생체 적합성과 기계적 강도는 지르코니아 임플란트의 임상적 성공을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 일반적으로 지르코니아 세라믹은 인산칼슘을 코팅함으로써 골결합력을 개선할 수 있다. 최근 아연으로 도핑한 ...
생체 적합성과 기계적 강도는 지르코니아 임플란트의 임상적 성공을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 일반적으로 지르코니아 세라믹은 인산칼슘을 코팅함으로써 골결합력을 개선할 수 있다. 최근 아연으로 도핑한 하이드록시아파타이트(ZnHA)는 아연을 방출하여 뼈의 성장을 촉진한다는 점이 주목 받고 있다. 규산염을 기반으로 하는 글라스는 지르코니아 입자에 용융침투 되면 지르코니아의 기계적 특성을 향상시킨다. 본 연구는 글라스가 용융침투된 지르코니아에 ZnHA 세라믹과 규산염을 기반으로 하는 글라스를 혼합 코팅하여 지르코니아의 기계적 특성과 생체적합성을 평가하였다. 100~300nm 범위의 입자 크기를 가지는 ZnHA 나노입자는 졸-겔 기술을 사용하여 코팅하였고, X선 회절 분석과 주사전자현미경을 사용하여 나노 입자의 결정 구조 및 형태를 분석하였다. 예비 소결된 지르코니아 디스크에 글라스를 용융침투하고 1450℃로 열처리하여 글라스 용융침투 지르코니아를 제작하였다. 제작된 글라스 용융침투 지르코니아는 글라 스와 ZnHA를 3가지 비율로 혼합한 슬러리로 복합 코팅 후 1200℃ 에서 열처리 하였다. 이후 글라스와 Zn-HA가 복합 코팅 된 지르코니아의 특성화 평가를 시행하였다. 열처리 과정에서 결정화가 일어나 베타-인산칼슘(β-TCP), 인산칼슘 및 칼슘 지르코늄 산화물이 검출되었다. 또한 무정형의 글라스 일부는 결정상을 가지는 나트륨칼슘알루미늄 실리케이트 상으로 상변화하였다. 글라스 용융침투 및 글라스와 ZnHA의 비율은 지르코니아의 굴곡강도와 코팅층의 접착력에 큰 영향을 주었다. 글라스와 ZnHA 복합 코팅은 새로운 결정상의 형성을 유도하였고, 순수한 ZnHA 코팅에 비해 기계적 특성을 향상시켰다. MC3T3-E1 세포는 글라스와 ZnHA 복합 코팅 표면에 잘 부착되었다. 세포 증식 평가 결과, 3G:7H, 5G:5H 복합 코팅이 지르코니아에 비하여 우수한 조골세포 활성도를 보였다. 본 연구 결과 글라스 용융침투 및 글라스 ZnHA 복합 코팅이 지르코니아의 기계적 안정성, 생체활성 및 예비 골세포 부착과 증식을 개선하였다.
생체 적합성과 기계적 강도는 지르코니아 임플란트의 임상적 성공을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 일반적으로 지르코니아 세라믹은 인산칼슘을 코팅함으로써 골결합력을 개선할 수 있다. 최근 아연으로 도핑한 하이드록시아파타이트(ZnHA)는 아연을 방출하여 뼈의 성장을 촉진한다는 점이 주목 받고 있다. 규산염을 기반으로 하는 글라스는 지르코니아 입자에 용융침투 되면 지르코니아의 기계적 특성을 향상시킨다. 본 연구는 글라스가 용융침투된 지르코니아에 ZnHA 세라믹과 규산염을 기반으로 하는 글라스를 혼합 코팅하여 지르코니아의 기계적 특성과 생체적합성을 평가하였다. 100~300nm 범위의 입자 크기를 가지는 ZnHA 나노입자는 졸-겔 기술을 사용하여 코팅하였고, X선 회절 분석과 주사전자현미경을 사용하여 나노 입자의 결정 구조 및 형태를 분석하였다. 예비 소결된 지르코니아 디스크에 글라스를 용융침투하고 1450℃로 열처리하여 글라스 용융침투 지르코니아를 제작하였다. 제작된 글라스 용융침투 지르코니아는 글라 스와 ZnHA를 3가지 비율로 혼합한 슬러리로 복합 코팅 후 1200℃ 에서 열처리 하였다. 이후 글라스와 Zn-HA가 복합 코팅 된 지르코니아의 특성화 평가를 시행하였다. 열처리 과정에서 결정화가 일어나 베타-인산칼슘(β-TCP), 인산칼슘 및 칼슘 지르코늄 산화물이 검출되었다. 또한 무정형의 글라스 일부는 결정상을 가지는 나트륨칼슘알루미늄 실리케이트 상으로 상변화하였다. 글라스 용융침투 및 글라스와 ZnHA의 비율은 지르코니아의 굴곡강도와 코팅층의 접착력에 큰 영향을 주었다. 글라스와 ZnHA 복합 코팅은 새로운 결정상의 형성을 유도하였고, 순수한 ZnHA 코팅에 비해 기계적 특성을 향상시켰다. MC3T3-E1 세포는 글라스와 ZnHA 복합 코팅 표면에 잘 부착되었다. 세포 증식 평가 결과, 3G:7H, 5G:5H 복합 코팅이 지르코니아에 비하여 우수한 조골세포 활성도를 보였다. 본 연구 결과 글라스 용융침투 및 글라스 ZnHA 복합 코팅이 지르코니아의 기계적 안정성, 생체활성 및 예비 골세포 부착과 증식을 개선하였다.
