体外评估铒、铬：钇钪镓石榴石激光与二极管激光对钛圆柱体作用的影响

摘要

本研究中，分别将铒、铬：钇钪镓石榴石（Er,Cr:YSGG）激光和半导体二极管（diode）激光照射于96个特制钛圆柱体的平面表面。在另一侧表面放置热电偶并测量温度。采用轮廓仪、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析表面粗糙度。

摘要

种植体周围疾病是与牙科种植体相关的重要问题。本研究旨在评估二极管激光与掺铒、铬的钇钪镓石榴石 (Er,Cr:YSGG) 激光用于钛圆柱体表面处理，以治疗非手术性种植体周围疾病。共设立13组，包括对照组，分别采用940 nm半导体激光（0.8 W、1.3 W、1.8 W）和Er,Cr:YSGG激光（1.5 W、2.5 W、3.5 W），在两种不同功率模式（20 s/W 和 40 s/W）下进行处理，每组处理8个钛圆柱体。处理过程中，通过置于圆柱体根尖槽内的热电偶记录初始与最终温度。处理后，使用轮廓仪测量所有圆盘的表面粗糙度（Ra）。采用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对表面进行二维和三维形貌观察。在评估激光照射过程中钛圆柱体的温度变化时，发现使用半导体激光照射40 s的组别温度显著高于照射20 s的组别。而在Er,Cr:YSGG激光处理的组别中，部分样本温度下降，部分样本温度仅有轻微上升。所有组别的轮廓仪测量值（Ra）在表面粗糙度方面均无统计学显著差异。然而，SEM图像显示处理后的表面出现熔融现象，且微孔数量增加。受限于本研究 体外 本研究中，Er,Cr:YSGG 激光和半导体激光可被视为治疗种植体周围炎的安全方法，尤其在热安全性方面。尽管钛圆柱表面粗糙度未发生改变，但使用这些激光会导致表面出现熔融性改变及微孔。关于这些激光参数设置对细菌减少和骨整合影响的具体机制，仍需进一步研究。

引言

种植牙是目前普遍接受的牙齿缺失修复治疗方案^1,2。种植体周围黏膜炎和种植体周围炎被归类为种植体周围疾病。种植体周围黏膜炎仅局限于软组织，除生理性的骨改建外，无骨组织丧失的证据。种植体周围炎是一种与菌斑相关的病理性状态，会影响种植体周围的组织，其特征是种植体周围黏膜发生炎症，并继而出现支持骨进行性丧失³。引发和促进该疾病发生发展的主要病因因素是种植体周围菌斑生物膜的失衡⁴。大量关于种植体周围疾病的研究表明，种植体周围黏膜炎（PIM）的患病率介于9.7%至64.6%之间，而种植体周围炎（P）的患病率则在4.7%至45%之间⁵。

尽管菌斑积聚是导致种植体周围炎的主要病因因素，但由于种植体具有多样化的地形特征，其治疗较为复杂。非手术治疗种植体周围炎的基础是通过清创种植体表面并清除附着的生物膜，以降低细菌负荷至致病阈值以下^6,7。钛界面复杂的微观和宏观形貌以及骨缺损的解剖结构限制了表面去污染的效果。目前已评估了多种机械（刮治器、超声设备、空气粉末喷砂、钛刷）、化学（柠檬酸、氯己定、抗菌剂）和物理（激光、光动力疗法....

方案

注意：钛圆柱体由与常规种植体相同的材料制成，并采用SLA技术设计以复制种植体表面，其高度为10 mm，直径为5 mm。在圆柱体中心设有一个深度为7 mm、宽度为3 mm的空腔（图2）。该空腔的宽度在最深处由3 mm逐渐减小至1 mm。使用轮廓仪测量标准种植体的表面粗糙度不可行。因此，可通过分析制造商设计的钛圆柱体顶部一个直径为5 mm的平坦表面来评估激光处理的效果，该平坦表面采用与种植体表面相同的模拟材料。此外，为了测量圆柱体中心的温度变化，从钛圆柱体底面中心向内部加工出一条深7 mm、宽3 mm的沟槽，用于放置热电偶探头。该沟槽使得能够从圆柱体内部而非依赖外部表面来评估处理表面的温度变化。通过原子力显微镜（AFM）分析特制钛圆柱体的平坦表面获得三维图像。根据厂家推荐，分别使用940 nm半导体激光（0.8 W²⁸、1.3 W²⁹、1.8 W³⁰）和2.780 nm Er,Cr:YSGG激光（1.5 W³¹、2.5 W³¹、3.5 W³²）在三种不同功率下进行照射，每种设置分别作用20秒和40秒，共形成12个实验组。照射后增设一个对照组用于表面粗糙度评估。为确保在照射过程中钛圆柱体保持稳定，使用三维打印机打印了一个带指托支撑的支架（....

结果

根据20秒和40秒应用时间的评估，观察到具有统计学显著性差异。激光作用40秒的钛圆柱表面温度变化大于激光作用20秒的表面（p=0.037；图3）。

图3：所有样品的温度随时间的变化情况。 箱体上下延伸的线条表示数据的最小值和最大值。箱体内水平线表示数据的中位数。圆形标记为异常值。
a=与40 s组相比具有统计学显著性差异。（p<0.05）
 

讨论

目前，关于治疗种植体周围炎时如何最佳地对种植体表面进行去污染，学界正在进行广泛讨论。既往研究已提出可采用局部或全身用药、激光处理、机械和/或化学清洁以及种植体成形术等方法。本研究结果表明，所有测得的温度升高均未超过10 °C这一关键安全阈值。¹³。然而，请注意这是一项 体外 尽管该研究无法完全复制临床条件，但观察到使用Er,Cr:YSGG激光和半导体激光会导致种植体表面形貌发生熔融改变和微孔形成，而表面粗糙度未发生变化。

由于会产生表面效应，Ho:YAG 和 Nd:YAG³³ 激光用于去污被认为不适宜；然而，Er,Cr:YSGG 激光³⁴ 和半导体激光¹⁸ 被发现对此目的有效。半导体激光可通过 TGF-β1 信号通路诱导 HBD-2 表达，从而促进周围组织的愈合。该研究显示，在钛表面以之字形运动方式应用 Er,Cr:YSGG 激光后，表面粗糙度和.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
原子力显微镜	ezAFM		紧凑型原子力显微镜型号
二极管	Biolase		Epic 10，波长 940 nm
E3 探针			光纤直径：300 µm，光纤长度：9 mm
Er,Cr:YSGG 激光器	Iplus		波长 2780 nm
表面粗糙度测量仪	Mitutoyo		Surftest SJ-201 型号
RFPT-14 探针			探针外径：580 µm，探针长度：14 mm
扫描电子显微镜	FEI		Quanta FEG 250 型号
支架	定制设计		Rhinoceros 软件，Flamix PLA 线材，Bambulab X1C 设备
温度计	Keithley		2000 系列型号，K 型热电偶探头
钛圆柱体	Naxis		高度 10 mm，直径 5 mm，SLA 表面，钛材质