ES2324005B1 - Procedimiento para maximizar y uniformizar la superficie de contacto en un implante. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para maximizar y uniformizar la
superficie de contacto en un implante.
La presente invención describe un procedimiento
para maximizar y uniformizar la superficie de contacto en un
implante utilizando un tratamiento físico (shot blasting) y un
tratamiento químico (oxidación anódica) que implica la utilización
de un tensoactivo y determinados parámetros de oxidación, así como
el implante obtenido mediante el procedimiento anterior. Dicho
implante es en particular un implante dental.
Description
Procedimiento para maximizar y uniformizar la
superficie de contacto en un implante.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para maximizar y uniformizar la superficie de contacto
en un implante. La presente invención también se refiere al
implante obtenido mediante este procedimiento. En particular, dicho
implante es un implante dental.
Un implante es un aparato, prótesis o sustancia
que se coloca en el cuerpo para mejorar alguna de sus funciones o
con fines estéticos. En particular, un implante dental es un
elemento que permite sustituir la raíz de una pieza dental. La
forma del implante consiste generalmente en un cilindro roscado
exteriormente para la implantación y estabilización en el tejido
óseo, y el material utilizado para su fabricación suele ser Ti, Zr,
Ta, Nb, Al, V, Mg y sus alea-
ciones.
ciones.
Para llevar a cabo su colocación, el implante es
inserido en la mandíbula o el maxilar del paciente a través de una
intervención quirúrgica. Una vez el implante ha sido fijado, se
añade un pilar que será la base para colocar una prótesis
definitiva. Los requisitos dimensionales y los acabados
superficiales de los diferentes elementos que componen un implante
son, entre otros, factores decisivos a la hora de asegurar el
éxito.
La colocación de un implante dental ofrece
muchas ventajas respecto a los procedimientos tradicionales basados
en puentes y coronas. Entre otras, las ventajas principales son:
- mejoras funcionales: mayor facilidad al comer
y hablar, mayor duración, y mantenimiento mínimo.
- mejoras estéticas y anatómicas: mantenimiento
de los contornos faciales y prevención de la pérdida del hueso,
aumento de la confianza delante de diversas situaciones cuotidianas,
etc.
\vskip1.000000\baselineskip
Históricamente, la principal desventaja del
tratamiento con implantes ha sido su complejo proceso y el tiempo
total que transcurre desde el inicio del tratamiento hasta su
finalización, tanto desde el punto de vista del odontólogo como del
paciente.
Inicialmente, el tratamiento se realiza en dos
fases. El dentista comienza colocando el implante y lo deja un
periodo de entre 3 y 6 meses, periodo que es considerado necesario
para conseguir una integración completa entre el implante y el
hueso. Durante este periodo el paciente lleva una prótesis
provisional hasta que, una vez se asegura que el implante está
fijado correctamente se le instala la prótesis definitiva.
La tendencia en el desarrollo y en las mejoras
sucesivas de este producto ha estado encaminada a reducir este
periodo de tiempo entre el inicio y el final del tratamiento.
Las innovaciones se han centrado en obtener
superficies con determinadas características químicas y topográficas
que optimicen y aceleren el proceso de integración ósea. A lo largo
de los años se han desarrollado distintas técnicas para conferir a
la superficie del implante dichas características. Entre estas
técnicas destacan: la proyección por plasma spray de fosfatos de
calcio o de titanio, el grabado ácido, el pasivado, la proyección
de partículas y la oxidación anódica.
Una de las características superficiales que más
directamente influye en la respuesta celular ósea es la rugosidad,
mientras que la dimensión total del área de contacto entre el
implante y el hueso contribuye a una mejor estabilidad primaria. Es
sabido que a mayor área de contacto mayor estabilidad primaria.
Véase, por ejemplo, Conrado Aparicio et al., Corrosion behaviour
of commercially pure titanium shot blasted with different materials
and sizes of shot particles for dental implant applications.
Biomaterials 24 (2003) 263-273. Por tanto, algunos
tratamientos superficiales intentan maximizar la superficie real de
los implantes para incrementar el área de contacto
implante/hueso.
