목적: 원자층 증착 방식(Atomic Layer Deposition, ALD)은 단일 원자층 단위로 얇은 층을 증착시키는 공정으로 미세하게 박막의 두께를 조절할 수 있으며, 구조가 복잡한 표면에도 균일한 층을 형성할 수 있다. 또한 500℃ 이하의 낮은 온도에서도 증착이 가능하다. 현재까지의 연구에서는 우수한 기계적 물성과 생체적합성을 가진 생체재료로써 주목받고 있는 ...
목적: 원자층 증착 방식(Atomic Layer Deposition, ALD)은 단일 원자층 단위로 얇은 층을 증착시키는 공정으로 미세하게 박막의 두께를 조절할 수 있으며, 구조가 복잡한 표면에도 균일한 층을 형성할 수 있다. 또한 500℃ 이하의 낮은 온도에서도 증착이 가능하다. 현재까지의 연구에서는 우수한 기계적 물성과 생체적합성을 가진 생체재료로써 주목받고 있는 지르코니아를 원자층 증착시킨 임플란트 표면의 효과에 대해 보고된 바가 없다. 이 연구에서는 원자층 증착 방식으로 지르코니아를 표면에 증착시킨 타이타늄에서의 세균의 부착 억제 및 조골세포의 활성도 차이를 알아보고자 한다. 더불어 원자층 증착 방식으로 증착된 지르코니아 가지는 결정상에 따른 결과의 차이도 알아보고자 한다.
재료와 방법: 순수 타이타늄 군(Control군), 지르코니아 원자층 증착 타이타늄군(Z군), 지르코니아 원자층 증착 후 열처리한 타이타늄군(ZH군)으로 나누어 연구를 진행하였다. SEM, TEM, EDS, AFM, XPS, XRD 그리고 접촉각 측정 등을 이용한 시편의 표면 분석, Streptococcus mutans와 Porphyromonas gingivalis의 부착, 그리고 MC3T3-E1 세포의 부착, 증식 및 분화 정도를 평가하였다. 모든 통계분석은 SPSS 21.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 시행하였다. Shapiro-Wilk 검정에서 정규성을 만족하는 경우에는 모수 방법인 일원 배치 분산분석(One-way ANOVA)을 이용하였으며, 사후 검정으로는 Tukey test를 이용하였다. 그리고 모든 통계의 유의수준은 95% 신뢰구간으로 P가 0.05 미만인 경우 통계학적으로 유의하다고 하였으며, P가 0.1 미만인 경우 경계역상 통계학적으로 유의하다고 하였다. 정규성을 만족하지 못하는 경우에는 비모수 방법인 Kruskal-Wallis test를 이용하였으며, 사후검정으로는 Mann-Whitney U-test를 이용하여 P < 0.017 수준에서 각 군간의 유의성을 검정하였다.
결과: S. mutans의 부착은 Z군과 ZH군에서 Control군에 비해 유의하게 감소했고(P < 0.05), Z군과 ZH군 사이에는 유의한 차이가 없었다(P > 0.05). P. gingivalis의 부착 역시 Z군과 ZH군에서는 Control군에 비해 유의하게 감소했으나(P < 0.001), Z군과 ZH군 사이에는 유의한 차이가 없었다(P > 0.05). 그리고 MC3T3-E1 세포의 부착은 ZH군에서 Control군과 Z군에 비하여 유의하게 증가하였다(P < 0.001). 그리고 Control과 비교하여 Z군에서의 부착 증가는 통계적으로 유의하지 않았다(P > 0.05). MC3T3-E1 세포의 증식은 ZH군에서는 Control군에 비해 유의하게 증가했으나(P < 0.05), Z군에서는 Control군에 비해 그 증가가 유의하지 않았다(P > 0.05). MC3T3-E1 세포의 분화는 ZH군에서는 Control군에 비해 경계역상에서 유의하게 증가했으나(P < 0.1), Z군에서는 Control군에 비해 그 증가가 유의하지 않았다(P > 0.1).
