Comparative Study on Mechanical Performance of SLA-Based Titanium Dental Implants with Additional Surface Treatments

Abstract

This study aimed to evaluate whether secondary surface treatments applied to sandblasted, large-grit, acid-etched (SLA) surfaced commercially pure titanium (CP-Ti) implants induce differences in mechanical performance. A total of 33 implant-abutment assemblies with identical dimensions (3.75 mm diameter, 10 mm length) and internal hex connection type were divided into three groups: Group A (control; TSIII SA Implant, OSSTEM IMPLANT; SLA surface), Group B (TSIII BA Implant, OSSTEM IMPLANT; SLA surface coating with hydroxyapatite (HA), glucose and NaCl at saline concentrations), and Group C (TSIII SOI Implant, OSSTEM IMPLANT; SLA surface coating with hydroxy-ethyl piperazine ethane sulfonic acid (HEPES)). Static compression and dynamic loading tests were performed according to ISO 14801:2016 standard. The static compressive strength was measured as 488.7 ± 17.23 N for Group A, 456.4 ± 8.82 N for Group B, and 488.8 ± 31.27 N for Group C. Statistical analysis demonstrated no significant differences (p > 0.05) in static compressive strength among the test groups, suggesting that additional surface treatments beyond the SLA process did not substantially enhance the static mechanical performance. Under cyclic loading simulating clinical masticatory conditions, all groups endured 5 million cycles at their respective thresholds: Group A at 210 N (43% of specified maximum load), Group B at 233 N (51%), and Group C at 210 N (43%). These results establish the fatigue limits that meet the requirements of major regulatory bodies (e.g., MFDS, FDA): 210 N for Group A and C, 233 N for Group B. From the results of dynamic loading tests, the weakest point in all implant-assemblies was consistently located 3 mm apical to the nominal bone level, corresponding to the fixation area mimicking 3 mm of marginal bone loss. The results indicated that various surface treatments addition to SLA titanium implants did not significantly impact the static and dynamic mechanical properties. All tested implants demonstrated performance that exceeded regulatory standards, suggesting that different surface treatments intended to enhance biological osseointegration can be applied without compromising mechanical stability.

본 연구는 sandblasted, large-grit, acid-etched(SLA) 처리된 상용 순수 티타늄 임플란트에 추가적인 표면 처리가 기계적 성능에 통계적으로 유의미한 차이를 유발하는지 평가하고자 하였다. 동일한 치수(직경 3.75 mm, 길이 10 mm)와 내부 육각구조 연결 유형을 가진 33개의 임플란트-지대주 구성품을 세 그룹으로 나누어 다음과 같이 시험하였다: 그룹 A(대조군; TSIII SA Implant, 오스템임플란트; SLA처리 표면), 그룹 B(TSIII BA Implant, 오스템임플란트; SLA처리 표면에 하이드록시아파타이트 (hydroxyapatite, HA) 및 포도당 식염액 코팅), 그룹 C(TSIII SOI Implant, 오스템임플란트; SLA 처리 표면에 하이드록시에틸 피페라진에탄설폰산(hydroxy-ethyl piperazine ethane sulfonic acid, HEPES) 용액 코팅). ISO 14801:2016 표준에 따라 정적 압축 시험과 동적 하중 시험을 수행하였다. 본 연구에서 정적 압축 강도는, 그룹 A 488.7 ± 17.23 N, 그룹 B 456.4 ± 8.82 N, 그룹 C 488.8 ± 31.27 N로 각각 측정되었다. 세 그룹 간 정적 압축 강도에는 통계적으로 유의미한 차이는 관찰되지 않았으며(p > 0.05), 이는 SLA 표면 처리 외 추가적인 표면 개질이 정적 기계적 성능을 크게 향상시키지 못했음을 시사한다. 임상적 저작 조건을 모사한 동적 압축 시험에서는 그룹 A는 210 N(정적 하중의 43%), 그룹 B는 233 N(정적 하중의 51%), 그룹 C는 210 N(정적 하중의 43%)에서 5×10^6 횟수를 견뎌냈다. 이러한 결과는 주요 규제 기관의 요구 사항을 충족하는 피로 한계를 확립한다. 동적 하중 시험 결과, 모든 임플란트 조립체에서 가장 약한 지점은 일관되게 공칭 골 높이에서 근첨 방향 3 mm에 위치했으며, 이는 변연골 손실 3 mm를 모방하는 고정 영역에 해당한다. 본 연구 결과에 따르면, SLA 표면처리에 덧붙여진 다양한 표면 처리는 티타늄 임플란트의 정적 및 동적 기계적 특성에 유의미한 영향을 미치지 않았다. 모든 시험된 임플란트는 규제 기준을 상회하는 성능을 보였으며, 이는 생물학적 골유착을 향상시키기 위한 다양한 표면 처리가 임플란트의 기계적 안정성을 손상시키지 않고 적용될 수 있음을 시사한다.