La patente US 5,478,237 de Ishizawa describe las
desventajas de las técnicas de tratamientos superficiales
existentes, tales como plasma spray, TPS (titanium plasma spray),
inmersión, etc... y llega a la conclusión de obtener un nuevo
tratamiento superficial para tener un implante de titanio de
geometría complicada con un tratamiento superficial biológicamente
activo. En dicho tratamiento a partir del titanio se van creando
capas:
- -
- capa formada a partir de TPS,
- -
- capa a partir de un ataque ácido (acid etching) o sand blasting (shot blasting)
- -
- capa de oxidación anódica
- -
- capa de compuestos de Ca y P
- -
- tratamiento hidrotérmico
\vskip1.000000\baselineskip
En dicha patente también se describen las
ventajas del anodizado: buena adhesión del material y la capa y un
tratamiento uniforme incluso con geometrías complejas.
La patente US 2005/0019365 de Frauchiger
describe las desventajas de la patente de Ishizawa (gran número de
etapas y la obtención de cristales de hidroxiapatita pueden ser
frágiles debilitando mucho la capa). Mediante el proceso que se
describe se consigue que la superficie contenga entre un 1 y un 40%
en volumen de compuestos de fosfato de calcio. Como pretratamiento
opcionalmente puede utilizar un shot blasting y/o un ataque
ácido.
En el artículo J.C. de Vicente, O. Recio, L.
Martín-Villa, L. M. Junquera, J.S.
López-Arranz: Histomorphometric evaluation of
guided bone regeneration around implants with SLA surface: an
experimental study in beale dogs. Int. J. Oral
Maxillofacial. S urg. 2006; 35:1047-1053, se
describe un estudio de los implantes con superficie SLA utilizando
shot blasting y un ataque ácido pero sin anodizar. Se deduce pues
que la técnica de shot blasting no tiene porque ir unida al
anodizado.
En el artículo M. Papakyriacou et al.
Effects of surface treatments on high cycle corrosion fatigue of
metallic implant materials . International Journal of
fatigue 22 (2000) 873-886 se describe un estudio de
fatiga donde se utilizan implantes sometidos a shot blasting.
Mediante ninguna de las técnicas conocidas se
consigue una capa rica en Ca, P y F con un aumento de la superficie
de contacto en más de un 75% (presencia de macrorrugosidad y
microporosidad) a la vez que se reduce el número de etapas a tan
solo un tratamiento físico y uno químico obteniendo además una capa
más uniforme.
La figura 1 corresponde a la observación
mediante MEB (Microscopia Electrónica de Barrido) de una superficie
pulida de la aleación Ti_{6}Al_{4}V ELI.
La figura 2 corresponde a la observación
mediante MEB de una superficie de la aleación Ti_{6}Al_{4}V ELI
a la que se ha aplicado un tratamiento de shot blasting con
partículas de óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}).
La figura 3 corresponde a la observación
mediante MEB de una superficie de la aleación Ti_{6}Al_{4}V ELI
a la que se ha aplicado un tratamiento de oxidación anódica.
La figura 4 corresponde a la observación
mediante MEB de una superficie de la aleación Ti_{6}Al_{4}V ELI
a la que se ha aplicado un tratamiento de shot blasting con
partículas de óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}) y posteriormente
una oxidación anódica según las condiciones descritas en el
procedimiento de la presente invención.
Las figuras 5A y 5B muestran imágenes de
microscopia electrónica de un cultivo de osteoblastos sobre la
superficie tratada (shot blasting + oxidación anódica) al cabo de
24 horas de la incubación. Se observa la presencia de extensiones
citoplasmáticas (filipodios) en el dorso celular.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para maximizar y uniformizar la superficie de contacto
en un implante. En particular dicho implante es un implante
dental.
Un primer objeto de la presente invención es un
procedimiento para maximizar y uniformizar la superficie de
contacto en un implante utilizando un tratamiento físico (shot
blasting) y un tratamiento químico (oxidación anódica). En
particular dicho implante es un implante dental.
Un segundo objeto de la presente invención es un
implante obtenido mediante el procedimiento según el primer objeto
de la invención. En particular dicho implante es un implante
dental.
