Випуски $\rightarrow$ Том 27, випуск 3 (2026)

Аналіза поверхні зламу титанових зубних імплантатів після втомного руйнування

ВАСИЛЬЄВ М.О.$^{1}$, МОРДЮК Б.М.$^{1}$, ВОЛОШКО С.М.$^{2}$, ГУРИН П.О.$^{3}$

$^1$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36; 03142 Київ, Україна
$^2$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського, Берестейський просп., 37; 03056 Київ, Україна
$^3$Національний університет охорони здоров’я України імені П.Л. Шупика, вул. Дорогожицька, 9; 04112 Київ, Україна

Отримано / остаточна версія: 27.02.2026 / 03.08.2026 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Упродовж останніх десятиліть остеоінтеґровані титанові зубні імплантати здійснили революцію в галузі стоматології завдяки своїй здатності відновлювати функцію ротової порожнини. Тому вони широко використовуються та мають високий рівень виживання. Такі протези демонструють високі показники довгострокового успіху. Однак механічні ускладнення, подібні до втомного руйнування, залишаються клінічно значущою причиною пізнього відторгнення імплантатів. Це — одне з важливих біомеханічних ускладнень, яке може становити значну проблему як для пацієнта, так і для стоматолога. Головною метою цієї роботи є з’ясування мікроструктурного механізму втомного руйнування титанових зубних імплантатів. Розглядаються поверхні двох типів зразків імплантатів, що руйнуються, виготовлених з технічно (комерційно) чистого титану (с.р. Ti) та стопу Ti–6Al–4V. Зразки першого типу було випробувано в лабораторних умовах під дією циклічного навантаження відповідно до європейського стандарту, що використовується для механічних випробувань (UNI EN ISO 14801); інші зразки імплантатів було вилучено у пацієнтів після руйнування. Використання сканувальної електронної мікроскопії (СЕМ) для дослідження поверхні зламу надало інформацію про походження руйнування, історію навантаження, вплив навколишнього середовища й якість матеріялу поверхні тіла імплантату та коронки. Завдяки СЕМ підтверджено, що втома є основним механізмом руйнування імплантату, який складається з тристадійного шляху, добре відомого стосовно металів, а саме: стабільне поширення тріщини з наступним її пришвидшеним поширенням і фінальним швидким руйнуванням шляхом формування, коалесценції та збільшення пор. Незважаючи на дотримання вимог щодо мікроструктури імплантату, концентрація напружень на його конструктивних особливостях і корозійних пошкодженнях, які можуть виникнути через аґресивне середовище ротової порожнини, підвищує ризик його втомного руйнування.

Ключові слова: зубні імплантати, титан, стоп Ti–6Al–4V, втомне руйнування, циклічне навантаження, руйнування імплантату.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.27.03.***

Citation: M.O. Vasylyev, B.M. Mordyuk, S.M. Voloshko, and P.O. Huryn, Fracture Surface Analysis of the Fatigue-Failed Titanium Dental Implants, Progress in Physics of Metals, 27, No. 3: ***–*** (2026)

