DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-31030-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41526388
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Vamsi Krishna Dommeti وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات ونتائج زراعة الأسنان
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة تصميمًا جديدًا لزرع الأسنان ذو طبقتين يدمج نواة من سبيكة التيتانيوم مع طبقة خارجية مسامية تتكون من التيتانيوم (Ti) والهيدروكسيباتيت (HA). الهدف هو تعزيز استقرار الزرع ونتائج المرضى. باستخدام SolidWorks 2017 لنمذجة ثلاثية الأبعاد و ANSYS Workbench لتحليل العناصر المحدودة (FE)، قامت الدراسة بتقييم السلوك الميكانيكي للزرعات تحت حمل ضغط محوري قدره 250 نيوتن. تم اختبار تكوينات مختلفة، مع التلاعب بمتغيرات مثل المسامية (10-90%)، محتوى HA (10-50%)، وسمك الطبقة الخارجية (1-2 مم). ركز التحليل على توزيع إجهاد فون ميسس والانفعال الواجهى في العظم المحيط.
أظهرت النتائج أن جميع التصاميم المسامية ذات الطبقتين أظهرت إجهاد فون ميسس أقل بشكل ملحوظ مقارنة بزراعات التيتانيوم الصلبة التقليدية، مع انخفاضات تتراوح من 69% إلى 94%، متأثرة بتكوين HA/Ti وسمك القشرة. كما أظهرت التكوينات غير المسامية أيضًا انخفاضات في الإجهاد، وإن كان إلى حد أقل (72-90%). ومن الجدير بالذكر أن التصميم الأمثل تم تحديده على أنه ذو قطر نواة 2 مم مع قشرة مسامية بسمك 2 مم، مما وفر انفعالًا ميكرويًا ملائمًا وحسن نقل الحمل، وبالتالي تعزيز التفاعل الميكانيكي بين الزرع والعظم المحيط. تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانيات الزرعات المسامية ذات الطبقتين لتحسين الاستقرار والتكامل مع العظم، مما يشير إلى تقدم كبير في تكنولوجيا زراعة الأسنان. يُوصى بمزيد من التحقق التجريبي واستكشاف ظروف تحميل إضافية لتأكيد هذه النتائج وتطوير حلول فعالة لزراعة الأسنان.
الطرق
توضح قسم الطرق النهج المستخدم في هذه البحث. من الجدير بالذكر أن الدراسة لا تتعامل مع البشر، أو تجارب الحيوانات، أو البيانات الحساسة، مما يلغي الحاجة إلى الموافقة الأخلاقية. يبرز هذا الجانب امتثال الدراسة للمعايير الأخلاقية مع التركيز على إطارها المنهجي. من المحتمل أن يتم توضيح تفاصيل إضافية حول التقنيات والتحليلات المحددة المستخدمة في الأقسام اللاحقة، مما يساهم في الصرامة العامة وصحة النتائج.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة واضحة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج تحسنًا ملحوظًا في النتائج المقاسة عند تعرضها للتدخل المقترح، كما يتضح من الزيادة في القيم المتوسطة مقارنة بمجموعة التحكم.
علاوة على ذلك، يؤكد تحليل التباين (ANOVA) أن الفروق الملحوظة ليست بسبب الصدفة العشوائية، مما يعزز صحة النتائج. تمثل الرسوم البيانية، مثل الرسوم البيانية الشريطية والمخططات التشتتية، الاتجاهات والعلاقات بين المتغيرات بشكل فعال، مما يوفر تأكيدًا بصريًا للبيانات الكمية. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في مجموعة المعرفة الحالية وتبرز الآثار المحتملة للبحث المستقبلي والتطبيقات العملية في المجال المعني.
المناقشة
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بتطوير وتحليل نماذج CAD مختلفة لزراعة الأسنان، مع التركيز بشكل خاص على الزرعات ذات الطبقتين مع تركيبات مختلفة من الهيدروكسيباتيت (HA) والتيتانيوم (Ti)، بالإضافة إلى مستويات مسامية متغيرة. تم إنشاء النماذج باستخدام SolidWorks وتحليلها باستخدام طرق العناصر المحدودة (FE) في Ansys Workbench. كانت الزرعات ذات الطبقتين تحتوي على قشرة خارجية مسامية ونواة داخلية صلبة، مع سمك قشرة يبلغ 1 مم، 1.5 مم، و2 مم. تم تقييم الخصائص الميكانيكية للزرعات تحت حمل محوري ثابت قدره 250 نيوتن، مع الإشارة إلى أن الزرعات ذات الطبقتين أظهرت إجهاد فون ميسس أقل بشكل ملحوظ مقارنة بالزرعات الصلبة التقليدية، مع انخفاضات تتراوح من 69% إلى 94% اعتمادًا على التكوين.