Un primer objeto de la presente invención se
refiere a un procedimiento para maximizar y uniformizar la
superficie de contacto en un implante, en particular un implante
dental, que comprende las etapas de:
A) Tratamiento físico por shot blasting sobre el
implante en el que se utilizan partículas seleccionadas del grupo
que consiste en óxido de aluminio, carburo de silicio, óxido de
titanio, óxido de zirconio, microesferas de vidrio, con un tamaño
óptimo, para que toda la geometría del implante quede uniformemente
tratada a una P entre 1 y 8 bares, preferiblemente entre 3 y 5
bares, durante el tiempo necesario hasta completar el
tratamiento;
B) Tratamiento químico por oxidación anódica que
comprende:
- 1)
- preparación del electrolito formado por compuestos de Ca, P y F solubles, como mínimo un agente complejante y una solución ácida o básica en agua desionizada;
- 2)
- adición de cómo mínimo un tensioactivo
- 3)
- aplicación de los siguientes parámetros de oxidación a la cubeta con electrolito, donde el implante será el ánodo y el cátodo estará formado por una malla metálica fabricada preferiblemente de titanio, platino o acero inoxidable
- -
- intensidad de corriente constante adecuada a la dimensión del implante
- -
- potencial: en ascenso entre 0 y 200 V
- -
- tiempo: necesario para obtener el tratamiento adecuado.
Aunque no se describan específicamente en el
procedimiento descrito anteriormente, es evidente para un experto
en la materia que tanto después del tratamiento de shot blasting
como antes y después del tratamiento químico se realizan etapas de
limpieza bien conocidos en la técnica. Igualmente, en la preparación
del electrolito es evidente para un experto en la materia que se
agitará el tiempo necesario para obtener un electrolito homogéneo
(aproximadamente 24 horas).
Entre los materiales utilizados para dicho
implante están los habituales del sector, preferiblemente Ti, Zr,
Ta, Nb, Al, V, Mg, y sus aleaciones.
En la etapa A se utilizan preferentemente
partículas de óxido de aluminio entre 212 y 300 \mum y el tiempo
necesario para esta etapa es preferentemente de 30 a 40
segundos.
En la etapa (B1) como compuesto de Ca del
electrolito se incluye, pero sin ser limitativo, acetato de calcio,
glicerofosfato de calcio y citrato de calcio. En una realización más
preferente dicho compuesto de Ca es acetato cálcico. La
concentración de dicho compuesto de Ca en el electrolito es como
máximo de 63,8 g/l.
En la etapa (B1) como compuesto de P del
electrolito se incluye, pero sin ser limitativo,
bis(hidrógeno fosfato de calcio, ácido fosfórico,
glicerofosfato de calcio y glicerofosfato de sodio. En una
realización más preferente dicho compuesto de P es
bis(dihidrógeno fosfato) de calcio. La concentración de dicho
compuesto de P en el electrolito es como máximo de 31,5 g/l.
En la etapa (B1) como compuesto de F del
electrolito se incluye, pero sin ser limitativo, fluoruro de sodio
y fluoruro de amonio. La concentración de dichos compuesto de F en
el electrolito es como máximo de 30 g/l.
En la etapa (B1) como agente complejante del
electrolito se incluye, pero sin ser limitativo, ácidos carboxílicos
inorgánicos (ácido cítrico, ácido tartárico, ácido nitriloacético,
EDTA, CDTA, DTPA, ácido
2-hidroxi-etilendiamintriacético,
TTHA), cetonas (dicetonas, policetonas), ácidos organofosfóricos u
organofosfatos (con más de dos grupos fosfato), ácidos
organofosfónicos u organofosfonatos (con más de dos grupos
fosfonatos), ácidos organofosforosos y/u organofosfitos (con más de
dos grupos fosfitos). En una realización más preferente dicho agente
complejante es EDTA. La concentración de dicho agente complejante
en el electrolito es como máximo de 50 g/l.
