利用ER、Cr：YSSG和二极管激光评估激光与钛相互作用的体外方法

Summary

本协议描述了一种标准化的体外方法，用于评估钛在Er、Cr：YSGG和二极管激光照射过程中的热和表面效应，使用制造商推荐的软组织切割设置。直接接触热测和多模态表面分析为表征波长依赖激光钛相互作用提供了可重复的工作流程。

Abstract

本研究提出了一套标准化的体外实验方案，用于评估钛在Er、Cr：YSGG和二极管激光照射下的热响应和表面变化，且在制造商推荐的软组织环境下进行。带有内部通道的定制4级钛合金气瓶支持通过嵌入热电偶实现直接温度测量，从而可控评估激光引起的热变化。为确保几何一致性并最小化操作员变异，采用3D打印稳定系统标准化辐照角度、扫射轨迹和翼尖运动。激光照射后的表面变化通过多种互补技术定量和定性地表征，包括用于粗糙度分析的剖面测量、用于微观形态学评估的扫描电子显微镜和用于纳米尺度地形评估的原子力显微镜。二极管激光照射产生了功率和时间相关的温度升高，最高参数组合超过临床认可的安全阈值10°C。相比之下，所有测试的Er，Cr：YSGG条件均低于该限值，表明存在明显的波长相关热行为。两种激光系统都诱导了表面粗糙度相对于未处理控制面显著增加，而成像分析显示微观和纳米尺度形态在波长相关方面存在差异。总体而言，该方案为激光-钛相互作用的系统性研究提供了实验框架，并可能支持在植入物附近进行激光辅助软组织手术时更安全、更有证据支持的参数选择。

Introduction

激光辅助软组织手术广泛应用于第二阶段植入手术和植入体周围黏膜管理，这些治疗通常在^{钛合金成分}附近进行照射^1,2。在此类临床情况下，了解钛的热行为及表面可能发生的改变至关重要，因为过高温度抬高或表面破坏可能危及植体周围骨骼完整性和长期植体稳定性 ^3,4。现有文献为波长依赖激光钛的相互作用提供了宝贵见解，但方法学上的差异，如辐照几何形状、接触模式、角度和表面评估技术的差异，为建立可重复且临床适用的安全阈值5^、6、7带来了挑战。

近期研究越来越多地关注不同激光波长对钛的热和表面效应，尤其是在植入体周围软组织手术中。二极管激光器已被证明能在钛上产生功率和时间相关的温度提升及表面变化，某些设置甚至超过临床相关的热阈值，这引发了对植入元件^8、9、

Protocol

钛样品的制备
4级钛合金圆筒（5毫米×10毫米，喷砂大颗粒酸蚀 （SLA）表面）用70%乙醇清洗30秒。标本被放置在干净的表面上，并风干10分钟。每个圆柱体的平坦辐照面被检查，以确认没有可见的碎片。每个圆柱体都被放置在3D打印的稳定支架中，平面朝上，侧热电偶槽可接触。所有在样品制备和清洗过程中产生的乙醇废弃物及任何受污染消耗品均按照机构实验室废物管理指南收集并处置。

环境与安全准备
所有实验均在27°C的受控实验室环境中进行。 整个实验过程中，环境温度通过放置在实验装置旁的数字温度计持续监测。激光应用时使用了波长相符的防护眼镜。工作区内的反光物体被移除，激光系统被启动，允许在使用前完成内部自我检查程序。（图1）

图1

Results

温度分析
在所有Er，Cr：YSGG组中，温度变化均低于10°C安全阈值，温度范围在-2.65°C到+2.20°C之间。 功率对温度变化有显著影响（p < 0.001），而照射持续时间无显著影响（p = 0.898）。最低温度出现在E2（2.75 W–40秒：–2.65°C）。相比之下，二极管激光照射产生的温度升高显著（3.25–15.55°C），功率和持续时间均显著影响（两者均为p <0.001）。最大升幅出现在D6（2.2 W–40秒：15.55°C），超过安全阈值（见图4）。

图4：.......