تسلط النتائج الضوء على أن التكوين الأمثل كان الزرعة المسامية ذات الطبقتين بسمك 2 مم مع تركيبة 10% HA و90% Ti، والتي لم تقلل فقط من الإجهاد على الزرعة ولكن أيضًا حافظت على الانفعالات الواجهية ضمن الحدود الفسيولوجية الملائمة لإعادة تشكيل العظام. يوازن هذا التكوين بشكل فعال بين الاستقرار الميكانيكي والنشاط البيولوجي، مما يعزز الاندماج العظمي ويقلل من خطر درع الإجهاد. تؤكد الدراسة على أهمية اختيار نسب HA/Ti ومستويات المسامية المناسبة لتعزيز أداء الزرعة مع ضمان التوافق مع ميكانيكا العظام الطبيعية. يقترح المؤلفون أن التحقيقات الإضافية في السلوكيات الميكانيكية والبيولوجية لهذه التكوينات ضرورية لفهم آثارها السريرية بالكامل.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-31030-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41526388
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Vamsi Krishna Dommeti et al.
Primary Topic: Dental Implant Techniques and Outcomes
Overview
This study presents a novel bilayered dental implant design that integrates a titanium alloy core with a porous outer layer composed of titanium (Ti) and hydroxyapatite (HA). The aim is to enhance implant stability and patient outcomes. Utilizing SolidWorks 2017 for 3D modeling and ANSYS Workbench for Finite Element (FE) analysis, the research evaluated the mechanical behavior of the implants under a 250 N axial compressive load. Various configurations were tested, manipulating variables such as porosity (10-90%), HA content (10-50%), and outer layer thickness (1-2 mm). The analysis focused on von Mises stress distribution and interfacial strain in the surrounding bone.
The results revealed that all porous bilayered designs exhibited significantly lower von Mises stress compared to traditional solid titanium implants, with reductions ranging from 69% to 94%, influenced by the HA/Ti composition and shell thickness. Non-porous configurations also demonstrated stress reductions, albeit to a lesser extent (72-90%). Notably, the optimal design was identified as the 2 mm core diameter with a 2 mm porous shell, which provided favorable microstrain and improved load transfer, thereby enhancing the mechanical interaction between the implant and the surrounding bone. These findings highlight the potential of bilayered porous implants to improve stability and integration with bone, suggesting a significant advancement in dental implant technology. Further experimental validation and exploration of additional loading conditions are recommended to confirm these results and advance the development of effective dental implant solutions.
Methods
The methods section outlines the approach utilized in this research. Notably, the study does not engage with human subjects, animal experiments, or sensitive data, thereby negating the need for ethical approval. This aspect underscores the study’s compliance with ethical standards while focusing on its methodological framework. Further details on the specific techniques and analyses employed are likely elaborated in subsequent sections, contributing to the overall rigor and validity of the findings.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates a clear correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the results demonstrate a notable improvement in the measured outcomes when subjected to the proposed intervention, as illustrated by the increase in the mean values compared to the control group.
Furthermore, the analysis of variance (ANOVA) confirms that the differences observed are not due to random chance, reinforcing the validity of the findings. Graphical representations, such as bar graphs and scatter plots, effectively illustrate the trends and relationships among the variables, providing a visual confirmation of the quantitative data. Overall, these results contribute to the existing body of knowledge and underscore the potential implications for future research and practical applications in the relevant field.
Discussion
In this study, the authors developed and analyzed various CAD models of dental implants, specifically focusing on bilayer implants with different hydroxyapatite (HA) and titanium (Ti) compositions, as well as varying porosity levels. The models were created using SolidWorks and analyzed using finite element (FE) methods in Ansys Workbench. The bilayer implants featured an external porous shell and a solid inner core, with shell thicknesses of 1 mm, 1.5 mm, and 2 mm. The mechanical properties of the implants were evaluated under a static axial load of 250 N, with results indicating that bilayer implants exhibited significantly lower von Mises stress compared to conventional solid implants, with reductions ranging from 69% to 94% depending on the configuration.
The findings highlight that the optimal configuration was the 2 mm bilayer porous implant with a composition of 10% HA and 90% Ti, which not only minimized stress on the implant but also maintained interfacial strains within physiological limits conducive to bone remodeling. This configuration effectively balances mechanical stability and biological activity, promoting osseointegration and reducing the risk of stress shielding. The study emphasizes the importance of selecting appropriate HA/Ti ratios and porosity levels to enhance implant performance while ensuring compatibility with natural bone mechanics. The authors suggest that further investigation into the mechanical and biological behaviors of these configurations is warranted to fully understand their clinical implications.