En la etapa (B1) se utiliza una solución ácida o
básica, preferiblemente básica. Una solución para obtener un pH
básico incluye, pero sin ser limitativo, una solución de hidróxido
de metales alcalinos y/o alcalino-térreos,
preferentemente sodio. Una solución para obtener un pH ácido
incluye, pero sin ser limitativo, una solución de ácido sulfúrico,
ácido nítrico, ácido clorhídrico y/o ácido fosfórico.
En la etapa (B2) como tensioactivo se incluyen
sales sódicas y/o potásicas de ácidos grasos lineales,
alquilbencenosulfato lineal, parafin sulfonatos,
\alpha-olefin sulfonatos, dialquil
sulfosuccinatos, alquil sulfatos, alquil poliéter sulfatos, alquil
fosfatos, alquilbenceno sulfonatos de longitud de cadena larga,
preferiblemente que contengan de 8 a 20 átomos de C, aminas grasas
y sus sales, sales de amonio cuaternario, aminas grasas
polietoxiladas, alquilfenoles polietoxilados, alcoholes grasos
polietoxilados, ácido grasos polieotxilados y alcanolamidas y/o
condensados de alcanolamina. En una realización más preferente dicho
tensioactivo es lauril sulfato sódico. La concentración de dicho
tensioactivo de la etapa B4) del procedimiento es como máximo de 50
g/l.
En cuanto a los parámetros de control de la
oxidación de la etapa (B3) se encuentran la densidad de corriente,
el potencial, el tiempo y la temperatura.
La intensidad de corriente aplicada depende del
resultado de combinar una densidad de corriente constante, el área
de implante y el factor que indica el aumento de superficie
conseguido en el tratamiento físico (shot blasting) obtenido a
partir de un interferómetro óptico. Los presentes inventores han
observado que la densidad de corriente óptima es aproximadamente de
0,75 mA/mm^{2}. Con densidades de corriente inferiores, el proceso
necesitaría más tiempo en alcanzar una diferencia de potencial de
140 V y el proceso no sería viable industrialmente. Con densidades
más elevadas las propiedades de la capa no sería las mismas ya que
el crecimiento de la capa de óxido no seria homogénea.
El potencial utilizado comienza en 0 y
evoluciona libremente hasta el límite marcado a lo largo del
proceso. Preferentemente se trabaja en un intervalo entre 100 y 170
V, más preferentemente ente 130 y 140 V.
El tiempo de aplicación de corriente suele ser
variable dependiendo de la superficie a anodizar, pero,
preferentemente está entre 40 y 90 segundos.
La temperatura utilizada suele ser la habitual
en este tipo de procesos, es decir, a temperatura ambiente.
Sorprendentemente, los presentes inventores han
observado que mediante dicho procedimiento no es necesario aplicar
ningún tipo de pre-tratamiento en base a un ataque
ácido para conseguir rugosidad, ya que en estos casos existe el
riesgo elevado de incorporación de hidruros en la superficie y
fragilizar, de esta forma el cuerpo del implante.
Adicionalmente, los resultados de dicho
procedimiento consiguen incrementar en más de un 75% el área total
de contacto del implante respeto su valor inicial y, además, permite
seguir aprovechando las ventajas ya conocidas de la oxidación
anódica como la incorporación de elementos químicos (por ejemplo,
Ca, P, F intentando que el contacto y la integración con el hueso
sea el máximo. Topográficamente, se obtiene un implante con una
macrorugosidad y una microporosidad que intenta ser biomimético con
su entorno biológico. Mediante un único proceso químico se crea una
microporosidad uniforme en toda la geometría del implante
consiguiendo una relación de Ca/P similar al de la
hidroxiapatita.
Como elemento novedoso se ha introducido un
tensioactivo en el proceso de oxidación anódica para reducir el
tamaño de las burbujas formadas en la superficie del metal durante
el proceso y de esta manera reducir el impacto negativo que puedan
tener estas burbujas de oxígeno en el tratamiento superficial, tanto
a nivel estético como funcional. A diferencia de lo que podría
pasar con una superficie lisa, cuando se tiene una superficie
rugosa aumenta la posibilidad de que las burbujas se adhieran con
más facilidad en los poros o zonas rugosas. Por tanto, el
tensioactivo permite una correcta homogenización del tratamiento en
toda la superficie tratada evitando una oxidación excesiva en zonas
puntuales que podría afectar negativamente las propiedades del
recubrimiento obtenido (por ejemplo, desconche y fragilización de
la capa obtenida).