결론: Z군과 ZH군은 Control군에 비해 초기 균막 형성과 관련된 S. mutans의 부착과 임플란트주위염을 유발하는 P. gingivalis의 부착이 감소하였다. MC3T3-E1 세포의 부착, 증식 및 분화는 증가하였다. 즉, 원자층 증착 방식으로 지르코니아를 표면 처리한 타이타늄 임플란트는 세균 부착 억제 효과를 통해 임플란트주위염을 감소시키고, 조골세포의 활성 증가로 하여금 골 유착 능력을 증가시킬 수 있는 가능성을 시사한다.
목적: 원자층 증착 방식(Atomic Layer Deposition, ALD)은 단일 원자층 단위로 얇은 층을 증착시키는 공정으로 미세하게 박막의 두께를 조절할 수 있으며, 구조가 복잡한 표면에도 균일한 층을 형성할 수 있다. 또한 500℃ 이하의 낮은 온도에서도 증착이 가능하다. 현재까지의 연구에서는 우수한 기계적 물성과 생체적합성을 가진 생체재료로써 주목받고 있는 지르코니아를 원자층 증착시킨 임플란트 표면의 효과에 대해 보고된 바가 없다. 이 연구에서는 원자층 증착 방식으로 지르코니아를 표면에 증착시킨 타이타늄에서의 세균의 부착 억제 및 조골세포의 활성도 차이를 알아보고자 한다. 더불어 원자층 증착 방식으로 증착된 지르코니아 가지는 결정상에 따른 결과의 차이도 알아보고자 한다.
재료와 방법: 순수 타이타늄 군(Control군), 지르코니아 원자층 증착 타이타늄군(Z군), 지르코니아 원자층 증착 후 열처리한 타이타늄군(ZH군)으로 나누어 연구를 진행하였다. SEM, TEM, EDS, AFM, XPS, XRD 그리고 접촉각 측정 등을 이용한 시편의 표면 분석, Streptococcus mutans와 Porphyromonas gingivalis의 부착, 그리고 MC3T3-E1 세포의 부착, 증식 및 분화 정도를 평가하였다. 모든 통계분석은 SPSS 21.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 시행하였다. Shapiro-Wilk 검정에서 정규성을 만족하는 경우에는 모수 방법인 일원 배치 분산분석(One-way ANOVA)을 이용하였으며, 사후 검정으로는 Tukey test를 이용하였다. 그리고 모든 통계의 유의수준은 95% 신뢰구간으로 P가 0.05 미만인 경우 통계학적으로 유의하다고 하였으며, P가 0.1 미만인 경우 경계역상 통계학적으로 유의하다고 하였다. 정규성을 만족하지 못하는 경우에는 비모수 방법인 Kruskal-Wallis test를 이용하였으며, 사후검정으로는 Mann-Whitney U-test를 이용하여 P < 0.017 수준에서 각 군간의 유의성을 검정하였다.
결과: S. mutans의 부착은 Z군과 ZH군에서 Control군에 비해 유의하게 감소했고(P < 0.05), Z군과 ZH군 사이에는 유의한 차이가 없었다(P > 0.05). P. gingivalis의 부착 역시 Z군과 ZH군에서는 Control군에 비해 유의하게 감소했으나(P < 0.001), Z군과 ZH군 사이에는 유의한 차이가 없었다(P > 0.05). 그리고 MC3T3-E1 세포의 부착은 ZH군에서 Control군과 Z군에 비하여 유의하게 증가하였다(P < 0.001). 그리고 Control과 비교하여 Z군에서의 부착 증가는 통계적으로 유의하지 않았다(P > 0.05). MC3T3-E1 세포의 증식은 ZH군에서는 Control군에 비해 유의하게 증가했으나(P < 0.05), Z군에서는 Control군에 비해 그 증가가 유의하지 않았다(P > 0.05). MC3T3-E1 세포의 분화는 ZH군에서는 Control군에 비해 경계역상에서 유의하게 증가했으나(P < 0.1), Z군에서는 Control군에 비해 그 증가가 유의하지 않았다(P > 0.1).
