Design and development of a dental implant with electrical stimulation functions

Abstract

The loss of permanent teeth is a problem that affects a significant part of the world's population and which reveals itself as a real trauma in any person’s life. This loss can result from several causes such as periodontitis, dental caries, trauma, development defects, genetic disorders, among others. To restore the oral health of a person who suffers from this type of problem, dental medicine has already some solutions available, among which dental implants stand out. Nowadays, dental implants have proved to be the best solution. This is due to their ability to imitate the natural tooth, both in functional and aesthetic terms. Moreover, they do not require the support of adjacent teeth. However, the use of this type of medical devices has some associated problems. An example is the biofilm formation, which can lead to peri-implantitis, an infectious disease affecting the soft and hard tissues around the implant. One way to combat the adhesion of bacteria to the implant and subsequent development of biofilm, is to use electric current as a form of prevention and treatment. The present work seeks, with the use of electric current stimulation, to prevent the formation or subsequent biofilm development in dental implants. To validate this concept, representative zirconia samples of the implant were produced. These samples were subsequently made conductive by silver impregnation into previously laser-machined channels and holes. The samples tested in the laboratory with bacteria of the species Staphylococcus aureus, were divided into 5 conditions. Two of the conditions, zirconia samples and zirconia samples with channels and holes filled with silver, were not subjected to any kind of electric current. The remaining 3 conditions, whose samples were zirconia with channels and holes filled with silver, were subjected to the application of a direct current of 3.04E-12A or an alternating current of 6.5E-3A. To check the bacteria viability, the colony forming units were counted. It was found that direct current did not cause a decrease in the colony forming units, unlike the alternating current that achieved a complete disinfection of the samples. After the finalization of this dissertation, it was possible to conclude that, the use of electric current to prevent/treat biofilms on dental implants is a promising and alternative strategy.

A perda de dentes definitivos é um problema que afeta uma parte significativa da população mundial e que se revela um verdadeiro trauma na vida de qualquer pessoa. Esta perda pode resultar de várias causas como a periodontite, cárie dentária, trauma, defeito no desenvolvimento, distúrbios genéticos, entre outros. De modo a restaurar a saúde oral da pessoa que padece deste tipo de problema, a medicina dentária tem já algumas soluções disponíveis, de entre as quais se destacam os implantes dentários. Nos últimos tempos, os implantes dentários têm se revelado a melhor solução. Isto deve-se à sua capacidade em imitar o dente natural, quer em termos funcionais quer em termos estéticos. Além disso não necessita do suporte de dentes adjacentes. Contudo, a utilização deste tipo de dispositivos médicos tem alguns problemas associados. É exemplo a formação de biofilme que pode, posteriormente, evoluir para peri-implantitis uma doença infeciosa que afeta os tecidos moles e duros à volta do implante. Um modo de combater a adesão de bactérias ao implante e posterior desenvolvimento de biofilme, é utilizar corrente elétrica como forma de prevenção e tratamento. O presente trabalho procura, com o recurso a estímulos de corrente elétrica, evitar a formação ou posterior desenvolvimento de biofilme em implantes dentários. Para proceder à validação deste conceito foram produzidas amostras em zircónia representativas do implante. Estas amostras foram posteriormente tornadas condutoras com a impregnação de prata em canais e furos previamente maquinados a laser. As amostras testadas em laboratório com bactérias da espécie Staphylococcus aureus, foram divididas em 5 condições. Duas das condições, amostras apenas de zircónia e amostras de zircónia com canais e furos preenchidos com prata não foram sujeitas a qualquer tipo de corrente elétrica. As restantes 3 condições, cujas amostras eram de zircónia com canais e furos preenchidos com prata, foram sujeitas à aplicação de uma corrente continua de 3,04E-12A ou de uma corrente alternada 6,5E-3A. Para verificar a viabilidade das bactérias foi efetuada a contagem de unidades formadores de colónias. Verificou-se que a corrente contínua não provocou uma diminuição das unidades formadoras de colónia, ao contrário da corrente alternada que atingiu uma desinfeção completa das amostras. Após a realização da presente dissertação, foi possível concluir que a utilização de corrente elétrica para tratar biofilmes em implantes dentários é uma estratégia alternativa e promissora.