Otro elemento novedoso es la utilización de una
densidad de corriente constante adecuada a la dimensión del
implante para optimizar la topografía de la superficie. Si se
realizara a un potencial constante y variando la densidad de
corriente, como habitualmente se realiza en la técnica, sería más
difícil controlar el proceso, ya que debería determinarse qué
intensidad es la necesaria para parar el proceso, la cual sería
diferente en función del número de implantes a anodizar.
Adicionalmente, el crecimiento de la capa no sería exactamente
igual porque al inicio del experimento habría demasiada corriente
que disminuiría con el tiempo produciendo cierta heterogeneidad en
la superficie. Por tanto, mediante la utilización de una densidad de
corriente constante se consigue un crecimiento de la capa más
controlada y uniforme.
En la siguiente tabla 1 se muestran los
resultados de la evolución del parámetro microtopográfico incremento
de superficie (%) en función de los tratamientos aplicados: shot
blasting, oxidación anódica y shot blasting + oxidación anódica en
una superficie pulida de Ti_{6}Al_{4}V.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
A partir de la Tabla 1, se observa claramente un
incremento de la superficie cuando se utiliza el tratamiento de la
presente invención. Las técnicas utilizadas para el cálculo de dicho
parámetro microtopográfico se basan en la Perfilometría Sin
Contacto descritas por Buddy D. Ratner et al., Biomaterials
Science (2nd edition) capítulo 2.15, Elsevier Academic Press.
Con respecto a las figuras ilustrativas de la
presente invención, en la figura 4 se observa claramente que la
combinación del proceso de shot blasting + oxidación anódica
proporciona una superficie caracterizada por la macrorrugosidad
("desniveles") y la microporosidad (poros que recuerdan el
aspecto de los cráteres).
Si se compara con la superficie de la figura 2
(sólo shot-blasting) se observa que ésta también
tiene macrorrugosidad con respecto a la superficie totalmente lisa
(figura 1), observándose una topografía formada por aristas muy
pronunciadas, pero en cambio no se observa la formación de poros
(cráteres).
Si se compara con la superficie de la figura 3
(sólo anodizado) se observa la presencia de poros pero en cambio
los desniveles no son tan explícitos (topografía con aristas más
redondeadas) como los observados en la superficie tratada sólo con
shot-blasting o combinando ambos tratamientos.
Por lo tanto, es claro que por separado los dos
tratamientos aumentan la superficie de contacto pero en una
proporción y características diferentes que cuando se combinan las
dos ya que entonces el aumento de la superficie es mucho más
marcado y la topografía reúne tanto la macrorrugosidad como la
microporosidad, aspectos muy importantes en la adhesión de las
células y la posterior osteointegración.
Un segundo objeto de la presente invención se
refiere al implante obtenido mediante el procedimiento descrito en
la presente invención. En particular dicho implante es un implante
dental.
A modo ilustrativo y no limitativo, se describe,
a continuación, el siguiente ejemplo de realización de la presente
invención:
Sobre un disco de 10 mm se realizó un
tratamiento shot blasting con partículas de óxido de aluminio
Al_{2}O_{3} a una presión de 3 bar durante 20 segundos sobre
una base giratoria. Paralelamente, se preparó el electrolito con la
siguiente composición:
Tras colocar el implante en la cubeta de
oxidación anódica junto con el electrolito y una malla de titanio
se fijaron los siguientes parámetros de oxidación:
- -
- Intensidad: 0,0736 A
- -
- Potencial en ascenso hasta 170 V
- -
- Temperatura de 25ºC
Finalmente se hace una limpieza del disco con
agua desionizada y ultrasonidos.
