LARISSA OLIVEIRA BERBEL

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Corrosion mechanism of Ti-6Al-4V morse taper dental implants connected to 316 L stainless steel prosthetic abutment
2022 - BERBEL, LARISSA O.; VIVEIROS, BARBARA V.G. de; MICELLI, ANA L.P.; NIGRO, FREDERICO; ROSSI, JESUALDO L.; COSTA, ISOLDA
The aim of this work was to investigate the effect of galvanic coupling between stainless steel AISI 316 L abutment type Morse taper and implant made of ASTM F1108–14 Ti-6Al-4V alloy. The assembly of the two alloys was carried out using mechanical imbrication by means of successive strikes at 0.05 J force onto the abutment inserted in the implant along the centerline. Corrosion attack at the interface of the alloys was evaluated according to the number of strikes used for joining the parts. Corrosion resistance was evaluated for the samples by open circuit potential measurements as function of time and scanning vibrating electrode technique (SVET) and scanning ion selective electrode technique (SIET) in phosphate buffer solution with pH adjusted to 3.0, and into which hydrogen peroxide was added to simulate tissue inflammatory conditions. Samples were evaluated at the cross and longitudinal sections. Results indicated that the number of strikes used in assembling affected corrosion susceptibility. The lowest amount of corrosion products was associated to the highest number of strikes used. The corrosion resistance was related to the characteristics of the crevice between the implant and the abutment.
Avaliação da resistência à corrosão da liga Ti-6Al-4V para implantes dentários em ambientes aerados e deaerados
2021 - BERBEL, LARISSA O.
O titânio e suas ligas são amplamente utilizados na odontologia, principalmente como implantes dentários, devido à sua biocompatibilidade e elevada resistência à corrosão. A resistência à corrosão do titânio ocorre pela formação de um filme fino de óxido passivo de TiO2 em contato com o oxigênio. Esta camada é aderente e estável na superfície, e capaz de atuar como barreira protetora entre o substrato e o meio corrosivo. No entanto, a literatura associa a peri-implantite a grandes aumentos de produtos de corrosão de titânio e suas ligas ao redor de implantes em presença da inflamação em comparação com implantes em pessoas saudáveis. Assim, é importante a identificação dos fatores presentes no microambiente peri-implantar que possam reduzir a resistência à corrosão do titânio. O objetivo deste estudo foi investigar e simular condições inflamatórias in vitro a fim de determinar quais fatores afetam a resistência à corrosão de implantes dentários fabricados com a liga Ti-6Al-4V em solução tampão de fosfato (PBS) utilizada para simular o efeito dos fluidos corpóreos. Foram investigados os efeitos do peróxido de hidrogênio, presente em infecções orais, da albumina, a deaeração do meio (para simulação das condições de pO2 reduzida durante a inflamação) e de íons fluoreto, em solução de PBS com pH ajustados para 3,0, 4,5 e 7,0. Também foi investigada a resistência à corrosão de implantes com conexão do tipo cone Morse de Ti-6Al-4V conectado a um pilar protético de aço inoxidável 316L por meio da avaliação da influência do efeito da conexão mecânica por batidas (3, 5 e 7) no mecanismo de corrosão. A avaliação da resistência à corrosão da liga de titânio foi realizada por técnicas eletroquímicas e caracterização da superfície (MEV). Os resultados mostraram que as condições mais favoráveis ao ataque corrosivo da liga Ti-6Al-4V são a presença no meio de um forte oxidante (H2O2), do pH ácido (pH 3,0), seja em presença ou ausência de fluoreto, presença de proteína e deaeração do meio fisiológico. As condições mais agressivas são típicas de situações presentes em infecções peri-implantares e de condições de fresta. O estudo da conexão pilar-implante mostrou que na junção entre um implante de Ti-6Al-4V e o pilar protético de aço inoxidável 316 L, a condição de fresta entre as interfaces foi o fator predominante no mecanismo de corrosão prevalecendo sobre o efeito de acoplamento galvânico.