결론: Z군과 ZH군은 Control군에 비해 초기 균막 형성과 관련된 S. mutans의 부착과 임플란트주위염을 유발하는 P. gingivalis의 부착이 감소하였다. MC3T3-E1 세포의 부착, 증식 및 분화는 증가하였다. 즉, 원자층 증착 방식으로 지르코니아를 표면 처리한 타이타늄 임플란트는 세균 부착 억제 효과를 통해 임플란트주위염을 감소시키고, 조골세포의 활성 증가로 하여금 골 유착 능력을 증가시킬 수 있는 가능성을 시사한다.
Purpose: Even though periimplantitis has been the biggest challenge in implant dentistry, there have not been any antibacterial implant surface. With a self-limiting film growth mechanism, atomic layer deposition (ALD) method can finely control the thickness of the film in the atomic scale and prese...
Purpose: Even though periimplantitis has been the biggest challenge in implant dentistry, there have not been any antibacterial implant surface. With a self-limiting film growth mechanism, atomic layer deposition (ALD) method can finely control the thickness of the film in the atomic scale and present a uniform deposition and excellent step coverage even in the structure with a high aspect ratio. Therefore, a uniform layer can be formed on the surface of the base and there is an advantage that deposition is even possible under a low temperature below 500℃. Although zirconia is expected to inhibit bacterial adhesion and improve osseointegration, there have not been any studies known to show the effects on the dental implant surface coated with zirconia in the nanoscale by the ALD that is novel method. We evaluated antibacterial activity and osteoblast viability of the novel ZrO2 coated titanium implant using ALD to prevent periimplantitis. Furthermore, we observed the differences in the results by the presence of zirconia crystals in the nanoscale deposited by the ALD.
Materials and methods: The samples used for this study: Commercially pure titanium (control group), ZrO2 coated titanium (Z group) and ZrO2 coated titanium with heat treatment (ZH group). The surface composition, the adhesion of bacteria, the adhesion and proliferation of MC3T3-E1 cell were evaluated. The morphology of each specimens was evaluated by SEM, AFM and Nanosurface 3D Optical Profiler. Each groups were characterized by XPS, XRD and video contact angle measuring device. The adhesion of Streptococcus mutans (S. mutans) and Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) was evaluated by crystal violet assay, LASER confocal scanning microscope. The adhesion, proliferation, differentiation of MC3T3-E1 cell were evaluated by WST-8 Assay and SEM. The differentiation of MC3T3-E1 cell were evaluated by ARS Assay. SPSS Ver 25.0(SPSS Inc, Chicago, IL, USA) program was used to carry out the statistical methods. Test of the adhesion of P. gingivalis and the adhesion, proliferation, differentiation of MC3T3-E1 cell was done using Tuckey’s test after One-way Anova and Test of the adhesion of the S. mutans was conducted using Mann-whitney U test after Kruskal-Wallis test, which is a non-parametric statistical method. Data were valued with in a confidence interval of 95%. A p-value of less than 0.05 was considered statistically significantly different (p < 0.05). A p-value of less than 0.1 was considered marginally statistically significantly different (p < 0.1).
Results: The adhesion of S. mutans in Z and ZH groups was significantly reduced (P < 0.05) compared to control group, while no significant differences were seen between the Z and ZH groups. The adhesion of P. gingivalis was significantly reduced in Z and ZH groups compared to control group (P < 0.001), while no significant differences were seen between the Z and ZH groups. The attachment of MC3T3-E1 cell was significantly increased in ZH groups compared to control group (P 0.05). Proliferation of MC3T3-E1 cell was significantly increased in ZH group compared to control group (P 0.05). differentiation of MC3T3-E1 cell was marginally statistically increased in ZH group compared to control group (P 0.1).