Цитована література   
  1. R.M. Sullivan, J. Calif. Dent. Assoc., 745, No. 11: 737 (2001); https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11806052
  2. J.H. Lee, V. Frias, K.W. Lee, and R.F. Wright, J. Prosthet. Dent., 94: 377 (2005); https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2005.04.018
  3. L. Gaviria, J.P. Salcido, T. Guda, and J.L. Ong, J. Korean Assoc. Oral Maxillofac Surg., 40: 50 (2014); https://doi.org/10.5125/jkaoms.2014.40.2.50
  4. A. Delantoni, D. Nur Sengun, and K. Orhan, Genel Tıp Derg. 35, No. 3: 512 (2025); https://doi.org/10.54005/geneltip.1643015
  5. C.A. Babbush, J.A. Hahn, J.T. Krauser, and J.L. Rosenlicht, Dental Implants: The Art and Science (Elsevier Health Sciences: 2010).
  6. L.O. Massa and J.A. von Fraunhofer, The ADA Practical Guide to Dental Implants (The American Dental Association: 2021).
  7. M. Armentia, M. Abasolo, I. Coria, and J. Albizuri, Metals, 10: 744 (2020); https://doi.org/10.3390/met10060744
  8. B. Ziaie and S.M. Reza Khalili, Prosthesis, 3: 300 (2021); https://doi.org/10.3390/prosthesis3040028
  9. S. Fuda, B.G.D.S. Martins, F.C.D. Castro, A. Heboyan, S.A. Gehrke, J.C.H. Fernandes, A.C.V. Mello-Moura, and G.V.O. Fernandes, Diagnostics, 13: 1587 (2023); https://doi.org/10.3390/diagnostics13091587
  10. G.E. Romanos, Implant Dent., 28, No. 6: 522 (2019); https://doi.org/10.1097/ID.0000000000000940
  11. A. Verma, S.V. Singh, D. Arya, S. Shivakumar, and P. Chand, J. Oral Biology Craniofacial Res., 13: 306 (2023); https://doi.org/10.1016/j.jobcr.2023.02.009
  12. A.S. el Askary, R.M. Meffert, and T. Griffin, Implant Dent., 8, No. 2: 173 (1999); https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10635160
  13. P. Atalay, J. Dental. Sci., 7, No. 4: 000349 (2022); https://doi.org/10.23880/oajds-16000349
  14. T.A. Do, H.S. Le, Y.W. Shen, H.L. Huang, and L.J. Fuh, Int. J. Environ. Res. Public Health, 17: 3931 (2020); https://doi.org/10.3390/ijerph17113931
  15. G.R.S. Lopes, J.D.M. Matos, D.A. Queiroz, J.P.M. Tribst, N.C. Ramos, M.G. Rocha, and A.B. Barbos, Materials, 15: 6235 (2022); https://doi.org/10.3390/ma15186235
  16. H.M. Huang, C.M. Tsai, C.C. Chang, C.T. Lin, and S.Y. Lee, Int. J. Oral Maxillofacial Implants, 20, No. 6: 854 (2005); https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16392341
  17. Archana Singh, Ankita Singh, R. Vivek, T.P. Chaturvedi, P. Chauhan, and S. Gupta, Case Reports in Dentistry, 2013: 270385 (2013); https://doi.org/10.1155/2013/270385
  18. G.A. Zarb and A. Schmitt, J. Prosthet. Dent., 64: 185 (1990); https://doi.org/10.1016/0022-3913(90)90177-E
  19. M.R. Norton, Clin. Oral Implants Res., 8: 290 (1997); https://doi.org/10.1034/j.1600-0501.1997.080407.x
  20. A. Sánchez-Pérez, M. José Moya-Villaescusa, A. Jornet-García, and S. Gomez, Med. Oral Patol. Oral Cir. Bucal., 15, No. 3: e504 (2010); https://doi.org/10.4317/medoral.15.e504
  21. T.J. Balshi, Int. J. Oral Maxillofacial Implants, 11: 660 (1996); https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8908866
  22. N.T. Green, E.E. Machtei, J. Horwitz, and M. Peled, Implant Dent., 11: 137 (2002). https://doi.org/10.1097/00008505-200204000-00014
  23. P. Virdee and K. Bishop, Br. Dent. J., 203: 461 (2007); https://doi.org/10.1038/bdj.2007.948
  24. S. Sanivarapu, S. Moogla, R. Kuntcham, and L. Kolaparthy, J. Indian Soc. Periodontol., 20: 6 (2016); https://doi.org/10.4103/0972-124X.154190
  25. A. Shibli, E. Marcantonio, S. d’Avila, A.C. Guastaldi, and E. Marcantonio, J. Periodontol., 76, No. 7: 1092 (2005); https://doi.org/10.1902/jop.2005.76.7.1092
  26. F.J. Gil, E. Espinar, J.M. Llamas, and P. Sevilla, Clinical Implant Dentistry and Related Research, 16, No. 2: 273 (2014); https://doi.org/10.1111/j.1708-8208.2012.00468.x
  27. C. Fleck and D. Eifler, Int. J. Fatigue, 32: 929 (2010); https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2009.09.009
  28. P.I. Bånemark, B.O. Hansson, R. Adell, U. Breine, J. Lindström, O. Hallén, and A. Ohman, Scand. J. Plast. Reconstruct. Surg. Suppl., 16: 1 (1977); https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/356184
  29. P.I. Brånemark, R. Adell, T. Albrektsson, U. Lekholm, S. Lundkvist, and B. Rockier, Biomater., 4: 25 (1983); https://doi.org/10.1016/0142-9612(83)90065-0
  30. J.R. Davis, Handbook of Materials for Medical Devices (ASM International: 2003).
  31. E.A.B. Effah, P.D. Bianco, and P. Ducheyne, J. Biomed. Mater. Res., 73: 80 (1995); https://doi.org/10.1002/jbm.820290111
  32. J.E. Ellingsen, Biomater., 12: 593 (1991); https://doi.org/10.1016/0142-9612(91)90057-H
  33. T. Hanawa, K. Asami, and K. Asaoka, J. Biomed. Mater. Res., 40: 530 (1998); https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4636(19980615)40:4%3C530::AID-JBM3%3E3.0.CO;2-G