Claims (19)
1. Procedimiento para maximizar y uniformizar la
superficie de contacto de un implante que comprende las etapas
de:
A) Tratamiento físico por shot blasting sobre el
implante en el que se utilizan partículas seleccionadas del grupo
que consiste en óxido de aluminio, carburo de silicio, óxido de
titanio, óxido de zirconio, microesferas de vidrio, con un tamaño
óptimo, para que toda la geometría del implante quede uniformemente
tratada a una P entre 1 y 8 bares, preferiblemente entre 3 y 5
bares, durante el tiempo necesario hasta completar el
tratamiento;
B) Tratamiento químico por oxidación anódica que
comprende:
- 1)
- preparación del electrolito formado por compuestos de Ca, P y F solubles, como mínimo un agente complejante y una solución ácida o básica en agua desionizada;
- 2)
- adición de cómo mínimo un tensioactivo;
- 3)
- aplicación de los siguientes parámetros de oxidación a la cubeta con electrolito, donde el implante será el ánodo y el cátodo estará formado por una malla metálica:
- -
- intensidad de corriente constante adecuada a la dimensión del implante
- -
- potencial: en ascenso entre 0 y 200 V
- -
- tiempo: necesario para obtener el tratamiento adecuado.
2. Procedimiento según las reivindicación 1, en
el que el tamaño de partícula del óxido de aluminio está en el
intervalo entre de 212 a 300 \mum.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el tiempo de tratamiento necesario hasta completar el
tratamiento está entre 30 y 40 segundos.
4. Procedimiento según las reivindicación 1, en
el que el tensioactivo utilizado en la etapa B2) comprende sales
sódicas o potásicas de ácidos grasos lineales, alquilbencenosulfato
lineal, parafin sulfonatos, \alpha-olefin
sulfonatos, dialquil sulfosuccinatos, alquil sulfatos, alquil
poliéter sulfatos, alquil fosfatos, alquilbenceno sulfonatos de
longitud de cadena larga, preferiblemente que contengan de 8 a 20
átomos de C, aminas grasas y sus sales, sales de amonio cuaternario,
aminas grasas polietoxiladas, alquilfenoles polietoxilados,
alcoholes grasos polietoxilados, ácido grasos polieotxilados y
alcanolamidas o condensados de alcanolamina.
5. Procedimiento según las reivindicación 4, en
el que el tensioactivo utilizado en la etapa B4) es lauril sulfato
sódico.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el compuesto de Ca del electrolito comprende acetato de
calcio, glicerofosfato de calcio y/o citrato de calcio.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que dicho compuesto de Ca del electrolito es acetato cálcico.
8. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el compuesto de P del electrolito comprende ácido fosfórico,
glicerofosfato de calcio y/o glicerofosfato de sodio.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en
el que dicho compuesto de P del electrolito es
bis(dihidrógeno fosfato) de calcio.
10. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el compuesto de F del electrolito comprende fluoruro de sodio
y/o fluoruro de amonio.
11. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el agente complejante del electrolito comprende ácidos
carboxílicos inorgánicos (ácido cítrico, ácido tartárico, ácido
nitriloacético, EDTA, CDTA, DTPA, ácido
2-hidroxi-etilendiamintriacético,
TTHA), cetonas (dicetonas, policetonas), ácidos organofosfóricos u
organofosfatos (con más de dos grupos fosfato), ácidos
organofosfónicos u organofosfonatos (con más de dos grupos
fosfonatos), ácidos organofosforosos y/u organofosfitos (con más de
dos grupos fosfitos).
12. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que dicho agente complejante del electrolito es EDTA.
13. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la solución básica comprende una solución de hidróxido de
metales alcalinos y/o alcalino-térreos.
14. Procedimiento según la reivindicación 11, en
el que la solución básica es hidróxido sódico.
15. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la solución ácida comprende una solución de ácido sulfúrico,
ácido nítrico, ácido clorhídrico y/o ácido fosfórico.
16. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicha malla metálica está fabricada de titanio, platino o
acero inoxidable.
17. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que el implante es un implante
dental.
18. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que el material del implante se
selecciona del grupo que consiste en Ti, Zr, Ta, Nb, Al, V, Mg, y
sus aleaciones.
19. Implante obtenido mediante el procedimiento
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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