In-vitro-Methode zur Bewertung von Laser-Titan-Wechselwirkungen mit Er,Cr:YSGG- und Diodenlasern

Summary

Dieses Protokoll beschreibt eine standardisierte In-vitro-Methode zur Bewertung thermischer und Oberflächenwirkungen auf Titan während der Er-, Cr:YSGG- und Diodenlaserbestrahlung mit herstellerempfohlenen Weichteilschnitt-Einstellungen. Direktkontakt-Thermometrie und multimodale Oberflächenanalyse bieten einen reproduzierbaren Workflow zur Charakterisierung wellenlängenabhängiger Laser-Titan-Wechselwirkungen.

Abstract

Diese Studie präsentiert ein standardisiertes In-vitro-Protokoll zur Bewertung der thermischen Reaktion und Oberflächenveränderungen von Titan während Er,Cr:YSGG und der Diodenlaserbestrahlung unter herstellerempfohlenen Weichteil-Settings. Maßgeschneiderte Titanzylinder der Stufe 4 mit einem internen Kanal ermöglichten eine direkte Temperaturmessung über ein eingebettetes Thermoelement, was eine kontrollierte Beurteilung laserinduzierter thermischer Veränderungen ermöglichte. Um geometrische Konsistenz zu gewährleisten und die bedienerabhängige Variabilität zu minimieren, wurde ein 3D-gedrucktes Stabilisierungssystem verwendet, um den Bestrahlungswinkel, die Kurvenbahn und die Spitzenbewegung zu standardisieren. Oberflächenmodifikationen nach der Laserbelichtung wurden quantitativ und qualitativ mit komplementären Techniken charakterisiert, darunter Profilometrie für die Rauheitsanalyse, Rasterelektronenmikroskopie zur mikromorphologischen Bewertung und Atomkraftmikroskopie für die topographische Bewertung im Nanomaßstab. Die Diodenlaserbestrahlung erzeugte leistungs- und zeitabhängige Temperaturerhöhungen, wobei die höchsten Parameterkombinationen die klinisch akzeptierte Sicherheitsschwelle von 10 °C überschritten. Im Gegensatz dazu blieben alle getesteten Er,Cr:YSGG-Bedingungen unterhalb dieses Grenzwerts, was auf ein deutlich wellenlängenabhängiges thermisches Verhalten hinweist. Beide Lasersysteme führten zu signifikanten Zuwächsen der Oberflächenrauheit im Vergleich zur unbehandelten Steuerfläche, während bildgebende Analysen wellenlängenabhängige Unterschiede in der Mikro- und Nanoskala-Morphologie zeigten. Zusammen bietet dieses Protokoll einen experimentellen Rahmen für die systematische Untersuchung von Laser-Titan-Wechselwirkungen und kann eine sicherere, evidenzbasierte Parameterauswahl für laserunterstützte Weichteilverfahren in der Nähe von Implantatkomponenten unterstützen.

Introduction

Laserunterstützte Weichteilverfahren werden häufig bei der zweiten Implantationsstufe und der Peri-Implantat-Schleimhaut eingesetzt, wobei die Bestrahlung häufig in unmittelbarer Nähe zu Titankomponenten ^1,2 erfolgt. In solchen klinischen Situationen ist das Verständnis des thermischen Verhaltens von Titan und des Potenzials für Oberflächenveränderungen unerlässlich, da eine übermäßige Temperaturerhöhung oder Oberflächenstörung die Knochenintegrität und die langfristige Stabilität des Implantats gefährden^{können 3,4}. Di....

Protocol

Herstellung von Titanproben
Titanzylinder der Klasse 4 (5 mm × 10 mm, sandgestrahlte Oberfläche mit großer Körnung, Säure ( SLA) Oberfläche) wurden 30 Sekunden lang mit 70 % Ethanol gereinigt. Die Proben wurden auf eine saubere Oberfläche gelegt und 10 Minuten an der Luft getrocknet. Die flache Bestrahlungsfläche jedes Zylinders wurde untersucht, um das Fehlen sichtbarer Trümmer zu bestätigen. Jeder Zylinder war im 3D-gedruckten Stabilisierungshalter positioniert, wobei die flache Oberfläche nach oben ausgerichtet und der seitliche Thermoelementschlitz zugänglich war. Alle Ethanolabfälle und alle k....

Results

Temperaturanalyse
In allen Er,Cr:YSGG-Gruppen blieb die Temperaturänderung unterhalb der Sicherheitsschwelle von 10 °C, mit Werten zwischen –2,65 °C und +2,20 °C. Die Leistung hatte einen signifikanten Einfluss auf die Temperaturänderung (p < 0,001), während die Bestrahlungsdauer keinen signifikanten Einfluss zeigte (p = 0,898). Die niedrigste Temperatur wurde in E2 (2,75 W–40 s: –2,65 °C) beobachtet. Im Gegensatz dazu erzeugte die Diodenlaserbestrahlung deutlich höh.......