  34. M. Geetha, A.K. Singh, R. Asokamani, and A.K. Gogia, Prog. Mater. Sci., 54, No. 3: 397 (2009); https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2008.06.004
  35. I.S. Park, S.Y. Won, T.S. Bae, K.Y. Song, C.W. Park, T.G. Eom, and C.M. Jeong, Met. Mater. Int., 14, No. 2: 133 (2008); https://doi.org/10.3365/met.mat.2008.04.133
  36. C.K. Lee, Evaluation of Test Protocol Variables for Dental Implant Fatigue Research (SoDM Masters Theses, 149) (2007); https://opencommons.uconn.edu/sodm_masters/149
  37. E. Marchetti, S. Ratta, S. Mummolo, S. Tecco, R. Pecci, R. Bedini, and G. Marzo, Implant Dent., 25, No. 5: 613 (2016); https://doi.org/10.1097/ID.0000000000000453
  38. M.A.L. Hernandez-Rodriguez, G.R. Contreras-Hernandez, A. Juarez-Hernandez, B. Beltran-Ramirez, and E. Garcia-Sanchez, Eng. Failure Anal., 57: 236242 (2015); https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2015.07.035
  39. E. Marchetti, S. Ratta, S. Mummolo, S. Tecco, R. Pecci, R. Bedini, and G. Marzo, Implant Dent., 25, No. 5: 613 (2016); https://doi.org/10.1097/ID.0000000000000453
  40. ISO 14801:2016. Dentistry-Implants-Dynamic Loading Test for Endosseous Dental Implants (Geneva: Int. Org. for Standardization: 2016); https://www.iso.org/standard/61997.html
  41. G.H. Do, S.J. Lee, J.M. Kim, and S.M. Kim, J. Appl. Reliability, 17, No. 1: 50 (2017); https://koreascience.kr/article/JAKO201722647667302.pub
  42. C.K. Lee, M. Karl, and J.R. Kelly, Dent. Mater., 25: 1419 (2002); https://doi.org/10.1016/j.dental.2009.07.003
  43. L. Lawson, E.Y. Chen, and M. Meshii, Int. J. Fatigue, 21: S15–S34 (1999); https://doi.org/10.1016/S0142-1123(99)00053-5
  44. H. Mughrabi, H.W. Höppel, and M. Kautz, Scripta Mater., 51: 807 (2004); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2004.05.012
  45. N. Maruyama, Mechanical testing of metallic biomaterials, Metals for Biomedical Devices (Ed. M. Niinomi) (Woodhead Publishing–CRC Press: 2010), Ch. 6, p. 157–177; https://doi.org/10.1533/9781845699246.2.157
  46. S.M. Voloshko, B.M. Mordyuk, M.O. Vasylyev, and A.P. Burmak, Microstructure and fatigue behaviour of AlSi10Mg alloy samples fabricated by selective laser melting, Prog. Phys. Met., 27, No. 1: 130 (2026); https://doi.org/10.15407/ufm.27.01.130
  47. B.N. Mordyuk and G.I. Prokopenko, Mater. Sci. Eng. A, 437: 396 (2006); https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.07.119
  48. B.N. Mordyuk, A.I. Dekhtyar, D.G. Savvakin, and N.I. Khripta, J. Mater. Eng. Perform., 31: 5668 (2022); https://doi.org/10.1007/s11665-022-06633-7
  49. F.A. Shah, M. Trobos, P. Thomsen, and A. Palmquist, Mater. Sci. Eng. C, 62: 960 (2016); https://doi.org/10.1016/j.msec.2016. 01.032
  50. A.I. Dekhtyar, B.N. Mordyuk, D.G. Savvakin, V.I. Bondarchuk, I.V. Moiseeva, and N.I. Khripta, Mater. Sci. Eng. A, 641: 348 (2015); https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.06.072
  51. B.N. Mordyuk, G.I. Prokopenko, Yu.V. Milman, M.O. Iefimov, and A.V. Sameljuk, Mater. Sci. Eng. A, 563: 138 (2013); http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2012.11.061
  52. H.G. Fan, X.Q. Gan, and Z.O. Zhu, Int. J. Clin. Exp. Med., 10, No. 4: 6369 (2017); www.ijcem.com /ISSN:1940-5901/IJCEM0045638
  53. S.A. Hoyer, C.M. Stanford, S. Buranadham, T. Fridrich, J. Wagner, and D. Gratton, J. Prosthet. Dent., 85: 59 (2001); https://doi.org/10.1067/mpr.2001.115250
  54. K. Shemtov-Yona and D. Rittel, Dent. J., 4, No. 2: 16 (2016); https://doi.org/10.3390/dj4020016
  55. K. Shemtov‐Yona, D. Rittel, E.E. Machtei, and L. Levin, Clinical Implant Dent. Related Res., 16, No. 2: 178 (2012); https://doi.org/10.1111/j.1708-8208.2012.00476.x
  56. K. Shemtov-Yona and D. Rittel, Eng. Failure Anal., 38: 58 (2014); https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2014.01.002
  57. M.G. Manda, P.P. Psyllaki, D.N. Tsipas, and P.T. Koidis, J. Biomed. Mater. Res. Part B: Appl. Biomater., 89B, No. 1: 264 (2009); https://doi.org/10.1002/jbm.b.31211
  58. T. Berglundh, L. Persson, and B. Klinge, J. Clinical Periodontology, 29, No. 3: 197 (2002); https://doi.org/10.1034/j.1600-051X.29.s3.12.x
  59. E. Velasco, A. Flichy-Fernández, M. Punset, A. Jiménez-Guerra, J.M. Manero, and F.J. Gil, Mater., 12, No. 12: 3728 (2019); https://doi.org/10.3390/ma12223728
  60. J.P.M. Tribst, A. Werner, and E.J. Blom, Diagnostics, 13: 2123 (2023); https://doi.org/10.3390/diagnostics13122123
  61. Chat GPT Artificial Intelligence, Fatigue Failure of Titanium Dental Implants: Mechanisms, Contributing Factors, and Clinical Implications (communication on 2026.01.05).

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,