Biocompatibility and mechanical strength determine the clinical success of the zirconia based implants. In general, osteointegration of the zirconia based ceramics has been improved by the calcium phosphate coatings. Recently, zinc doped hydroxyapatite (ZnHA) gained increased attention due to the fa...
Biocompatibility and mechanical strength determine the clinical success of the zirconia based implants. In general, osteointegration of the zirconia based ceramics has been improved by the calcium phosphate coatings. Recently, zinc doped hydroxyapatite (ZnHA) gained increased attention due to the fact that the zinc releasing biomaterials facilitates the bone growth. On the other hand, infiltration of the silicate based glass (G) into zirconia grains enhances the mechanical properties. In the current study, biocompatibility of zirconia was improved by combining the mechanical properties and biological activity through facile composite coatings, comprising of ZnHA ceramics and silicate-based glass. ZnHA nanoparticles with particle size ranging from 100-300 nm were produced by a simple sol-gel technique and used as a coating material. The structure and morphology of these nanoparticles were examined using powder X-ray diffraction and field emission scanning electron microscopy techniques. Initially, glass infiltrated (graded) zirconia (GI-Zr) was achieved by glass coating on the pre-sintered zirconia substrate and subsequent thermal treatment (1450°C). To the GI-Zr substrate, glass and ZnHA mixed powder slurries were coated at various ratios (7G:3H, 5G:5H and 3G:7H) and subsequently heat-treated at 1200°C. The obtained glass/ZnHA composite coatings were used for further characterizations. In the course of thermal treatment, significant reaction and crystallization happened resulting in β–tricalcium phosphate (β-TCP), calcium oxide phosphate and calcium zirconium oxide. Moreover, amorphous glass was transformed into crystalline sodium calcium aluminum silicate phase. The mechanical properties were investigated and the results clearly indicated that the amount of glass in the composite and the graded structure exerted a great impact on the flexural strength and adhesion of the coating layer. The composite coatings on infiltrated zirconia displayed much improved mechanical properties than the pure ZnHA coating due to the newly formed crystalline phases. The Murine pre-osteoblastic (MC3T3-E1) cells adhered and spread well on the coated surface. The cell viability results revealed that the 3G:7H, 5G:5H composites and ZnHA coated specimen demonstrated a superior bioactivity of osteoblast cell compared to uncoated zirconia. These outcomes endorsed that the glass and ZnHA composites on the graded structure are highly suitable for hard tissue implant coating technique owing to their morphological and mechanical stability, enhanced bioactivity and promising responses to the pre- osteoblastic cells.
Biocompatibility and mechanical strength determine the clinical success of the zirconia based implants. In general, osteointegration of the zirconia based ceramics has been improved by the calcium phosphate coatings. Recently, zinc doped hydroxyapatite (ZnHA) gained increased attention due to the fact that the zinc releasing biomaterials facilitates the bone growth. On the other hand, infiltration of the silicate based glass (G) into zirconia grains enhances the mechanical properties. In the current study, biocompatibility of zirconia was improved by combining the mechanical properties and biological activity through facile composite coatings, comprising of ZnHA ceramics and silicate-based glass. ZnHA nanoparticles with particle size ranging from 100-300 nm were produced by a simple sol-gel technique and used as a coating material. The structure and morphology of these nanoparticles were examined using powder X-ray diffraction and field emission scanning electron microscopy techniques. Initially, glass infiltrated (graded) zirconia (GI-Zr) was achieved by glass coating on the pre-sintered zirconia substrate and subsequent thermal treatment (1450°C). To the GI-Zr substrate, glass and ZnHA mixed powder slurries were coated at various ratios (7G:3H, 5G:5H and 3G:7H) and subsequently heat-treated at 1200°C. The obtained glass/ZnHA composite coatings were used for further characterizations. In the course of thermal treatment, significant reaction and crystallization happened resulting in β–tricalcium phosphate (β-TCP), calcium oxide phosphate and calcium zirconium oxide. Moreover, amorphous glass was transformed into crystalline sodium calcium aluminum silicate phase. The mechanical properties were investigated and the results clearly indicated that the amount of glass in the composite and the graded structure exerted a great impact on the flexural strength and adhesion of the coating layer. The composite coatings on infiltrated zirconia displayed much improved mechanical properties than the pure ZnHA coating due to the newly formed crystalline phases. The Murine pre-osteoblastic (MC3T3-E1) cells adhered and spread well on the coated surface. The cell viability results revealed that the 3G:7H, 5G:5H composites and ZnHA coated specimen demonstrated a superior bioactivity of osteoblast cell compared to uncoated zirconia. These outcomes endorsed that the glass and ZnHA composites on the graded structure are highly suitable for hard tissue implant coating technique owing to their morphological and mechanical stability, enhanced bioactivity and promising responses to the pre- osteoblastic cells.
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