Discussion

Diese Studie zeigte, dass Titanwechselwirkungen in Lasern stark von Wellenlänge, Ausgangsleistung und den kombinierten Effekten von Leistung und Belichtungsdauer beeinflusst werden. Die Er,Cr:YSGG-Bestrahlung führte konstant zu Temperaturerhöhungen unterhalb der klinisch akzeptierten 10 °C-Schwelle, die mit einer thermischen Knochenverletzung ^3,4 assoziiert ist, während die Diodenlaserbestrahlung eine fortschreitende thermische L.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D-gedruckter Stabilisierungshalter	Maßgefertigt	Maßgefertigt / Nicht anwendbar	3D-gedruckte Stabilisierungsgeräte, die den Bestrahlungswinkel und den Weg des Handstücks feststellen soll.
Atomkraftmikroskop (EzAFM-Compact)	Nanomagnetische Instrumente, Oxford, Großbritannien	URL: https://www.nanomagnetics-inst.com/product/scanning-probe-microscopy/ezafm	Verwendet für die Charakterisierung von Oberflächetopographie und Rauheit im Nanomaßstab.
Digitales Multimeter (Keithley 2000, 6½ Digit)	Keithley Instruments	URL: https://www.tek.com/en/products/keithley/digital-multimeter/keithley-2000-series-6-digit-multimeter-scanning	Verwendet mit K-Typ-Thermoelement zur Temperaturmessung.
Epischer Diodenlaser (940 nm)	Biolase, Irvine, CA, USA	URL: https://www.biolase.com/products/dental-lasers-soft-tissue/epic-x/	Kontinuierlichwellen-Diodenlasersystem (940 nm); verstellbar 0,5 & Strich; 10 W Ausgangssignal; Verwendet für die Bestrahlung im Weichteilmodus.
Äh, Cr:YSGG Lasersystem (Waterlase iPlus, 2780 nm)	Biolase, Irvine, CA, USA	URL: https://www.biolase.com/products/dental-lasers-all-tissue/waterlase-iplus-intl/	Er, Cr:YSGG-Laser (2780 nm) verwendet mit MZ-5 Ziptip, 9 mm; im Gingivektomie-Modus mit kontinuierlicher Luft und Dash betrieben; Wassersprüh.
Ethanol, 70 % (v/v)	Ulusoy Kozmetik	URL: https://www.ulusoykozmetik.com/urun/tr/105_ulusoy-etil-alkol-70%25C2%25B0	Reinigung der Probenoberflächen
EzAFM-Steuerungs- und Analysesoftware	Nanomagnetische Instrumente, Oxford, Großbritannien	URL: https://www.nanomagnetics-inst.com/product/scanning-probe-microscopy/ezafm	Verwendet für AFM-Steuerung, Datenerfassung und Bildverarbeitung.
IBM SPSS Statistik 25	IBM Corp., Armonk, NY, USA	Version 25	Verwendet für statistische Analysen einschließlich Normalitätstests, nichtparametrische Vergleiche und zweiseitige ANOVA.
K-Typ-Thermoelement	Nicht spezifiziert	Nicht anwendbar	K-Typ-Thermoelement-Sonde zur Temperaturerfassung verwendet.
Mikroskopsteuerungssoftware (Quanta FEG 250)	Thermo Fisher Scientific (ehemals FEI), Hillsboro, OR, USA	URL: https://www.thermofisher.com	Verwendet für SEM-Bildaufnahme und Instrumentensteuerung.
MZ-5 Ziptip (9 mm)	Biolase	URL: https://store.biolase.com/products/7200712-pkg-mz5-9mm-ziptips-20-pack-wl-md	Tipp verwendet mit Er, Cr:YSGG Handstück.
Ölfreie Druckluft	Nicht spezifiziert	Nicht anwendbar	Wird verwendet, um Ablagerungen von Titanoberflächen zu entfernen.
Paraffinwachs	MumveMum (verkauft über Trendyol)	URL: https://www.trendyol.com/mumvemum/hazir-parafin-1-kg-p-31671380	Wird verwendet, um Thermoelementkabel zu beschichten und so thermische Störungen zu reduzieren.
Profilometer (Surftest SJ-201)	Mitutoyo, Tokio, Japan	URL: https://www.bergeng.com/m m5/downloads/mti/sj201.pdf?srsltid =AfmBOoq2vJN7b4UPc2Yg-aO1 zhsL64p6vFDHSWJ54M_x5gdI8 KkIJgaV	Verwendet für Ra-Messungen über 2 & Zeiten; 2 mm Scanfläche.
Rasterelektronenmikroskop (Quanta FEG 250)	Thermo Fisher Scientific (ehemals FEI), Hillsboro, OR, USA	URL: https://www.thermofisher.com	SEM-Bildgebung bei 250 & Mal; – 5000&m; Vergrößerungen.
Tipps E4, 400 & Mikro; m, 4 mm	Biolase	URL: https://store.biolase.com/products/7400016-tips-e4-400-µm-4mm-surgical-30-qty	Faser, die für die Diodenlaserbestrahlung verwendet wird.
Titanzylinder (Grad 4, SLA-Oberfläche, 5&-fach; 10 mm)	Naxis, Deutschland	Maßgefertigt	Sondergefertigte Zylinder mit 5 mm Innenkanal für das Thermoelement.