2025年6月6日
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。
本研究评估了两种不同类型的激光对钛种植体表面处理种植体周围炎的影响,并探讨其对种植体的作用。该实验的一个难点是将口腔内环境复制到不可控的体外模型中。关于激光在治疗种植体周围炎中的应用研究,应通过大规模的临床试验进行。
首先,启动 Rhinoceros 3D 图形与设计程序。绘制一个直径为 10 毫米的圆,然后沿一个轴向将其缩小 50%,形成椭圆。使用挤出功能将椭圆在第三维度上抬升。
绘制另一个圆圈以提供手指支撑。使用挤出功能将第二个圆圈在三维空间中抬高,确保其高度短于第一个形状。现在,使用布尔命令在椭圆形图形上钻一个10毫米的孔。
为热电偶提供支撑,使用Sweep1命令创建一个L形线段,并将其沿第三维度拉伸。绘制一个正方形并将其沿第三维度拉伸以形成底座。将一个密闭房间的空调温度设定为27摄氏度。
使用双面胶带将支架固定在塑料桶的中央。将钛圆柱体放置在固定支架上。实验开始前,向钛圆柱体中喷入空气。
将温度计的热电偶插入支架槽中钛圆柱体的空心部分。准备好计时器以监测施加时间。指定第三位观察者记录温度变化并操作秒表。
开始激光操作前,请佩戴防护眼镜以确保安全。安装激光头。打开铒、铬:钇钪镓石榴石(Er, Cr:YSGG)激光仪,并选择牙周封闭模式。
分别施加1.5、2.5和3.5瓦的激光能量,每次持续20秒和40秒。然后打开半导体激光器,选择牙周袋模式。分别施加0.8瓦、1.3瓦和1.8瓦的激光能量,每次持续20秒和40秒。
当激光开始照射时,让第三位观察者启动计时器。时间到达后通知观察者。现在,以15度角将激光头接触表面,并在整个表面上以之字形模式移动,保持接触,持续预定的时间。
记录激光应用期间的初始温度和最终温度值。用最终温度值减去起始温度值,计算温度变化。将样品存放在标有组号的透明袋中。进行二维和三维成像时,在将样品放入扫描电子显微镜前不要进行镀膜处理。
从13个研究组中随机选取一个圆柱体。将其插入扫描电镜设备时,记录其位置和样品编号,以避免混淆。将钛制圆柱体放入扫描电镜设备中,确保其平面朝上。
使用低真空模式进行分析。分析期间将腔室压力设置为 60 帕斯卡。进行原子力显微镜测量时,从每个研究组中随机选取一个钛圆柱体。
在轻敲模式下进行测量。将样品置于仪器中。对每个样品采集5 × 5微米的数字图像,并以1赫兹的慢扫描速率进行记录。
测量表面粗糙度时,首先用夹具固定钛辊。将轮廓仪的触针与钛表面接触。设置分辨率为0.01毫米,横向长度为3.0毫米,金刚石记录针尖直径为五微米。
将测量速度调整为0.5毫米每秒,以测定平均粗糙度或RA值。按下开始按钮以启动测量。测量完成后,保存记录的RA值。
在每个圆柱体的平坦表面上,沿不同方向重复测量五次。应用第42次激光照射的圆柱体表面温度变化大于应用第22次激光照射的表面。使用半导体激光器处理的钛圆柱体的温度变化显著大于使用铒、铬:钇钪镓石榴石(Er, Cr:YSGG)激光器处理的钛圆柱体。
在半导体激光组中,与第22次照射相比,第42次照射在所有功率水平下均导致显著更高的温度变化。对圆柱表面施加1.8瓦的半导体激光组的温度变化范围明显大于施加0.8瓦的半导体激光组。扫描电镜图像显示,所有组均呈现砂喷酸蚀种植体表面特征的多孔结构。
在5000倍放大下,与对照组相比,经激光处理的钛表面显示出微米级孔隙的明显扩大。在250倍和1000倍放大下,经Er, Cr:YSGG和半导体激光器处理40秒的表面比处理20秒的表面表现出更多的表面熔融现象。原子力显微镜(AFM)图像显示,与经激光处理的样品相比,对照组的表面凹陷分布更为均匀。
粗糙度参数在激光类型、功率、时间或综合评估中均未显示出显著差异。
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本研究评估了铒、铬:钇钪镓石榴石(Er,Cr:YSGG)激光和半导体激光在钛种植体表面用于治疗种植体周围炎的应用。通过温度测量和表面粗糙度分析,研究了激光对种植体的影响。
基于激光的钛种植体表面改性是牙科器械研发中降低种植体周围疾病管理风险的关键领域。对热效应和形貌变化的定量评估有助于预测产品的安全性和功能性能,支持从实验室研究到临床验证的转化连续性。这些研究结果使项目团队能够评估器械干预对种植体表面产生的机制性影响,从而指导基于风险评估的推进决策。
该方法将基于激光的设备评估置于发现研究与临床前设备开发的交汇点,支持迭代优化和转化应用的准备。