Conclusion: Compared to the control group, the Z and ZH groups showed the reduced adhesion of S.mutans, which is involved in the initial formation of the biofilm, and P. gingivalis, which causes the periimplantitis. In addition, the increase in attachment and proliferation of MC3T3-E1 cells was observed in the Z and ZH groups. Therefore, the novel ZrO2 coated titanium implant using ALD could not only prevent periimplantitis by the suppressing effects of the bacterial adhesion but also promote the osseointegration by increasing the activity of osteoblasts.
Purpose: Even though periimplantitis has been the biggest challenge in implant dentistry, there have not been any antibacterial implant surface. With a self-limiting film growth mechanism, atomic layer deposition (ALD) method can finely control the thickness of the film in the atomic scale and present a uniform deposition and excellent step coverage even in the structure with a high aspect ratio. Therefore, a uniform layer can be formed on the surface of the base and there is an advantage that deposition is even possible under a low temperature below 500℃. Although zirconia is expected to inhibit bacterial adhesion and improve osseointegration, there have not been any studies known to show the effects on the dental implant surface coated with zirconia in the nanoscale by the ALD that is novel method. We evaluated antibacterial activity and osteoblast viability of the novel ZrO2 coated titanium implant using ALD to prevent periimplantitis. Furthermore, we observed the differences in the results by the presence of zirconia crystals in the nanoscale deposited by the ALD.
Materials and methods: The samples used for this study: Commercially pure titanium (control group), ZrO2 coated titanium (Z group) and ZrO2 coated titanium with heat treatment (ZH group). The surface composition, the adhesion of bacteria, the adhesion and proliferation of MC3T3-E1 cell were evaluated. The morphology of each specimens was evaluated by SEM, AFM and Nanosurface 3D Optical Profiler. Each groups were characterized by XPS, XRD and video contact angle measuring device. The adhesion of Streptococcus mutans (S. mutans) and Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) was evaluated by crystal violet assay, LASER confocal scanning microscope. The adhesion, proliferation, differentiation of MC3T3-E1 cell were evaluated by WST-8 Assay and SEM. The differentiation of MC3T3-E1 cell were evaluated by ARS Assay. SPSS Ver 25.0(SPSS Inc, Chicago, IL, USA) program was used to carry out the statistical methods. Test of the adhesion of P. gingivalis and the adhesion, proliferation, differentiation of MC3T3-E1 cell was done using Tuckey’s test after One-way Anova and Test of the adhesion of the S. mutans was conducted using Mann-whitney U test after Kruskal-Wallis test, which is a non-parametric statistical method. Data were valued with in a confidence interval of 95%. A p-value of less than 0.05 was considered statistically significantly different (p < 0.05). A p-value of less than 0.1 was considered marginally statistically significantly different (p < 0.1).
Results: The adhesion of S. mutans in Z and ZH groups was significantly reduced (P < 0.05) compared to control group, while no significant differences were seen between the Z and ZH groups. The adhesion of P. gingivalis was significantly reduced in Z and ZH groups compared to control group (P < 0.001), while no significant differences were seen between the Z and ZH groups. The attachment of MC3T3-E1 cell was significantly increased in ZH groups compared to control group (P 0.05). Proliferation of MC3T3-E1 cell was significantly increased in ZH group compared to control group (P 0.05). differentiation of MC3T3-E1 cell was marginally statistically increased in ZH group compared to control group (P 0.1).
Conclusion: Compared to the control group, the Z and ZH groups showed the reduced adhesion of S.mutans, which is involved in the initial formation of the biofilm, and P. gingivalis, which causes the periimplantitis. In addition, the increase in attachment and proliferation of MC3T3-E1 cells was observed in the Z and ZH groups. Therefore, the novel ZrO2 coated titanium implant using ALD could not only prevent periimplantitis by the suppressing effects of the bacterial adhesion but also promote the osseointegration by increasing the activity of osteoblasts.
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