Effect of implant cleaning on titanium particle dissolution and cytocompatibility
2021 - KOTSAKIS, GEORGIOS A.; BLACK, RACHEL; KUM, JASON; BERBEL, LARISSA; SADR, ALI; KAROUSSIS, IOANNIS; SIMOPOULOU, MARA; DAUBERT, DIANE
Background Peri-implantitis treatments are mainly based on protocols for teeth but have not shown favorable outcomes for implants. The potential role of titanium dissolution products in peri-implantitis necessitate the consideration of material properties in devising treatment protocols. We assessed implant cleaning interventions on (1) bacterial removal from Ti-bound biofilms, (2) Ti surface alterations and related Ti particle dissolution, and (3) cytocompatibility. Methods Acid-etched Ti discs were inoculated with human peri-implant plaque biofilms and mechanical antimicrobial interventions were applied on the Ti-bound biofilms for 30 seconds each: (1) rotary nylon brush; (2) Ti brush; (3) water-jet on high and (4) low, and compared to sterile, untreated and Chlorhexidine-treated controls. We assessed colony forming units (CFU) counts, biofilm removal, surface changes via scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM), and Ti dissolution via light microscopy and Inductively-coupled Mass Spectrometry (ICP-MS). Biological effects of Ti particles and surfaces changes were assessed using NIH/3T3 fibroblasts and MG-63 osteoblastic cell lines, respectively. Results Sequencing revealed that the human biofilm model supported a diverse biofilm including known peri-implant pathogens. WJ and Nylon brush were most effective in reducing CFU counts (P < 0.01 versus control), whereas Chlorhexidine was least effective; biofilm imaging results were confirmatory. Ti brushes led to visible streaks on the treated surfaces, reduced corrosion resistance and increased Ti dissolution over 30 days of material aging as compared to controls, which increase was amplified in the presence of bacteria (all P-val < 0.05). Ti particles exerted cytotoxic effects against fibroblasts, whereas surfaces altered by Ti brushes exhibited reduced osteoconductivity versus controls (P < 0.05). Conclusions Present findings support that mechanical treatment strategies selected for implant biofilm removal may lead to Ti dissolution. Ti dissolution should become an important consideration in the clinical selection of peri-implantitis treatments and a necessary criterion for the regulatory approval of instruments for implant hygiene.
Modifications of titanium and zirconium alloy surfaces for use as dental implants
2020 - LEITE, DANIELA M.C.; ALENCAR, MAICON C. de; MUCSI, CRISTIANO S.; ARAUJO, JOAO V.S.; TAVARES, LUIZ A.; BERBEL, LARISSA O.; ARANHA, LUIS C.; ROSSI, JESUALDO L.
The use of dental implants of titanium and its alloys has proved to be effective, through well established and documented parameters, both in the dimensions and in the manufacturing processes and also in the surgical techniques. There are clinical situations where there is a need to reduce the diameter of the implants, below 3.75 mm in diameter. In the current state of art of the implant technology it is desirable that these also have surfaces capable of decreasing the period of osseointegration. In the present work, to improve the mechanical strength of the material, an alloy of 80% of Ti and 20% of Zr % in mass was proposed and elaborated, aiming its use as biomaterial. Physical, chemical, microstructural and mechanical characterization was carried out. The surfaces of the treated samples were observed using: scanning electron microscopy (SEM); semi quantitatively chemically analyzed using dispersive energy spectroscopy (EDS: wettability of the samples was determined and, finally, the roughness was measured using optical profilometry. For the conditions used in the present work, it was concluded, that the best surface treatment for the TiZr 80/20 alloy was acid etching with 1% vol. hydrofluoric acid for 5 minutes, as this treatment presented the most prominent results of wettability and roughness simultaneously.
Effect of galvanic coupling between titanium alloy and stainless steel on behavior of corrosion of dental implants
2020 - BERBEL, LARISSA O.; VIVEIROS, BARBARA V.G. de; MICELLI, ANA L.; ROSSI, JESUALDO; NIGRO, FREDERICO; ARANHA, LUIS C.; COSTA, ISOLDA
Titanium and its alloys are widely used in dental implant manufacturing due its favorable properties, such as, biocompatibility, high mechanical strength and high corrosion resistance. This last one, is a result of the ability of titanium to form an oxide film (TiO2) in contact with oxygen. However, a several factors can accelerate the corrosion process of implants in contact with the oral environment, such as, acidification of the medium, differential aeration, inflammatory conditions, presence of protein and the junction of diferent metals. The goals of this research is to investigate the corrosion effect of galvanic coupling between titanium alloy (grade V) and stainless steel 316L. The investigative technique adopted was the scanning vibrating electrode technique (SVET) in phosphate buffer solution simulating inflammatory conditions. The results showed detrimental effects of acidity of the environment, induced by inflammatory conditions, accelerate the oxidation of Ti-6Al-4V. SVET maps and SEM images for the junction of the different metals showed that the region with the highest electrochemical activity it is at the interface between the metals, mostly concentrated on the Ti-6Al-4V alloy, depending on the conditions of the medium.
