले टीआई6एआई4वी -वाईएसजैड डेंटल इम्प्लांट का योजनाबद्ध डायग्राम; (सी) 8 वाईएसजैड (ऊपर) और टीआई6एआई4वी (नीचे) का दो-परतों वाला नमूना; (डी) दो-परतों वाले नमूने का क्रॉस सेक्शन

 

इस संरचना में, टीआई6एआई4वी मजबूत जबड़े की हड्डी के एकीकरण के लिए भार वहन करने वाले फिक्स्चर के रूप में कार्य करता है, और वाईएसजैड बेहतर घिसाव प्रतिरोध और कलात्मकता के लिए क्राउन क्षेत्र का निर्माण करता है।

इस इम्प्लांट का निर्माण स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग (एसपीएस) नामक उन्नत पाउडर धातुकर्म तकनीक का उपयोग करके किया गया था। विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए टेपर्ड ग्रेफाइट डाई ने सिंटरिंग के दौरान तापमान पर सटीक नियंत्रण संभव बनाया, जिससे टीआई6एआई4वी और वाईएसजैड  के सिंटरिंग तापमान में व्यापक अंतर के बावजूद, उनका एक साथ सघनीकरण हो सका।

इस विधि से सामग्री का घनत्व 99.5 प्रतिशत तक पहुंच गया, जिससे एक ही प्रक्रिया चरण में एक मजबूत, दोषरहित दो परतों वाली संरचना का निर्माण हुआ। सिंटरिंग के बाद, थ्रेडेड इम्प्लांट का आकार बनाने के लिए 5-एक्सिस सीएनसी मशीन का उपयोग करके मशीनिंग परीक्षण किए

गए। घुमावदार सतहों पर टूल की गति से संबंधित कुछ चुनौतियां देखी गईं। वर्तमान में प्रक्रिया अनुकूलन पर काम चल रहा है।

समग्र निर्माण प्रक्रिया अत्यधिक पुनरुत्पादकता योग्य बनी रहती है और औद्योगिक उत्पादन के लिए उपयुक्त है।

परीक्षणों से दरारों, परतदारपन, छिद्रों या द्वितीयक चरणों के बिना एक स्पष्ट, सुव्यवस्थित इंटरफ़ेस की पुष्टि हुई। विश्लेषण से महीन वाईएसजैड  कण (~0.3 µm) का पता चला, जबकि इंटरफ़ेस के पास टीआई6एआई4वी कण थोक की तुलना में 0.3–1 µm तक परिष्कृत थे। इंटरफ़ेस के पार कोई उल्लेखनीय मौलिक प्रसार नहीं देखा गया, जो एक स्थिर सिरेमिक-धातु परिवर्तन जोन को दर्शाता है। निर्माण विधि उच्च पुनरुत्पादकता प्रदर्शित करती है, जिससे प्रक्रिया औद्योगिक उत्पादन के लिए परिमाण योग्य हो जाती है।

 

चित्र 2: (ए) दो परतों वाले नमूने का रुचि क्षेत्र (आरओआई); (बी) टीकेडी-आईपीएफ; (सी) प्रतिनिधित्व के लिए छवि गुणवत्ता मानचित्र के साथ आवरण में टीकेडी-चरण मानचित्र

 

घनी, द्विस्तरीय संरचना के यांत्रिक मूल्यांकन से 1350 एचवी तक की कठोरता, लगभग 1550 एमपीए की संपीडन शक्ति और लगभग 310 एमपीए की फ्लेक्सुरल शक्ति प्राप्त हुई, जो व्यावसायिक प्रत्यारोपण सामग्रियों के बराबर या उससे अधिक है। प्रयोगशाला में किए गए जैविक अध्ययनों ने गैर-साइटोटॉक्सिक व्यवहार और उत्कृष्ट जैव अनुकूलता की पुष्टि की। एल929 माउस फाइब्रोब्लास्ट कोशिकाओं का उपयोग करके किए गए एमटीटी परीक्षण (कोशिकीय चयापचय गतिविधि को मापने के लिए प्रयुक्त रंगमापी परीक्षण) से सभी परीक्षणित सांद्रताओं में 90 प्रतिशत से अधिक चयापचय गतिविधि पाई गई, जो जैव सामग्रियों के लिए न्यूनतम सीमा से अधिक है। हीमोलिसिस परीक्षणों से लाल रक्त कोशिकाओं को नगण्य क्षति का संकेत मिला, जो दंत चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए इसकी उपयुक्तता को प्रमाणित करता है।

एआरसीआई का द्विस्तरीय प्रत्यारोपण यांत्रिक मजबूती, संक्षारण प्रतिरोध, सुरुचिपूर्ण प्रदर्शन और जैविक सुरक्षा को एक ही संरचना में एकीकृत करके शल्य चिकित्सा की आवश्यकता को कम करता है। साथ ही, दीर्घकालिक स्थिरता और रोगी के बेहतर परिणामों को सुनिश्चित करता है। यह नवाचार भारत में किफायती और उच्च-प्रदर्शन वाले दंत प्रत्यारोपणों की बढ़ती मांग के अनुरूप है और स्वदेशी जैव चिकित्सा उपकरण विकास को बढ़ावा देता है।

यह शोध कार्य साइंसडायरेक्ट पर उपलब्ध जर्नल मैटेरियल्स लेटर्स में प्रकाशित हुआ है।

प्रकाशन लिंक: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.134403

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पीके/केसी/एसकेजे/एसवी

(रिलीज़ आईडी: 2307979) आगंतुक पटल : 110