Discussion

该研究表明，激光钛的相互作用受到波长、输出功率以及功率和曝光持续时间综合影响的强烈影响。呃，Cr：YSGG照射持续导致温度升高低于临床认可的10°C阈值，即热骨损伤^3,4，而二极管激光照射则显示出递进式热负荷，超过该限值，20秒和40秒均超过2.2瓦。这些发现与铒激光的水动力学消融机制相符，强吸水促进微爆消融和高效能量耗散¹²。相比之下，二极管照射以更深的光学穿透性和极低的水亲和力为特征，在钛表面产生更集中的热效应^13,17。

观察到的热响应和表面响应与实验方案中定义的实验条件密切相关。直接接触照射使激光尖端或光纤与钛表面之间的能量传递标准化，减少了与距离距离和光束散度相关的变异性。保持固定的辐照角度确保了几何一致性，这已知会影响金属基.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D打印稳定支架	定制	定制/不适用	3D打印稳定单元设计用于固定辐照角度和手部路径。
原子力显微镜（EzAFM-Compact）	纳米磁学仪器，英国牛津	网址：https://www.nanomagnetics-inst.com/product/scanning-probe-microscopy/ezafm	用于纳米尺度表面地形和粗糙度表征。
数字万用表（Keithley 2000， 6½数字）	基思利仪器	网址：https://www.tek.com/en/products/keithley/digital-multimeter/keithley-2000-series-6-digit-multimeter-scanning	与K型热电偶用于温度测量。
Epic二极管激光器（940纳米）	Biolase，美国加利福尼亚州尔湾	网址：https://www.biolase.com/products/dental-lasers-soft-tissue/epic-x/	连续波二极管激光系统（940纳米）;可调0.5&Ndash;输出10瓦;用于软组织模式照射。
呃，CR：YSGG激光系统（Waterlase iPlus，2780 nm）	Biolase，美国加利福尼亚州尔湾	网址：https://www.biolase.com/products/dental-lasers-all-tissue/waterlase-iplus-intl/	呃，Cr：YSGG激光器（2780纳米），配合MZ-5 Ziptip，9毫米;以牙龈切除模式进行，持续进行气流和无阻冲刺;水花喷射。
乙醇，70%（v/v）	Ulusoy Kozmetik	网址：https://www.ulusoykozmetik.com/urun/tr/105_ulusoy-etil-alkol-70%25C2%25B0	样品表面清洁
EzAFM 控制与分析软件	纳米磁学仪器，英国牛津	网址：https://www.nanomagnetics-inst.com/product/scanning-probe-microscopy/ezafm	用于AFM控制、数据采集和图像处理。
IBM SPSS 统计 25	IBM公司，美国纽约州阿蒙克	版本25	用于统计分析，包括正态性检验、非参数比较和双因子方差分析。
K型热电偶	未具体说明	不适用	用于温度获取的K型热电偶探头。
显微镜控制软件（Quanta FEG 250）	Thermo Fisher Scientific（前身为FEI），美国俄勒冈州希尔斯伯勒	网址：https://www.thermofisher.com	用于SEM图像采集和仪器控制。
MZ-5 Ziptip（9毫米）	生物化酶	网址：https://store.biolase.com/products/7200712-pkg-mz5-9mm-ziptips-20-pack-wl-md	提示：搭配 ER，CR：YSGG 手枪。
无油压缩空气	未具体说明	不适用	用于清除钛合金表面的杂质。
石蜡	MumveMum（通过Trendyol出售）	网址：https://www.trendyol.com/mumvemum/hazir-parafin-1-kg-p-31671380	用于涂覆热电偶导线以减少热干扰。
轮廓仪（Surftest SJ-201）	日本东京三户户	网址：https://www.bergeng.com/m m5/downloads/mti/sj201.pdf？srsltid =AfmBOoq2vJN7b4UPc2Yg-aO1 zhsL64p6vFDHSWJ54M_x5gdI8 KkIJgaV	用于2&时间的Ra测量;扫描面积为2毫米。
扫描电子显微镜（Quanta FEG 250）	Thermo Fisher Scientific（前身为FEI），美国俄勒冈州希尔斯伯勒	网址：https://www.thermofisher.com	SEM成像速度为250×–5000及以上;放大倍率。
Tips E4、400 和 micro;M，4毫米	生物化酶	网址：https://store.biolase.com/products/7400016-tips-e4-400-µm-4mm-surgical-30-qty	用于二极管激光照射的光纤。
钛合金圆柱体（四级，SLA表面，5倍以上;10毫米）	纳克西斯，德国	定制	定制气缸，内部槽为5毫米，用于热电偶。