Determinants of corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy dental implants in an In Vitro model of peri-implant inflammation
2019 - BERBEL, LARISSA O.; BANCZEK, EVERSON do P.; KAROUSSIS, IOANNIS K.; KOTSAKIS, GEORGIOS A.; COSTA, ISOLDA
Background Titanium (Ti) and its alloys possess high biocompatibility and corrosion resistance due to Ti ability to form a passive oxide film, i.e. TiO2, immediately after contact with oxygen. This passive layer is considered stable during function in the oral cavity, however, emerging information associate inflammatory peri-implantitis to vast increases in Ti corrosion products around diseased implants as compared to healthy ones. Thus, it is imperative to identify which factors in the peri-implant micro-environment may reduce Ti corrosion resistance. Methods The aim of this work is to simulate peri-implant inflammatory conditions in vitro to determine which factors affect corrosion susceptibility of Ti-6Al-4V dental implants. The effects of hydrogen peroxide (surrogate for reactive oxygen species, ROS, found during inflammation), albumin (a protein typical of physiological fluids), deaeration (to simulate reduced pO2 conditions during inflammation), in an acidic environment (pH 3), which is typical of inflammation condition, were investigated. Corrosion resistance of Ti-6Al-4V clinically-relevant acid etched surfaces was investigated by electrochemical techniques: Open Circuit Potential; Electrochemical Impedance Spectroscopy; and Anodic Polarization. Results Electrochemical tests confirmed that most aggressive conditions to the Ti-6Al-4V alloy were those typical of occluded cells, i.e. oxidizing conditions (H2O2), in the presence of protein and deaeration of the physiological medium. Conclusions Our results provide evidence that titanium’s corrosion resistance can be reduced by intense inflammatory conditions. This observation indicates that the micro-environment to which the implant is exposed during peri-implant inflammation is highly aggressive and may lead to TiO2 passive layer attack. Further investigation of the effect of these aggressive conditions on titanium dissolution is warranted.
Simulação “in vitro” de condições típicas de peri-implantite no processo de corrosão de implantes dentários da liga de titânio (grau V)
2018 - BERBEL, LARISSA O.; BANCZEK, EVERSON do P.; SAIKI, MITIKO; BLACK, RACHEL; KOTSAKIS, GEORGIOS A.; COSTA, ISOLDA
A liga de Ti grau V (Ti-6Al-4V) é amplamente utilizada em implantes dentários devido sua biocompatibilidade, resistência mecânica e resistência à corrosão. Porém, observa-se que produtos de corrosão são formados em sua superfície, particularmente em casos peri-implante. A relação entre os tratamentos de limpeza para remoção de biofilmes da superfície de implantes e o comportamento frente à corrosão ainda não é conhecida. Neste estudo, amostras da liga Ti-6Al-4V foram contaminadas com microorganismos e, em seguida, foram submetidas a tratamentos de limpeza para remoção do biofilme. Alguns tipos de tratamentos de limpeza foram avaliados, a saber: (1) superfície contaminada, e superfícies com tratamentos para remoção de biofilme por escovamento com escova de (2) Nylon (3) Ti e (4) tratadas com clorexidina (CHX). As superfícies foram em seguida expostas a solução de MEM por 4 semanas sendo então removidas desta solução para análise da superfície (MEV) e ensaios eletroquímicos (OCP, EIS e curvas de polarização) em solução de PBS deaerada, com adição de H2O2 e BSA e com pH ajustado a 3, para simular condições peri-implantite. A solução de MEM foi investigada por análise por ativação com nêutrons e os resultados mostraram dissolução de Al e Ti das superfícies. Os resultados mostraram que o biofilme na superfície da liga (amostra contaminada) atua como barreira entre o meio e a liga, resultando em mais altos potenciais e maiores impedâncias entre as superfícies ensaiadas. Todavia, os tratamentos que resultaram na remoção parcial do biofilme causaram diminuição da impedância da superfície da liga, aumento das correntes anódicas e diminuição do potencial de circuito aberto por exporem a superfície metálica diretamente ao meio corrosivo.
Efeito do pH do meio na resistência a corrosão de implantes fabricados com liga Ti-6Al-4V (grau V)
2018 - BERBEL, L.O.; SILVA, C.A.J. da; BANCZEK, E.P.; KOTSAKIS, G.; COSTA, I.
O titânio e suas ligas são amplamente utilizadas na odontologia, principalmente na manufatura de implantes dentários, devido sua biocompatibilidade e resistência à corrosão. A resistência a corrosão ocorre por meio da formação do filme de TiO2 em contato com oxigênio, esta camada é aderente e estável na superfície e atua como barreira protetora entre o substrato e o meio corrosivo. Todavia, em casos onde percebe-se inflamação na região do implante sendo necessário sua exposição para limpeza da superfície do implante, é possível observar produtos de corrosão ao redor da região afetada. Desta maneira, é necessário que se realizem estudos que simulem a região na qual o implante está inserido para melhor compreensão dos processos de corrosão de implantes dentários. Um dos fatores que devem ser levados em consideração é a alteração do pH na região bucal em consequência de processos inflamatórios ao redor dos implantes em pacientes com peri-implantite. A presença de bactérias em regiões infeccionadas resultam na fermentação de carboidratos os quais produzem ácido lático diminuindo o pH do meio para valores abaixo de 4,5. O objetivo deste estudo é simular o pH típico de condições inflamatórias in vitro para avaliação da influência deste fator no aumento da susceptibilidade à corrosão da liga Ti-6Al-4V (grau V) em solução tampão de fosfato (PBS). Foram adotadas soluções PBS com pHs ajustados para 3, 4,5 ou 7, com adição de albumina (para simular proteínas típicas da solução fisiológica) e peróxido de hidrogênio (para simular condições inflamatórias), os ensaios foram realizados em meios aerados e deaerados, para simular o difícil acesso ao oxigênio a áreas oclusas da liga exposta ao meio. As superfícies ensaiadas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). A influência do pH na resistência à corrosão dos implantes foi investigada por medidas de potencial de circuito aberto (OCP), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e polarização potenciodinâmica anódica. Os ensaios eletroquímicos mostraram que em meio ácido a liga é susceptível ao ataque de corrosão, sendo que, esta suscetibilidade aumenta em presença de albumina, principalmente em condição desaeradas.
A influência dos procedimentos de limpeza de implantes no processo de corrosão de implantes dentários da liga Ti-6Al-4V
2017 - BERBEL, LARISSA O.; BANCZEK, EVERSON do P.; SAIKI, MITIKO; BLACK, RACHEL; KOTSAKIS, GEORGIOS A.; COSTA, ISOLDA
liga de titânio (Ti) de grau V é comumente utilizada em implantes dentários devido à sua biocompatibilidade e resistência à corrosão. No entanto, na prática, nos casos em que a remoção de implantes é necessária devido à infecção relacionada ao implante (isto é, peri-implantite), a presença de produtos de corrosão na superfície do implante é geralmente observada. As teorias em desenvolvimento sobre a origem desses produtos de corrosão de Ti implicam em processos de higiene de implantes na redução da resistência à corrosão de Ti. Existem várias intervenções propostas para a limpeza de implantes com peri-implantitis. Neste trabalho, foram avaliados os efeitos de duas dessas intervenções de higiene para o tratamento de implantes com peri-implantitis usando um modelo in vitro de peri-implantite. Inicialmente um biofilme ex-vivo foi cultivado em discos Ti de grau V e, após intervenções de higiene para limpeza os discos de Ti foram imersos em meio de cultura de tecidos (solução de Mininum Eagle Medium (MEM) suplementada com 10% de soro fetal bovino) durante 4 semanas. Os tratamentos de limpeza investigados foram: (a) uso de solução salina pressurizada (Waterpik Inc) e (b) escovamento com escova de titânio (Straumman Inc), usando máquina rotativa manual. Discos não tratados foram utilizados como controles. Após a limpeza, as amostras foram expostas a meios que simulam as do fluido corporal, em duas condições, presença ou ausência de oxigênio atmosférico (O2) para simular aeração natural ou reduzida durante a cicatrização ou inflamação precoce. Alíquotas de imersão foram obtidas a 1 e 4 semanas após a imersão e sua composição analisada por análise de ativação de neutrôns. Além disso, as superfícies das amostras da liga de titânio foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise por dispersão de energia (EDS). O efeito da presença ou ausência de O2 na resistência à corrosão dos implantes também foi investigado por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e o potencial do circuito aberto foi medido em função do tempo de exposição a um meio que simula fluidos fisiológicos. Nenhum dos grupos teve eluição detectável a 1 semana. Os resultados também mostraram que amostras escovadas (escova de titânio) ou limpas com solução salina pressurizada e expostas em condições anaeróbicas por 4 semanas produziram maior eluição de titânio no fluido simulado do que em condições aeróbicas. A solução salina pressurizada com baixa intensidade teve eluição mínima comparável aos controles não tratados. Observação por MEV mostrou que na superfície de amostras que também apresentaram níveis elevados de elementos dissolvidos na solução de teste, havia presença de grandes quantidades de manchas escuras. Análise por EDS também mostrou que, em condição anaeróbica, as superfícies dos discos foram mais atacadas do que em presença de O2. Os resultados eletroquímicos apoiaram os resultados das análises químicas e observação da superfície ao mostrar que, em meio com baixos teores de oxigênio, a suscetibilidade do implante ao ataque corrosivo é maior do que no meio com disponibilidade de oxigênio.